Научная статья на тему 'МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ'

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
59
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ / МИКРОКАПСУЛЫ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / УРАВНЕНИЕ РЕГРЕССИИ / КРИТЕРИЙ ФИШЕРА / КРИТЕРИЙ СТЬЮДЕНТА

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Яковлева Юлия Сергеевна, Бирюков Александр Николаевич

В статье рассматриваются результаты исследований физических характеристик теплоаккумулирующих строительных материалов. Современные тенденции в производстве и использовании материалов определяют необходимость разработки новых научно-методических аппаратов оценки физических характеристик энергосберегающих строительных материалов, которые позволят значительно улучшить свойства материалов, снизить их стоимость и повысить качество и надежность конструкций и изделий. В качестве такого аппарата авторами предлагается применение математической модели, статистическим описанием экспериментальных данных которой является линейная регрессия. В качестве входных параметров системы выбраны исходные вещества для формирования микрокапсулированного теплоаккумулирующего материала, а выходными характеристиками являются зависимые переменные (удельная теплота фазового перехода, предел прочности на сжатие). По результатам экспериментальных исследований и с помощью программы DataFit построены зависимости выходных параметров от доли составных компонентов материала. Проведена оценка адекватности математической модели f-критерием Фишера, значимость коэффициента множественной корреляции - по /-критерию Стьюдента. Определены составы материала с наилучшими физическими характеристиками.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Яковлева Юлия Сергеевна, Бирюков Александр Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELING OF PHYSICAL CHARACTERISTICS OF HEAT-ACCUMULATING BUILDING MATERIALS

The article discusses the results of studies of the physical characteristics of heat-accumulating building materials. Modern trends in the production and use of materials determine the need to develop new scientific and methodological devices for assessing the physical characteristics of energy-saving building materials, which will significantly improve the properties of materials, reduce their cost and improve the quality and reliability of structures and products. As such a device, the authors propose the use of a mathematical model, the statistical description of experimental data of which is linear regression. The initial substances for the formation of a microcapsulated heat-accumulating material are selected as input parameters of the system, and the output characteristics are dependent variables (specific heat of the phase transition, compressive strength). Based on the results of experimental studies and using the DataFit program.

Текст научной работы на тему «МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

УДК 691.553.4

РО!: 10.25206/1813-8225-2023-186-97-104

Ю. С. ЯКОВЛЕВА1 А. Н. БИРЮКОВ2

1 Военный инновационный технополис «ЭРА», г. Анапа 2 Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулёва, г. Санкт-Петербург

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ_

В статье рассматриваются результаты исследований физических характеристик теплоаккумулирующих строительных материалов.

Современные тенденции в производстве и использовании материалов определяют необходимость разработки новых научно-методических аппаратов оценки физических характеристик энергосберегающих строительных материалов, которые позволят значительно улучшить свойства материалов, снизить их стоимость и повысить качество и надежность конструкций и изделий. В качестве такого аппарата авторами предлагается применение математической модели, статистическим описанием экспериментальных данных которой является линейная регрессия.

В качестве входных параметров системы выбраны исходные вещества для формирования микрокапсулированного теплоаккумулирующего материала, а выходными характеристиками являются зависимые переменные (удельная теплота фазового перехода, предел прочности на сжатие). По результатам экспериментальных исследований и с помощью программы DataFit построены зависимости выходных параметров от доли составных компонентов материала. Проведена оценка адекватности математической модели Я-критерием Фишера, значимость коэффициента множественной корреляции — по /-критерию Стьюдента. Определены составы материала с наилучшими физическими характеристиками.

Ключевые слова: теплоаккумулирующие материалы, микрокапсулы, математическая модель, физические характеристики, уравнение регрессии, критерий Фишера, критерий Стьюдента.

Введение. С каждым годом ужесточаются требования к энергосбережению [1]. Уменьшение потребления энергии и снижение выброса СО2 является важным моментом политики передовых стран мира. Западные страны в разных отраслях экономики активно ведут исследования по изучению вопроса энергосберегающих технологий. В России детальность сконцентрирована на оптимизации стоимости строительства в виде капитальных затрат [2]. При этом расходы на эксплуатацию зданий и сооружений не подвергались детальному анализу из-за низкой стоимости топлива и централизованного отопления объектов инфраструктуры. Вопросы безопасности и экономии материалов для строительства являются важными при проектировании зданий и сооружений.

Согласно Распоряжению Правительства РФ № 1715-р от 13.11.2009 г. «Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2030 года», за период реализации Стратегии планируется снижение зависимости российской экономики

от энергетического сектора за счет опережающего развития инновационных малоэнергоемких секторов экономики и реализации технологического потенциала энергосбережения [3 — 6]. Достижение долгосрочных целей возможно за счет использования имеющегося в стране потенциала возобновляемых источников энергии и научно-технических разработок в этой сфере.

В зависимости от субъекта Российской Федерации разрабатываются отдельные нормы и правила строительства в области энергосбережения с учетом потенциала местной сырьевой базы [7 — 9].

Широкое применение имеют ограждающие конструкции с высокой тепловой эффективностью. В начале 80-х на основе анализа и оценки тепловой эффективности слоистых стеновых конструкций установлена зависимость суммарного расхода тепла от показателя сопротивления теплопередаче конструкции [10—12]. Достигнуть снижение суммарного расхода тепла возможно за счет увеличения толщины наружного ограждения, что позволит

увеличить сопротивление теплопередаче ограждения. Основываясь на практических результатах эксплуатации известных ограждающих конструкций, определено, что, вследствие недостаточной эффективности теплоизоляции, дефектов конструктивных решений, часто происходит повышенный расход тепла на отопление. Поэтому многие страны интенсивно развивают промышленное производство теплоизоляционных и теплоаккумулирующих материалов. Анализ рынка таких стран, как Швеция, Финляндия, Германия, США и другие, показал, что выпускаемые теплоизоляционные материалы имеют больший объем на душу населения, чем в России, в 5 — 7 раз. Также определено, что основные затраты при эксплуатации приходятся на отопление помещений. А при плохой изоляции большая часть тепловой энергии расходуется на «отопление» наружного воздуха, а не помещения. В результате исследований [13] выявлено, что устройство качественной теплоизоляции позволит сэкономить до 50 % энергии, которая расходуется на отопление.

Действующие строительные нормы показывают, что требуемое сопротивление теплопередаче увеличилось в 3 — 3,5 раза. А значит, существует необходимость создания эффективного теплоаккумули-рующего материала с улучшенными техническими, эксплуатационными, экономическими и экологическими характеристиками. Широкое применение получили конструкции с применением теплоакку-мулирующих материалов, обеспечивающих более высокие теплозащитные свойства сооружений. Однако существующие материалы имеют недостаточную стабильность, цикличность и неравномерность распределения по территории, чтобы обеспечить требуемую теплозащиту зданий и сооружений.

В связи с этим существует потребность в разработке новых научно-методических подходов по оценке физических характеристик энергосберегающих строительных материалов. Так, с помощью теории моделирования возможно рассмотрение процесса функционирования реальной системы на основе задаваемых расчетных параметров. Математическое моделирование позволит изучить физические характеристики строительных материалов и определить уровень значимости расчетных и экспериментальных данных.

Теоретическая часть. На этапе изучения и формирования сложных систем необходима оценка количественных и качественных зависимостей процессов, происходящих в этих системах, исследование структуры и параметров [14, 15].

На основе теории моделирования систем [16] математическое описание объекта исследований осуществляется в системе «Теплоаккумулирующий материал с микрокапсулами», которая включает параметры, описывающие процесс функционирования реальной системы. Обобщенные операторы преобразуют набор независимых внутренних параметров системы, которые представлены векторами воздействия переменных параметров во внешние выходные параметры.

В качестве входных воздействий определены: гипс С(х1), вода У(х2) и микрокапсулы М(х3). Микрокапсулы представляют собой гранулы, материалом ядра которых является парафин, а оболочка — кремнийорганическое соединение. Переменными параметрами являются технологические V, которые оказывают влияние на формирование теплоаккуму-лирующего материала с микрокапсулами ивключа-ют: температура Т(у ), давление Р(у2) и время ^у3).

Рис. 1. Модель формирования теплоаккумулирующего материала с микрокапсулами

Модель формирования теплоаккумулирующего материала с микрокапсулами представлена на рис. 1.

Основными выходными характеристиками системы выбраны: удельная теплота Xуд (у1) и предел прочности на сжатие Ясж(у2). Для статистического описания п роц есса выбрана линейная регрессия:

~ = Ь0 + 2=1 ЬА +П!!+

+ ,=чЬи]ЧХиХХч +... + К,./!ХиХ,... Хк г (1)

где х — вектор объясняющих переменных; Ь0 — своббдный член;

Ь , Ь , Ь — коэффициенты, которые учитывают

и и/ ид ^ ^ 1 ^

линейное влияние на отклик взаимодействия факторов первого, второго и т.д. порядков; / — номер наблюдения; к — о бщее количество наблюдений. На основе скалярного произВедеНия у на +,, в зависимости от чисяа опяггов N, определяют коэффициент уравненпя регуессии /г.:

Еб

,н! Х,н,

(2)

Р-критсфиес Ф +ше;ре сросеряют значимость фунзцни откликп е пс формпсе:

е ф = _

где 0ост — остаточная дисперсия; 0у — общая дисн ер сет.

(3)

Общая дисоерсия рассчитывается пс формуле

НПр^Нсс,2)2

оя н-

с я р

(4)

где у. — значения параметра оптимизации в г-м отзие;

п — число измерений.

Счепень свободы / = л-1 определяет число не-зависимок сравненбй или число независимых измерений.

Щст — остаточная диспепсия рассчитывается по формуле:

0 2 =

ТПСяД я^,]2

С я Р я !

(5)

где у. — значения парамесра оптимизации в г-м опыте;

у, — значоние сеарессчи в г-омопыте; п — число повторных о аыт о в;

2

о

р — число коэффициентов регрессии исследуемой модема.

С помощью Р-критерия Фишера определяют, во сколько раз уравеение регпепсии предсказыва-ет результаты опытов лучше, чем среднее иначение П = П . Среднеарифметическое зндчвние леремен-ной определяют пд форме=е:

0.6

7 N

(6)

где N — количество опытом;

уэ — опытное значение пв р емм иной. В случае, если Рф досвигиет или превышает значение Рга6л при выбрвооом провил гяасиее^м^ос^т^г^, тчи-тается, что уравнвние в^доеазывает результаты эксперимента лучше лреддепс.

Далее определяют коэффицмепт множественной корреляции Я с цевью изучения взатосвжи функции отклика у и переменными е.:

R = -N -o-

(7)

С помощью i-критерия Стьюдента определяют значимость коэффициеота еножественеой коррв-ляции:

L е-=е>^1

(o-p-1)'

(8)

£

-0.2

-0.4

а)

0 20 40 60

Температура Т, °С

О 20 40

Температура Т, °С

где SR — среднеквадратическая погрешность коэффициента множественной корр еляции:

_ е (1-ИИк)

и Q° -p -1

(9)

Рис. 2. Термоаналитическая кривая строительного материла:

а) при 10 % содержании микрокапсул

в общем объёме материала;

б) при 50 % содержании микрокапсул

в общем объёме материала

Также в качестве выходных характеристик можно рассмотреть количеетво теплоты, удельную теплоемкость и каэффириенк тепоопроводности.

Количество теплоты Q, которое получает или отдает система в процесае теплообмена, определяют по формуле:

Q е ХТ • р кх\рк,

(10)

зде 0уА — удельноо ееелета плавления/кристаллизации, Дж/кг;

т — масса матевеала, мс!"1

Массу матерпало т рассчитывают через удельный вес в зависимости от доли вещества в гипсовой штукатурке (0 %, Г0 %, а0 %).

Коэффициено теилопроводности определяют в соответствии с фофмулож

Х и

Q. • 8

(к -к )т • t

В т/м2°С,

(11)

где Ор — количество теплоты, кДж;

тр — масса материала, кг;

АГ — разность конечной и начальной температуры материала, °С.

Экспериментальная часть. Важными методами исследования свойств веществ являются термоаналитические [17, 18], основанные на регистрации параметров исследуемой системы в условиях программированного воздействия температуры. В работе выбран метод дифференциальной сканирующей калориметрии [19].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Измерения проводились на образцах гипса с микрокапсулами с помощью дифференциального сканирующего калориметра Б80-0100. Полученные зависимости удельной теплоты от температуры с учетом процентного содержания микрокапсул в общем объёме материала представлены на рис. 2.

Регрессионная модель объекта с учетом натуральных обозначений факторов имеет вид:

где Ор — количество тенмоты, Дж; 5 — толщина материала, м;

Т, Г2 — температура с двух сторон материала (Г1 — внутреннял ф — внлшняя), °С; 5 — площадь матер п ала/объекта, м2; I — время, час.

Удельная тепооо мкосль мате риала рассчитывается по формуле:

И и .

о,

р. •нк

£_, Дж/кг°С,

Xу = 71,02 - 4,2G + 5,65M + 0,67GM.

(13)

(12)

Полученное соотношение показывает взаимосвязь удельнойтеплоты фазового перехзда 0уА с такими факторами, как содержание микрокапсул в теплоаккумулирующес материале (ТАМ)«М» и содержание гипса в ТАМ «С» микрокапсулы. На параметр оптимиоации перечисленные факторы влияют пропорционально, на что указывают линейные эффе кты. Наибеоьшее влияние оказывает доля микрокапсул, наименьшее влияние оказывают парные взаимодействия.

Далее рассчитывается дисперсия коэффициентов регрессии:

52 {- }= = 0:56 = о,02.

1 ! 7 nN 3-9

Среднее квидонтическре ооолонение с учетом каждого коэИфициента регрессии

и—0 н ■ГЙ'ЬО н 70,02 н 0,14.

Значимость ноэффициента регрессии проверяется по соотношению |— |= 0тп6л - И{и } . На основании таблицы ^расгфеделения Стьюдента выбирается показатель н с учетам уровня значимости а=0,05 и числа степеней евободы ^. В связи с равномерным дутлиаованием велпчинт /+ опредепется по формуле:

/ = N(n - 1) = Э^- 1) = еИ;

t « = 2,12;

табл

t б S{b} = 2,12'0,14 = 0,3.

табл 1 i' ' ' '

Условие незначимости коэффициентов регрес-

S Ь

дмяпои»°'г

Рис. 3. Зависимость удельной теплоты фазового перехода

Ь V

ё В

II

"■'"•■л.,,

'""УЛМ .

Долягипсай^т

Рис. 4. Зависимость предела прочности на сжатие Rсж от доли микри ьапсулМ идоли гипса G

П н ^л • =3-1;

Ру н на 40 д (4,23; Иь н |е,пе| д о,е,

Р12 н |0,П7| д 0,3.

Поскольку в результате проведенных расчетов выявлено, ч о все коэффициенты являются значи-мымин то ьРавнение регрессии остается неизменным.

Рассчитывается доверительный интервал для каждого из значимых коэффициентов как

и, а 0та6ди{и,1и р, и т + ^А-1:

3,9 < Р1 < 4,5;

5,35 <Р2 < 5,95;

0,37 <Р3 < 0,97:

Адекватность маиемдииоеской М0,0ели проверяется Р-критерием Фишзро по формулам (3)-(5):

F - ■

87,9

S 2 . 16,75

y ост

= 5,25.

Значимость тоэффициен0а ашржественной корреляции пповеяяятоя пи ^киитерию Стьюдента:

п

. _ ^ л i табл

1и = ■=- > l(n-p-1)' S ß

0,9 0,095

= 9,47 > 2,122.

На основе та6личфиго зн0чения Р-распределения для а = 0,05 и числастеиеней свободы I = п — 1 = 8 (числитель), / = п — 1 = 9 — (2+1) = 6 (зна-

табл I расч ' 1 табл

определено, что уравнеиие ]еегрести+ адикиатно Чем больше значение Р превышает Р , тем эф-

расч ^ табл ^

фективнее уравнение регрессии.

Коэффициент мноиоествешго5 корреляции Я:

Определено, что усноеие выполнпется, следовательно, существует тесная взаимосвязь между ре-зультативныо показателем и нибором факторных показателей. Прогнозирремые ггоказ0тели определен ьн с точностью 90 % [20, 21].

По реяультатам экспериме нтальных исследований и с помощью программы Е)т^аРИ построены зависимости выходных параметров от доли микрокапсул и гипса, которые представлены на рис. 3 и рис. 4.

По по лученным графикам видно, что максимальные значания теплоты ,н 83,19 кДж/кг при до-статонной пр очности при сжатии Я = 2 МПа достигнуто при сочетании микрокапсул в количестве 0,85 г, гиаса — 0,57 г.

На рвс. 5 приведено сопоставление экспериментальных с расчетными данными, полученными с ис-пол>зованием зависимости (13) для удельной теплоты фазового перехода.

Согласно проведённым расчетам, вероятность точности измерения достаточно высокая и равна 90 %.

В подтверждение полученных результатов были рассчитаны и другие физические характеристики, такие как:

менатель), Р „ = 4,15. Т.о. Р (5,25) > Р „ (4,15), — количество теплоты, получаемое или отдавае-

'' табл ' расч > ' ' табл > ' '' *

мое системой при теплообмене О, рассчитывается по формуле (10);

— коэффициент теплопроводности X — по формуле (11);

— удельная теплоемкость с — по формуле (12). По результатам расчета количества теплоты Ор,

которое будет содержаться в материале, определено, что создаваемая гипсовая штукатурка с 50 %

И - 11 - ^ - 0,9

Xот доли микри б апсул М идоли гипса G

t

и

2

-з.Ф -1 0.0 +0 -I

Нормальный квантк, б)

Рис. 5. График сравнения экспериментальных данных с результатами аппроксимации при R2 = 0,9: а) для удельной теплоты; б) для прочности при сжатии

содержанием синтезированных микрокапсул способна передать тепла почти в четырл разл брльше по сравнению с обычной гипсовой штукатуркой без добавления микрокапсул.

По коэффициенту теплопровод! ости видно, что с увеличением доли микрокапсул покакотель уоели-чивается. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лунпк он проводит тепло.

Относительно показателя удельнок тепроемко-сти определено, что наилучшими являются составы гипсовой штукатурки с содержанием синтезированных микрокапсул 50 %. Чем Оольше лдорьная теплоемкость вещества, тем больше тепла необходимо затратить на его нагрев, но тем болсше тепыа это вещество отдает в окружающее пл остранетво при своем охлаждении.

Заключение. Таким образом, разраЛотанная сложная многофакторная система позвтояет определить зависимость характеристик ТАМ от содержания входных переменных. С учетом нор мативных требований [22] определено, что при 80 % содержании микрокапсул в ТАМ материал рап рушается. Поэтому можно сделать вывод о том, что при выбранном сочетании компонентов (50 % микрокапеул от общей доли материала) достигается максимальный показатель удельной теплоты Xуд к 83,6Ы кДж/ кг и при этом механическая прочность соответствует требованиям Я = 2 МПа.

^ сж

Библиографический список

1. Бодров В. И., Шевченко А. А., Ионычев Е. Г. Модель энергосберегающего производственного сельскохозяйственного здания // Известия вузов. Строительство. 2005. № 9. С. 114-116.

2. Матросов Ю. А. Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути её решения. Москва: НИИСФ, 2008. 496 с.

3. Мальцев А. В. Энергосберегающие ограждающие конструкции с использованием местных материалов при варьируемых параметрах тепломассопереноса: дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2014. 169 с.

4. Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2030 года: распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. № 1715-р. URL: https://legalacts.ru/doc/ rasporjazhenie-pravitelstva-rf-ot-13112009-n-1715-r/ (дата обращения: 12.02.2023).

5. СП 50.13330.2012. Свод правил. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. Введ. 1017-07-01. Москва: Минрегион России, 2012. 96 с.

6. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. Москва: Госстрой России, ФГУП, ЦПП, 2004. 25 с.

7. Матросов Ю. А. Сравнительный анализ территориальных норм России по энергоэффективности жилых зданий и нового постановления Германии // Энергосбережение. 2002. № 4. С. 60-63.

8. СП 23-101-2000. Проектирование тепловой защиты зданий. Москва: Госстрой России, 2001. 95 с.

9. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению. МГСН 2.01.99. Москва, 1999. 78 с. URL: https://ohranatruda.ru/upload/ iblock/5fd/4294850043.pdf (дата обращения: 10.02.2023).

10. Альтшуллер Е. Н. О показателе удельной энергоемкости в индустриальном домостроении // Бетон и железобетон. 1982. № 8. С. 27-28.

12. Альтшуллер Е. Н. Эффективность применения слоистых стен в монолитном домостроении // Бетон и железобетон. 1993. № 2. С. 27-28.

13. Ушков Ф. В., Цаплев Н. Н. Энергоемкость и тепловая эффективность наружных стен // Жилищное строительство. 1981. № 4. С. 11-12.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. Шкарин А. В. Сухие теплоизоляционные смеси на композиционных вяжущих: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Белгород, 2013. 26 с.

15. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. Москва: Наука, 1988. 400 с.

16. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах / пер. с англ. Ю. А. Данилова; под ред. [и с предисл.] Ю. Л. Климонтовича. Москва: Мир, 1985. 419 с.

17. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Высшая школа, 2001. 343 с.

18. Шестак Я. Теория термического анализа. Москва: Мир, 1978. 528 с.

19. Майорова А. Ф. Термоаналитические методы исследования // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 10. С. 50-54.

20. Хеммингер В., Хене Г. Калориметрия. Теория и практика / пер. с англ. О. Б. Саламатиной. Москва: Химия, 1989. 90 с.

21. Яковлева Ю. С. Результаты экспериментальных исследований энергоэффективного строительного материала для объектов военной инфраструктуры // Актуальные проблемы естественных и технических наук: сб. материалов I Между-нар. науч.-практ. конф., 25 июня 2021 г. Санкт-Петербург, 2021. С. 295-302.

22. Яковлева Ю. С. Современная технология получения строительного теплоаккумулирующего материала // Тенденции развития строительства объектов гражданского и специального назначения: сб. науч. тр. по материалам II Всерос. науч.-методич. конф. 20-22 апреля 2022 г. Тюмень: Изд-во ТВВИКУ, 2022. С. 215-218.

23. ГОСТ Р 58279-2018. Смеси сухие строительные штукатурные на гипсовом вяжущем. Технические условия. Введ. 2019-07-01. Москва: Стандартинформ, 2019. 16 с.

ЯКОВЛЕВА Юлия Сергеевна, научный сотрудник научно-исследовательского отдела экспериментальных исследований и испытаний Военного инновационного технополиса «ЭРА», г. Анапа. БРНЧ-код: 3474-0490 ЛиШогГО (РИНЦ): 657954 Адрес для переписки: usa.17@yandex.ru БИРЮКОВ Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой технологии, организации и экономики строительства Военного института (инженерно-технического) Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А. В. Хрулева, г. Санкт-Петербург. БРНЧ-код: 6465-0627 ЛиШогГО (РИНЦ): 804789 Адрес для переписки: aleks_bir@mail.ru

Для цитирования

Яковлева Ю. С., Бирюков А. Н. Моделирование физических характеристик теплоаккумулирующих строительных материалов // Омский научный вестник. 2023. № 2 (186). С. 97-104. БОН 10.25206/1813-8225-2023-186-97-104.

Статья поступила в редакцию 06.03.2023 г. © Ю. С. Яковлева, А. Н. Бирюков

UDC 691.553.4

DOI: 10.25206/1813-8225-2023-186-97-104

YU. S. YAKOVLEVA1 A. N. BIRYUKOV2

1Military Innovative Technopolis «ERA»,

Anapa, Russia 2Military Academy of Logistics named after General of Army A. V. Khrulev, Saint Petersburg, Russia

MODELING

OF PHYSICAL CHARACTERISTICS OF HEAT-ACCUMULATING BUILDING MATERIALS

The article discusses the results of studies of the physical characteristics of heat-accumulating building materials.

Modern trends in the production and use of materials determine the need to develop new scientific and methodological devices for assessing the physical characteristics of energy-saving building materials, which will significantly improve the properties of materials, reduce their cost and improve the quality and reliability of structures and products. As such a device, the authors propose the use of a mathematical model, the statistical description of experimental data of which is linear regression. The initial substances for the formation of a microcapsulated heat-accumulating material are selected as input parameters of the system, and the output characteristics are dependent variables (specific heat of the phase transition, compressive strength). Based on the results of experimental studies and using the DataFit program. Keywords: heat storage materials, microcapsules, mathematical model, physical characteristics, regression equation, Fisher criterion, Student criterion.

References

1. Bodrov V. I., Shevchenko A. A., Ionychev E. G. Model' energosberegayushchego proizvodstvennogo sel'skokhozyaystvennogo zdaniya [Model of an energy-efficient production agricultural building] // Izvestiya Vuzov. Stroitel'stvo. Izvestia of Higher Education Institutions. Construction. 2005. No. 9. P. 114-116. (In Russ.).

2. Matrosov Yu. A. Energosberezheniye v zdaniyakh. Problema i puti ee resheniya [Energy saving in buildings. The problem and how to solve it]. Moscow, 2008. 496 p. (In Russ.).

3. Mal'tsev A. V. Energosberegayushchiye ograzhdayushchiye konstruktsii s ispol'zovaniyem mestnykh materialov pri var'iruyemykh parametrakh teplomassoperenosa [Energy-saving building envelopes using local materials with varying heat and mass transfer parameters]. Penza, 2014. 169 p. (In Russ.).

4. Ob utverzhdenii Energeticheskoy strategii Rossii na period do 2030 goda: rasporyazheniye Pravitel'stva RF ot 13 noyabrya 2009 g. № 1715-r. [On Approval of Russia's Energy Strategy to 2030: Russian Government Order No. 1715-r of 13 November 2009]. URL: https://legalacts.ru/doc/rasporjazhenie-pravitelstva-rf-ot-13112009-n-1715-r/ (accessed: 12.02.2023). (In Russ.).

5. SP 50.13330.2012. Svod pravil. Teplovaya zashchita zdaniy [SP 50.13330.2012. The course of rules. Thermal performance of the buildings]. Moscow, 2012. 96 p. (In Russ.).

6. SNiP 23-02-2003. Teplovaya zashchita zdaniy [SNiP 2302-2003. Thermal performance of the buildings]. Moscow, 2004. 25 p. (In Russ.).

7. Matrosov Yu. A. Sravnitel'nyy analiz territorial'nykh norm Rossii po energoeffektivnosti zhilykh zdaniy i novogo postanovleniya Germanii [Comparative analysis of Russian

territorial standards for energy efficiency in residential buildings and the new German regulation] // Energosberezheniye. Energy Efficiency. 2002. No. 4. P. 60-63. (In Russ.).

8. SP 23-101-2000. Proyektirovaniye teplovoy zashchity zdaniy [SP 50.13330.2012. Thermal performance design of buildings]. Moscow, 2001. 95 p. (In Russ.).

9. Energosberezheniye v zdaniyakh. Normativy po teplozashchite i teplovodoelektrosnabzheniyu. MGSN 2.01.-99 [Energy-efficient in buildings. Standards for thermal protection and thermo-electricity. MGSN 2.01.-99.]. Moscow, 1999. 78 p. URL: https://ohranatruda.ru/upload/iblock/5fd/4294850043.pdf (accessed: 10.02.2023). (In Russ.).

10. Al'tshuller E. N. O pokazatele udel'noy energoyemkosti v industrial'nom domostroyenii [On the indicator of specific energy intensity in industrial house building] // Beton i zhelezobeton. Concrete and Reinforced Concrete. 1982. No. 8. P. 27-28. (In Russ.).

11. Al'tshuller E. N. Effektivnost' primeneniya sloistykh sten v monolitnom domostroyenii Effectiveness of the use of laminated walls in monolithic construction // Beton i zhelezobeton. Concrete and Reinforced Concrete. 1993. No. 2. P. 27-28. (In Russ.).

12. Ushkov F. V., Tsaplev N. N. Energoyemkost' i teplovaya effektivnost' naruzhnykh sten [Energy intensity and thermal efficiency of exterior walls] // Zhilishchnoye stroitel'stvo. Housing Construction. 1981. No. 4. P. 11-12. (In Russ.).

13. Shkarin A. V. Sukhiye teploizolyatsionnyye smesi na kompozitsionnykh vyazhushchikh [Dry heat insulating mixtures based on composite binders]. Belgorod, 2013. 26 p. (In Russ.).

14. Buslenko N. P. Modelirovaniye slozhnykh sistem [Modelling of complex systems]. Moscow, 1988. 400 p. (In Russ.).

15. Haken H. Sinergetika. Ierarkhiya neustoychivostey v samoorganizuyushchikhsya sistemakh i ustroystvakh [Advanced Synergetics] / trans. from Engl. Yu. A. Danilova; ed. by Yu. L. Klimontovicha. Moscow, 1985. 419 p. (In Russ.).

16. Sovetov B. Ya., Yakovlev S. A. Modelirovaniye system [Systems Modeling]. 3nd ed. Moscow, 2001. 343 p. (In Russ.).

17. Shestak Ya. Teoriya termicheskogo analiza [Theory of thermal analysis]. Moscow, 1978. 528 p. (In Russ.).

18. Mayorova A. F. Termoanaliticheskiye metody issledovaniya [Thermoanalytical research methods] // Sorosovskiy obrazovatel'nyy zhurnal. Soros Education Journal. 1998. No. 10. P. 50-54. (In Russ.).

19. Hemminger W., Hohne G. Kalorimetriya. Teoriya i praktika [Calorimetry: Fundamentals and practice] / ed. by O. B. Salamatinoy. Moscow, 1989. 90 p. (In Russ.).

20. Yakovleva Yu. S. Rezul'taty eksperimental'nykh issledovaniy energoeffektivnogo stroitel'nogo materiala dlya ob"yektov voyennoy infrastruktury [Experimental results on an energy-efficient building material for military infrastructure] // Aktual'nyye problemy yestestvennykh i tekhnicheskikh nauk. Current [ssues in Natural and Technical Sciences. St. Petersburg, 2021. P. 295-302. (In Russ.).

21. Yakovleva Yu. S. Sovremennaya tekhnologiya polucheniya stroitel'nogo teploakkumuliruyushchego materiala [State-of-the-art technology for building heat storage material] // Tendentsii razvitiya stroitel'stva ob''yektov grazhdanskogo i spetsial'nogo naznacheniya. Trends in Civil and Special Construction Projects. Tyumen, 2022. P. 215-218. (In Russ.).

22. GOST P 58279-2018. Smesi sukhiye stroitel'nyye shtukaturnyye na gipsovom vyazhushchem. Tekhnicheskiye

usloviya [Dry building levelling plaster mixes based on gypsum binder. Specifications]. Moscow, 2019. 16 p. (In Russ.).

YAKOVLEVA Yuliya Sergeevna, Researcher of Research Department of Experimental Research and Testing, Military Innovative Technopolis «ERA», Anapa.

SPIN-code: 3474-0490

AuthorlD (RSCI): 657954

Correspondence address: usa.17@yandex.ru

BIRYUKOV Aleksandr Nikolayevich, Doctor of

Technical Sciences, Professor, Head of Technology,

Organization and Economics of Construction

Department, Military Institute (Engineering and

Technical) Military Academy of Logistics named after

General of the Army A. V. Khrulev, Saint Petersburg.

SPIN-code: 6465-0627

AuthorlD (RSCI): 804789

Correspondence address: aleks_bir@mail.ru

For citations

Yakovleva Yu. S., Biryukov A. N. Modeling of physical characteristics of heat-accumulating building materials // Omsk Scientific Bulletin. 2023. No. 2 (186). P. 97-104. DOI: 10.25206/1813-8225-2023-186-97-104.

Received March 06, 2023. © Yu. S. Yakovleva, A. N. Biryukov

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.