Русская версия English version

Разработка, программная реализация и проверка адекватности математической модели процесса теплопередачи через окно с теплоотражающими экранами

В.М. Захаров, Е.Г. Авдюнин, Н.Н. Смирнов, А.А. Яблоков, Д.А. Лапатеев

Вестник ИГЭУ, 2016 г. выпуск 3, сс. 13—26

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Снижение тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий промышленных предприятий является важной задачей, так как данные затраты тепловой энергии значительно влияют на себестоимость выпускаемой продукции. Существуют конструкции энергосберегающих окон с применением теплоотражающих экранов, а также технология предварительной осушки воздуха для систем прерывистого отопления зданий. Для обеспечения практического использования данных технологий необходимо разработать эмпирические формулы по определению приведенного сопротивления теплопередаче окон с теплоотражающими экранами с учетом внешних и внутренних факторов. В существующих методиках по определению трансмиссионных потерь через окна приведенное сопротивление теплопередаче принимается постоянным, хотя эта физическая величина для окон с использованием теплоотражающих экранов значительно изменяется.

Материалы и методы: Используются результаты экспериментальных исследований окон с теплоотражающими экранами, проведенных в сертифицированной климатической камере. Для проверки математической модели процесса теплопередачи через окно использовано конечно-элементное моделирование в программно-вычислительном комплексе Phoenics. Подбор параметров аппроксимирующей функции осуществлен с помощью методов наименьших квадратов.

Результаты: Создана математическая модель, описывающая процесс теплопередачи через окна с теплоотражающими экранами с учетом физико-геометрических параметров строительной конструкции. Разработана компьютерная программа по расчету процесса теплопередачи через окно, получены данные численного моделирования теплообмена при различных параметрах внутреннего и наружного воздуха. На основе разработанной методики получены выражения по определению приведенного сопротивления теплопередаче для конкретных типов стеклопакетов с теплоотражающими экранами, установленными снаружи. Адекватность предложенной математической модели подтверждена экспериментальными данными.

Выводы: Сопротивление окон с теплоотражающими экранами в процессе эксплуатации не является постоянной величиной и зависит от разности температур и значений скоростей внутреннего и наружного воздуха. Использование разработанной математической модели, программы по расчету приведенного сопротивления, эмпирических формул позволит более точно определить потенциал применения теплоотражающих экранов в окнах для систем прерывистого отопления зданий, в том числе в случае применения технологии предварительной осушки воздуха для влажного, мокрого или нормального режимов помещений промышленных предприятий.

Ключевые слова: окна с теплоотражающими экранами, математическая модель, приведенное сопротивление теплопередаче, центральная зона стеклопакета, теплообмен, система прерывистого отопления, регрессионный анализ, конвекция в воздушной прослойке.

Список литературы на русском языке: 

1. Yang R., Liu L., Ren Y. Thermal environment in the cotton textile workshop // Energy and Buildings. – 2015. – Vol. 102. – Р. 432–441. DOI: 10.1016/j.enbuild.2015.06.024.

2. The impact of carding micro-climate on cotton moisture content and fiber and yarn quality / D.D. McAlister, D.T.W. Chun, G.R. Gamble, L.C. Godbey, D.R. Cobb, E.E. Backe // Journal of cotton science. – 2005. – Vol. 9, issue 2. – Р. 97–101.

3. Энергосберегающий потенциал от использования теплоотражающих экранов с солнечными батареями в окнах для систем энергоснабжения зданий / Н.Н. Смирнов, Б. Фламан, М. Барба и др. // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 2. – С. 5–14. DOI: 10.17588/2072-2672.2015 .2.005-014.

4. Пыжов В.К. Энергетические системы обеспечения жизни и деятельности человека. – Иваново, 2014. – 524 с.

5. Свидетельство на полезную модель РФ «Оконный блок» №16011 от 07.03.2000 г. / В.М. Захаров, В.М. Яблоков, Н.М. Ладаев. – М., 2000.

6. Эффективность совместного применения теплоотражающих экранов в окнах и технологии предварительной осушки воздуха для систем прерывистого отопления зданий в различных регионах России и Франции / Н.Н. Смирнов, В.М. Захаров, В.К. Пыжов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 5. – С. 16–25. DOI: 10.17588/2072-2672.2015.5.016-025.

7. Малявина Е.Г. Теплопотери здания. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. – 144 с.

8. Савин В.К. Строительная физика: энергоперенос, энергоэффективность, энергосбережение. – М.: Лазурь, 2007. – 432 с.

9. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. – М.: Стройиздат, 1973. – 287 с.

10. Ito N., Kimura K. A field experiment study on the convective heat transfer coefficient on the exterior surface of a building // ASHRAE Transactions. – 1972. – Vol. 78, issue 2. – 184 p.

11. Arasteh D.K., Reilly M.S., Rubin M.D. A versatile procedure for calculating heat transfer through windows / Lawrence Berkeley Laboratory. – Berkeley, California, 1989. – 24 p.

12. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1982. – 415 с.

13. Савин В.К. Теоретические основы и инженерные методы теплотехнических расчетов светопрозрачных ограждений. – М.: НИИСФ, 1985. – 320 с.

14. Русяк И.Г., Королев С.А. Проектирование многослойных оконных систем с заданными тепловыми характеристиками // Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения. – 2004. – № 4. – С. 71–73.

15. Петров Е.В. Влияние различных факторов на тепловые характеристики оконных заполнений. – Томск: ТГАСУ, 2000. – 172 с.

16. Рыжков И.Б. Основы научных исследований и изобретательства. – СПб.: Изд-во «Лань», 2012. – 224 с.

17. Кривошеин А.Д., Харламов Д.А. К вопросу об улучшении температурного режима современных окон в краевых зонах // Светопрозрачные конструкции. – 2005. – № 1. – С. 10–14.

Ключевые слова на русском языке: 
окна с теплоотражающими экранами, математическая модель, приведенное сопротивление теплопередаче, центральная зона стеклопакета, теплообмен, система прерывистого отопления, регрессионный анализ, конвекция в воздушной прослойке
Ключевые слова на английском языке: 
windows with heat-reflecting screens, mathematical model, reduced thermal resistance, central zone of glazing unit, heat exchange, intermittent heating system, regression analysis, convection in air gap
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2016.3.013-026
Количество скачиваний: 
35