Прогнозирование тепловых потерь через ограждающие конструкции с учетом изменения влажности материалов

Введение. Актуальным направлением повышения эффективности систем отопления жилых зданий массовой застройки является использование теплоизоляционных материалов в наружных ограждающих конструкциях. На стадии проектирования выбор утеплителя производится на основе прогнозирования тепловых потерь через ограждающие конструкции по стандартным методикам, которые не учитывают изменение теплофизических свойств материалов в процессе эксплуатации, в частности изменение их влажности в течение отопительного периода. Цель исследования — разработка методики прогнозирования тепловых потерь систем отопления через наружные ограждающие конструкции с учетом изменения влажности теплоизоляционных материалов в процессе эксплуатации.

Материалы и методы. В основу предлагаемой методики положена математическая модель тепловлагопереноса в четырехслойной ограждающей конструкции, построенная с использованием полученных авторами экспериментальных зависимостей коэффициентов теплопроводности и влагопроводности от сорбционной влажности для типовых теплоизоляционных материалов. Рассматриваемый конструктив состоит из внутреннего известкового штукатурного слоя; кирпичной (или бетонной) стены; теплоизоляционного материала и внешнего облицовочного слоя. Методика прогнозирования тепловых потерь реализована в среде программного комплекса COMSOL Multiphysics 6.2.

Результаты. Выполнены исследования теплотехнических характеристик и тепловых потерь четырехслойной ограждающей конструкции с теплоизоляционными материалами IZOVOL, ТЕХНОФАС ПРОФ, ПЕНОПЛЭКС КОМФОРТ на примере жилых зданий массовой застройки г. Луганска. Проведенное тепловизионное обследование утепленных ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий согласуется с результатами расчетов по предложенной методике.

Выводы. Разработанная методика прогнозирования обеспечивает повышение точности определения тепловых потерь систем отопления через наружные ограждающие конструкции за счет учета изменения влажности материалов в процессе эксплуатации. Применение методики позволяет оценивать энергоэффективность и экономическую целесообразность использования типовых теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях.

1. Nigumann E., Kalamees T., Kuusk K., Pihelo P. Circular renovation of an apartment building with prefabricated additional insulation elements to nearly zero energy building // Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering. 2024. Vol. 34. Issue 1. Pp. 22–34. DOI: 10.5755/j01.sace.34.1.35674

2. Высоцкий Д.В., Татьянников Д.А. Сравнение вариантов утепления производственного здания при реконструкции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2020. № 2 (38). С. 57–67. DOI: 10.15593/2409-5125/2020.02.04. EDN ZNLRPP.

3. Беликов К.Е. Сравнение теплоизоляционных свойств различных видов утеплителя для строительства частных жилых домов // Научный журнал молодых ученых. 2021. № 3 (24). С. 33–38. EDN NXFZDI.

4. Wang Q. Thermal insulation performance analysis of high rise building envelope based on finite element analysis // Thermal Science. 2022. Vol. 26. Issue 3. Part A. Pp. 2361–2372. DOI: 10.2298/tsci2203361w

5. Колосова А.С., Пикалов Е.С. Современные эффективные теплоизоляционные материалы на неорганической основе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 9. С. 64–75. EDN CTMUIL.

6. Колосова А.С., Пикалов Е.С. Современные эффективные теплоизоляционные материалы на органической основе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2021. № 4. С. 74–85. EDN TUZZKY.

7. Gamayunova O., Musorina T., Petrichenko M., Goremikins V. Warming of panel houses in various climatic zones // Proceedings of EECE 2019. Energy, Environmental and Construction Engineering. 2020. Pp. 253–263. DOI: 10.1007/978-3-030-42351-3_22. EDN BGWXUO.

8. Zubarev K., Gagarin V. Mathematical modeling of heat and moisture regimes of building for the facade thermal insulation composite system with mineral wool insulation // Smart Innovation, Systems and Technologies. 2022. Pp. 625–634. DOI: 10.1007/978-981-16-3844-2_54

9. Zubarev K. Gagarin V. Heat and moisture transfer in building enclosing structures // Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Pp. 257–266. DOI: 10.1007/978-3-030-80946-1_26

10. Sokolov V., Krol O., Chernikova I., Tsankov P., Salukvadze G. Modeling of Aerodynamic Characteristics of Ventilation Systems Based on Object Decomposition // Lecture Notes in Civil Engineering. 2025. Pp. 509–519. DOI: 10.1007/978-3-031-80482-3_48

11. Малыгина О.А. Разработка математических моделей определения тепло-влажностного режима ограждающих конструкций зданий при нестационарном тепловом потоке // Современные проблемы гражданской защиты. 2024. № 3 (52). С. 93–104. EDN NNKWXJ.

12. Зайцева К.В., Титунин А.А., Гнедина Л.Ю., Ибрагимов А.М. Тепло- и массоперенос в многослойном деревянном клееном брусе: постановка задачи // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 8. С. 21–27. EDN UGYVTT.

13. Кузина В.В., Ерёмкин А.И., Кошев А.Н., Пономарева И.К. Математическое моделирование температурных и скоростных полей в конвективных потоках от нагретой поверхности отопительного прибора // Региональная архитектура и строительство. 2025. № 1 (62). С. 183–191. DOI: 10.54734/20722958_2025_1_183. EDN JQAPWL.

14. Павлова М.О., Захаров В.А., Квардакова А.М. Исследование теплопотерь через узел оконного откоса // Строительная механика и расчет сооружений. 2023. № 3 (308). С. 36–45. DOI: 10.37538/0039-2383.2023.3.36.45. EDN RIIGPA.

15. Сучилин В.А., Кочетков А.С., Губанов Н.Н. Моделирование в COMSOL Multiphysics энергосбережения типовых зданий ЖКХ при реконструкции и ремонте // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2020. № 6 (222). С. 44–50. EDN SWRRLH.

16. Парфенов Г.И., Смирнов Н.Н., Яблоков А.А., Пыжов В.К. Имитационное моделирование прикладных задач тепло- и воздухообмена в программе COMSOL Multiphysics. Иваново, 2023. 132 с.

17. Цветков Н.А., Хуторной А.Н., Толстых А.В., Колесникова А.В. Физико-математическая модель тепловлагопереноса в ограждающих конструкциях из профилированного теплового бруса // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. № 2 (698). С. 12–20. EDN YTPOMP.

18. Мусорина Т.А., Заборова Д.Д., Петриченко М.Р. Математический аппарат для определения термического сопротивления однородной скалярной среды // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 8. С. 1037–1045. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.1037-1045. EDN ANCYIM.

19. Корниенко С.В. Совершенствование методов расчета температурно-влажностного режима ограждающих конструкций // AlfaBuild. 2020. № 1 (13). С. 1–6. DOI: 10.34910/ALF.13.1. EDN QJXQQH.

20. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Зубарев К.П. Анализ расположения зоны наибольшего увлажнения в ограждающих конструкциях с различной толщиной теплоизоляционного слоя // Жилищное строительство. 2016. № 6. С. 8–12. EDN WFAXGN.

21. Корниенко С.В., Чеснокова О.Г., Чеснокова В.Д., Журбенко М.Д. Динамическое моделирование процесса тепловлагопереноса в многослойных ограждениях // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2021. № 4 (85). С. 29–40. EDN CEHHWH.

22. Гагарин В.Г., Пастушков П.П., Реутова Н.А. К вопросу о назначении расчетной влажности строительных материалов по изотерме сорбции // Строительство и реконструкция. 2015. № 4 (60). С. 152–155. EDN UAXPEH.

23. Перехоженцев А.Г. О потенциале влажности, нормировании и расчете тепловлажностных характеристик наружных ограждений зданий // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2023. № 3–4 (92). С. 39–48. EDN JRSXZX.

24. Sokolov V. Diffusion of Circular Source in the Channels of Ventilation Systems // Lecture Notes in Networks and Systems. 2019. Pp. 278–283. DOI: 10.1007/978-3-030-04792-4_37

25. Малыгина О.А. Анализ теплотехнических свойств наружной ограждающей конструкции по итогам натурных испытаний // Современные проблемы гражданской защиты. 2024. № 2 (51). С. 129–139. EDN EDFZBP.

26. Sokolov V. Hydrodynamics of Flow in a Flat Slot with Boundary Change of Viscosity // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. Pp. 1172–1181. DOI: 10.1007/978-3-030-54817-9_136

27. Малыгина О.А., Засько В.В. Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов во влажном состоянии // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2024. № 5 (169). С. 5–14. DOI: 10.71536/vd.2024.5c169.1. EDN MTXSIN.