Компьютерное моделирование тепловых потерь в двухслойных строительных конструкциях

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Бондаренко Петр Владимирович, Васильева Лидия Анатольевна, Ясинская Алена Олеговна КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ДВУХСЛОЙНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
В статье рассматривается компьютерное моделирование явления теплопроводности двухслойных систем в среде '-Lazarus'- на языке программирования '-Object Pascal'-. Приводится анализ коэффициента теплопроводности для системы & quot-силикатный кирпич — стекловата& quot-. Определены оптимальные размеры утеплителя и несущей строительной конструкции. Адрес статьи: www. gramota. net/materials/1 /2014/7/10. html
Статья опубликована в авторской редакции и отражает точку зрения автора (ов) по рассматриваемому вопросу.
Источник
Альманах современной науки и образования
Тамбов: Грамота, 2014. № 7 (85). C. 41−43. ISSN 1993−5552.
Адрес журнала: www. gramota. net/editions/1. html
Содержание данного номера журнала: www. gramota. net/materials/1 /2014/7/
© Издательство & quot-Грамота"-
Информация о возможности публикации статей в журнале размещена на Интернет сайте издательства: www. gramota. net Вопросы, связанные с публикациями научных материалов, редакция просит направлять на адрес: almanaс@. gramota. net
УДК 536. 2
Физико-математические науки
В статье рассматривается компьютерное моделирование явления теплопроводности двухслойных систем в среде '-Lazarus'- на языке программирования '-Object Pascal'-. Приводится анализ коэффициента теплопроводности для системы «силикатный кирпич — стекловата». Определены оптимальные размеры утеплителя и несущей строительной конструкции.
Ключевые слова и фразы: теплопроводность- теплосбережение- двухслойные системы- теплоизоляционные материалы- компьютерное моделирование.
Бондаренко Петр Владимирович, к. ф. -м. н.
Волгоградский государственный университет bondarenko@pisem. net
Васильева Лидия Анатольевна, к. ф. -м. н., доцент
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет bondarenko@pisem. net
Ясинская Алена Олеговна
г. Волгоград bondarenko@pisem. net
В настоящее время огромное внимание при строительстве жилых и офисных зданий уделяется проблеме энергосбережения. Применение современных теплоизоляционных материалов позволяет повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляции здания, а также достичь снижения энергозатрат и, следовательно, сокращения эксплуатационных расходов.
Применение при строительстве малоэффективной, недостаточной теплоизоляции или неправильное ее размещение приводят к ухудшению микроклимата помещений. Поэтому при строительстве зданий необходимо использовать такие теплоизоляционные решения, которые могли бы снизить нагрузку на оборудование отопления и кондиционирования.
Установлено [2], что большая часть всех теплопотерь происходит через наружные ограждающие конструкции, потому что они имеют непосредственный контакт с окружающей средой. Также примерно до 25% теплопотерь приходится на перекрытия и внутренние стены, т.к. в местах контакта плит перекрытий с несущими стенами образуются участки, где происходит интенсивный теплообмен с окружающей средой.
В настоящее время в строительстве используют широкий спектр теплоизоляционных материалов, которые различаются по физико-химическим свойствам и технико-эксплуатационным характеристикам. Также теплоизоляционные материалы подразделяются по виду основного сырья на волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.) и ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты).
В волокнистых материалах используется твердая основа минерального происхождения, получаемая в результате плавления песка, соды, известняка, базальтовых пород или вторично используемого стекла. А в ячеистых (вспененных) материалах могут использоваться органические полимеры и минеральные компоненты. В этой группе широкое применение в строительстве получили теплоизоляционные материалы на основе пенополистирола (вспененного или экструцированного), пенополиуретана и вспененных каучуков, пе-но-, газо- и ячеистых бетонов.
При строительстве и утеплении зданий необходимо учитывать не только его теплоизоляционные характеристики, но и способность материала сохранять теплоизоляционные свойства на протяжении долгого времени.
Целью данной работы является исследование тепловых потерь в двухслойных системах, например, в тех, которые в настоящее время активно используются при строительстве и эксплуатации жилых и общественных зданий.
Для расчета коэффициента теплопроводности двухслойной системы можно воспользоваться полученным в [1] выражением:
где х — коэффициент теплопроводности двухслойной системы- х1 — коэффициент теплопроводности первого слоя- хг — коэффициент теплопроводности второго слоя- х — общая толщина конструкции- Ах — толщина несущего слоя конструкции.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ДВУХСЛОЙНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ (c)
-(c)
1
(1)
© Бондаренко П. В., Васильева Л. А., Ясинская А. О., 2014
42
Издательство «Грамота»
www. gramota. net
Рис. 1. Интерфейс первой программы для двухслойной системы: силикатный кирпич (%1=0,85 Вт/м К) — стекловата (Хг = 0,05 Вт/м К)
Рис. 2. Интерфейс второй программы для двухслойной системы: силикатный кирпич (%1=0,85 Вт/м К) — стекловата (Хг=0,05 Вт/м К). Для наглядности графиков масштаб по толщине стены не соблюдается
В случае если теплоизолирующий материал расположен между слоями, температура которых находится в области отрицательных и положительных величин, то точка промерзания может располагаться в несущей конструкции здания. Так как удельный объем льда больше, чем воды, это может привести к разрушению конструкции.
Для того чтобы определить оптимальные размеры утеплителя и защитить здание от разрушения, воспользуемся уравнением Фурье и найдем температуру пограничного слоя в двухслойной структуре.
Уравнение Фурье для первого слоя (несущего):
Ql =-^(Т2 -Т1) — а.
для второго слоя (утеплитель) оно имеет следующий вид:
02 = -ХтТ — т2), (3)
d2
где T — комнатная температура- T2 — температура на границе стены и утеплителя- T3 — наружная температура- dj и d2 — толщина несущего слоя и утеплителя.
Приравниваем уравнения (2) и (3) для стационарного случая, получаем следующее выражение для определения температуры пограничного слоя:
j+T [X,
T2 = [ 1 y-. (4)
Xi I X2 d1 d2
Таким образом, формулы (1) и (4) позволяют определить оптимальные размеры утеплителя и несущего слоя строительной конструкции.
Исследование теплопроводности двухслойных систем проводилось методом компьютерного моделирования в среде Lazarus на языке программирования Object Pascal.
Интерфейс первой программы позволяет пользователю вводить известные значения коэффициентов теплопроводности компонентов системы, например, материалов, используемых при строительстве домов. Зная толщины несущего слоя и слоя утеплителя, программа позволяет определить коэффициент теплопроводности стены.
Расчет коэффициента теплопроводности двухслойной системы проводился в зависимости от отношения толщины одного из слоев к общей толщине системы, с построением соответствующего графика.
Интерфейс второй программы позволяет пользователю вводить известные размеры несущего слоя строительной конструкции (силикатный кирпич) и утеплителя (стекловата), которые активно используются при строительстве домов. Зная толщины несущего слоя и слоя утеплителя, программа позволяет определить оптимальный размер утеплителя для предотвращения промерзания и разрушения несущей конструкции здания.
Рис. 1 иллюстрирует рабочее окно программы, где построен график зависимости коэффициента теплопроводности системы «силикатный кирпич — стекловата» от относительной толщины. Пользуясь графиком, легко определить, что для уменьшения теплопотерь, например, втрое, толщина слоя утеплителя должна составлять примерно 20% от общей толщины стены для данных материалов.
Рис. 2 иллюстрирует зависимость температуры пограничного слоя от температуры несущего слоя (а) и распределение температур на утеплителе, пограничном слое и несущем слое (б).
Из Рис. 2 видно, что в области наружных температур от 0 до -30оС температура пограничного слоя выше нуля. Следовательно, заданные в данном примере толщина утеплителя 50 мм и толщина несущего слоя 640 мм являются приемлемыми для данной двухслойной строительной конструкции с точки зрения отсутствия промерзания несущего слоя. Для дышащих конструкций необходимо следить, чтобы точка росы не попадала в несущий слой.
Таким образом, программа позволяет определить оптимальное соотношение толщины несущего слоя и утеплителя при построении и утеплении зданий, исходя из соображений энергосбережения.
Список литературы
1. Бондаренко П. В., Васильева Л. А., Ясинская А. О. Исследование теплопроводности двухслойных систем // Сборник научных трудов SWORLD. Одесса, 2013. Т. 43. № 1. С. 42−44.
2. Орлов В. А. Энергосбережение в строительстве и низкоэмиссионное стекло // Материалы четвертой российской
научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности».
Ульяновск: УлГТУ, 2003. С. 225−230.
COMPUTER MODELING OF HEAT LOSSES IN TWO-LAYER BUILDING CONSTRUCTIONS
Bondarenko Petr Vladimirovich, Ph. D. in Physical-Mathematical Sciences Volgograd State University bondarenko@pisem. net
Vasil'-eva Lidiya Anatol'-evna, Ph. D. in Physical-Mathematical Sciences, Associate Professor Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering bondarenko@pisem. net
Yasinskaya Alena Olegovna
Volgograd bondarenko@pisem. net
The article discusses the computer modeling of the phenomenon of two-layer systems thermal conductivity in the environment & quot-Lazarus"- using the programming language & quot-ObjectPascaF. The analysis of thermal conductivity coefficient for the system & quot-silicate brick — glass wool& quot- is carried out. The optimal dimensions of heat insulation and bearing building structure are determined.
Key words and phrases: thermal conductivity- heat-saving- two-layer systems- heat-insulating materials- computer modeling.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой