Исследование изменения теплового режима наружных ограждений в зимний период в условиях резкого потепления Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

:

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

И.Н. Фурсова Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: 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.

Ключевые слова: нестационарный тепловой режим, наружная ограждающая конструкция, распределение температур, зимние условия.

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]:

дг „ ^ Я д 3,6

дт ' ср дх2

Используя метод конечных разностей, можно заменить дифференциал конечными приращениями:

м А2г

— = а—2 & Ах

а - коэффициент температуропроводности определяется:

а = 3,6Я/ ср

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

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 гн = +2°С.

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 гн =-5°С конструкция находилась в стационарных условиях с температурой

наружного воздуха равной среднемесячной самого холодного месяца. В момент повышения она увеличилась до гн = +2°С.

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.

♦ 2 часа —а—6 часов 12 часов X 24 часа

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

—♦—2 часа —■—6 часов 12 часов х 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

Тепловой поток в ограждающей конструкции от наружной поверхности

№ Материал Плот- Продолжительность Относитель-

п/п ность, теплового потока от ная

кг/м3 наружной поверхности, час продолжи-

Расчет 1 Расчет 2 тельность, %

1. Кирпич 1800 52 16 100

2. Газобетон 400 26 8 50

3. Керамзитобетон 800 11 3 20

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.

Литература

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. 615620.

References

1. N.N. Rudenko, I.N. Fursova. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_84_Rudenko.pdf_2079.pdf

2. I.N. Fursova, A.A. Kapralov Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Stroitel'stvo-2013». Rostov n/D. RGSU, 2013. 88 p.

3. V.N. Bogoslovskij. Teplovoj rezhim zdanija [Thermal conditions of the building]. M.: Strojizdat, 1979. 248 p.

4. I.N. Fursova, J.A. Tereznikov Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 2 (часть 2). URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1700

5. B.P Demidovich., I.A Maron., E.Z. Shuvalova. Chislennye metody analiza [Numerical methods of analysis]. M.: Gos. izd. Fiz.-mat. lit., 1963. 400 с.

6. Rudenko N.N., Voloshanovskaya I.N., Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Stroitel'stvo-2001». Rostov n/D. RGSU, 2001. 87 p.

7. A.S. Djachenko, А.С, N.N. Rudenko Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4105

8. Ulgen K. Energy and Buildings. 2002. №34. pp. 273-278.

9. Asan H., Sancaktar Y.S. Energy and Buildings. 1998. №28, pp. 159-166

10. Asan H. Building and Environment. 2006 №41. pp. 615-620.