ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Математический аппарат для определения термического сопротивления однородной скалярной среды

  • Мусорина Татьяна Александровна - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)
  • Заборова Дарья Дмитриевна - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)
  • Петриченко Михаил Романович - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.1037-1045
Страницы: 1037-1045
Введение: предложен метод определения термического сопротивления областей малой и большой размерности (одномерная и многомерная задачи) стенового ограждения. Предмет исследования — термическое сопротивление однородной скалярной среды (однородное стеновое ограждение). Цель — определение термического сопротивления стеновой конструкции для областей произвольной размерности (по координатам xi, 1 ≤ i ≤ d, d — размерность области), заполненных скалярной (однородной и изотропной) теплопроводной средой. Материалы и методы: использованы физические законы: закон Фурье (величина теплового потока при переносе тепла с помощью теплопроводности); условие неразрывности для теплового потока, приводящее к уравнению теплопроводности. Результаты: данный метод расширяет стандартное определение термического сопротивления. Доказывается, что при увеличении размерности области (например, при переходе от тонкой оболочки или пластины к прямоугольнику с длиной и шириной одного порядка) активное термическое сопротивление не возрастает. В этом состоит смысл геометрического включения, т.е. увеличения размерности области, заполненной однородной изотропной средой. Получены явные выражения для определения активного, реактивного и суммарного термического сопротивления. Доказано, что суммарное сопротивление больше активного сопротивления, за счет того, что реактивное сопротивление положительно и стенка обладает способом гасить температурные колебания и накапливать/отдавать тепло. Выводы: появление дополнительной размерности стенки (сопоставимое отношение длины к толщине) не увеличивает ее активного сопротивления. В общем случае суммарное термическое сопротивление превосходит активное сопротивление не более чем в четыре раза. Геометрические включения необходимо учитывать при расчете стеновых ограждений, отличных от одномерных тел.
  • энергоэффективность;
  • строительство;
  • термическое сопротивление;
  • скалярная среда;
  • ограждающие конструкции;
  • математический аппарат;
  • геометрические включения ;
Литература
  1. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Перспективы повышения энергетической эффективности жилых зданий в России // Вестник МГСУ. 2011. № 3–1. С. 192–200.
  2. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Неклюдов А.Ю. Учет теплопроводных включений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2016. № 2 (978). С. 57–61.
  3. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Лушин К.И., Плющенко Н.Ю. Учет теплопроводных включений и вентилируемой прослойки при расчетах сопротивления теплопередаче стены с навесной фасадной системой (НФС) // Строительные материалы. 2016. № 6. С. 32–35. DOI: 10.31659/0585-430X-2016-738-6-32-35
  4. Gagarin V., Akhmetov V., Zubarev K. Moisture behavior calculation of single-layer enclosing structure by means of discrete-continuous method // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 170. P. 03014. DOI: 10.1051/matecconf/201817003014
  5. Зубарев К.П., Гагарин В.Г. Математическая модель влажностного режима ограждающих конструкций с использованием дискретно-континуального подхода // Строительство — формирование среды жизнедеятельности : XXI Международная научная конференция «Молодежные инновации». М. : НИУ МГСУ, 2018. С. 242–245.
  6. Гагарин В.Г., Неклюдов А.Ю. Учет теплотехнических неоднородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 3–7.
  7. Gagliano A., Patania F., Nocera F., Signorello C. Assessment of the dynamic thermal performance of massive buildings // Energy and Buildings. 2014. No. 72. Pp. 361–370. DOI: 10.1016/j.enbuild.2013.12.060
  8. Berardi U., Tronchin L., Manfren M., Nastasi B. On the effects of variation of thermal conductivity in buildings in the italian construction sector // Energies. 2018. Vol. 11. Issue 4. P. 872. DOI: 10.3390/en11040872
  9. Petrochenko M.V., Strelets K.I., Petrichenko M.R., Yavtushenko E.B. Pumping action of heat transfer for free convection flow in a ventilated facades // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 672–674. Pp. 567–570. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.672-674.567
  10. Заборова Д.Д., Мусорина Т.А., Петриченко М.Р. Теплотехническая работоспособность многослойной стеновой конструкции // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2017. Т. 23. № 1. С. 18–26. DOI: 10.18721/JEST.230102
  11. Bianco N., Manca O., Nardini S., Tamburrino S. Effect of solid thickness on transient heat conduction in workpieces irradiated by a moving heat source // Defect and Diffusion Forum. 2010. Vol. 297–301. Pp. 1445–1450. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.297-301.1445
  12. Туснина О.А., Емельянов А.А., Туснина В.М. Теплотехнические свойства различных конструктивных систем навесных вентилируемых фасадов // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 8 (43). C. 54–63.
  13. Корниенко С.В. Уточнение расчетных параметров микроклимата помещений при оценке влагозащитных свойств ограждающих конструкций // Вестник МГСУ. 2016. № 11. С. 132–145. DOI: 10.22227/1997-0935.2016.11.132-145
  14. Корниенко С.В. Повышение теплозащиты стеновых конструкций зданий из объемных блоков // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 8 (47). С. 17–30.
  15. Reilly A., Kinnane O. The impact of thermal mass on building energy consumption // Applied Energy. 2017. Vol. 198. Pp. 108–121. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.04.024
  16. Johra H., Heiselberg P. Influence of internal thermal mass on the indoor thermal dynamics and integration of phase change materials in furniture for building energy storage: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 69. Pp. 19–32. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.145
  17. Asdrubali F., D’Alessandro F., Schiavoni S. A review of unconventional sustainable building insulation materials // Sustainable Materials and Technologies. 2015. Vol. 4. Pp. 1–17. DOI: 10.1016/j.susmat.2015.05.002
  18. Hatvani-Kovacs G., Belusko M., Pockett J., Boland J. Heat stress-resistant building design in the Australian context // Energy and Buildings. 2018. Vol. 158. Pp. 290–299. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.10.025
  19. Bianco V., Manca O., Nardini S. Numerical simulation of water/Al2O3 Nanofluid Turbulent Convection // Advances in Mechanical Engineering. 2010. Vol. 2. P. 976254. DOI: 10.1155/2010/976254
СКАЧАТЬ (RUS)