Исследование изменения теплового режима наружных ограждений в зимний период в условиях резкого потепления

Исследование изменения теплового режима наружных ограждений в зимний период в условиях резкого потепления

Для региона Юга России характерны скачкообразные изменения температуры в зимний период. В нормативной литературе рассматривается преимущественно стационарный тепловой режим. Не достаточно исследовано как будет влиять на тепловой режим наружных ограждающих конструкций резкое увеличение наружной температуры. В статье рассматривается динамическое изменение распределения температур наружных ограждающих конструкций для условий резкого потепления в зимний период на примере ограждающих конструкций, выполненных из различных материалов.

Для региона Юга России характерны скачкообразные изменения температуры в зимний период. В нормативной литературе рассматривается преимущественно стационарный тепловой режим. Не достаточно исследовано как будет влиять на тепловой режим наружных ограждающих конструкций резкое увеличение наружной температуры [1,2]. В статье рассматривается динамическое изменение распределения температур наружных ограждающих конструкций для условий резкого потепления в зимний период на примере ограждающих конструкций, выполненных из различных материалов.

Уравнение теплопроводности, описывает изменение температурных полей с течением времени для одномерного случая [3]:

Используя метод конечных разностей, можно заменить дифференциал конечными приращениями:

— коэффициент температуропроводности определяется:

Определить температуры на поверхности можно из условия теплового баланса, сумма теплоты от поверхности уходящей и приходящей равны нулю:

Тогда для температуры внутренней поверхности [4]:

Поведем численный эксперимент, воспользовавшись методом конечных разностей для решения уравнения теплопроводности [5]. С помочью численного эксперимента выполнила два расчета.

Расчет 1. Принимаем, что до момента скачкообразного повышения конструкция находилась в стационарных условиях с температурой наружного воздуха равной среднемесячной самого холодного месяца. В момент повышения она увеличилась до .

На приведенном рисунке видно, что внутри стены с течением времени образуется область с температурами ниже температуры наружного воздуха. Минимум температур с течением времени сглаживается и смещается в сторону внутренней поверхности ограждения.

Расчет 2. Принимаем, что до момента скачкообразного повышения конструкция находилась в стационарных условиях с температурой наружного воздуха равной среднемесячной самого холодного месяца. В момент повышения она увеличилась до .

Результаты расчетов представлены на рис. 1,2 для наружной стены, выполненной из кирпичной кладки. На рисунках представлено изменение распределения температуры внутри однослойной ограждающей конструкции, выполненной из кирпичной кладки.

Рис. 1 Распределение температур в стене из кирпичной кладки для расчета 1 (через 2, 6, 12, 24 часа)

Рис. 2 Распределение температур в стене из кирпичной кладки для расчета 2 (через 2, 6, 12, 24 часа)

По результатам, представленным в таблице видно, что продолжительность существования в конструкции зоны с температурой ниже температуры наружной поверхности зависит от теплофизических свойств материалов наружной стены.

Происходящий процесс возник из-за влияния массивности на максимальный тепловой поток [6,7], полученные результаты согласуются с работами [8,9,10].

Таблица 1 Тепловой поток в ограждающей конструкции от наружной поверхности

Одновременное существование тепловых потоков в стене от внутренней и наружной поверхностей навстречу друг другу увеличивает скорость прогрева стены и переход в стационарный тепловой режим. При этом может приводить к движению водяного пара от обеих поверхностей внутрь стены, что может резко увеличить количество влаги в конструкции и негативно повлиять на эксплуатационные свойства ограждения. Исследование, посвященное изменения влажностного режима наружного ограждения в условиях резкого потепления в зимний период, необходимо для анализа изменения количества влаги способной сконденсироваться.

ограждение кирпичный теплопроводность наружный.

• 1. Руденко Н. Н., Фурсова И. Н. Влияние нестационарных тепловых условий на определение термического сопротивления ограждения // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2079/.
• 2. Фурсова И. Н., Капралов А. А. Алгоритм исследования плотности теплового потока через ограждение при нестационарных тепловых условиях // Материалы Международной научно-практической конференции «Строительство-2013». — Ростов н/Д: РГСУ, 2013. С.87−88.
• 3. Богословский В. Н. Строительная теплофизика / В. Н. Богословский. -М.: «Высшая школа», 1970. -348 с.
• 4. Фурсова И. Н., Терезников Ю. А. Исследование влияния температуры внутреннего воздуха на распределение температуры поверхности тёплого пола // Инженерный вестник Дона, 2013, № 2 (часть 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1700/.
• 5. Демидович Б. П., Марон И. А., Шувалова Э. З. Численные методы анализа. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1963. 400 с.
• 6. Руденко Н. Н., Волошановская И. Н. Влияние массивности на максимальный тепловой поток. Материалы Международной научно-практической конференции «Строительство-2001». -Ростов н/Д: РГСУ, 2001. — 84−87 с.
• 7. Дьяченко А. С., Руденко Н. Н Исследование и моделирование динамики потерь тепла // Инженерный вестник Дона, 2017, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4105/.
• 8. Ulgen K. Experimental and theoretical investigation of effects of wall’s thermo physical properties on time lag and decrement factor // Energy and Buildings. 2002. № 34. pp. 273−278.
• 9. Asan H., Sancaktar Y.S. Effects of wall’s thermophysical properties on time lag and decrement factor // Energy and Buildings. 1998. № 28, pp. 159−166
• 10. Asan H. Numerical computation of time lags and decrement factors for different building materials // Building and Environment. 2006 № 41. pp. 615−620.