Русская версия English version

Разработка и верификация имитационной модели процесса теплопередачи через оконный блок с теплоотражающими экранами

Г.И. Парфенов, Н.Н. Смирнов, А.К. Соколов, В.В. Тютиков, С.Н. Ярунин, Н.Н. Ярунина

Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 5, сс. 28—39

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. На оконные блоки приходятся самые большие удельные трансмиссионные тепловые потери в зданиях. Среди существующих технологий по повышению тепловой защиты окон особый интерес представляет применение перемещаемых теплоотражающих экранов и фотоэлектрических солнечных батарей. Несмотря на большое количество научных публикаций, рассматривающих экспериментальные лабораторные исследования и численное моделирование процессов теплопередачи через оконные блоки, отсутствуют данные о влиянии краевых зон стеклопакета, а также областей сопряжения оконного профиля и светового проема на тепловые процессы, протекающие в данных энергосберегающих конструкциях с экранами. Изменение по высоте  удельных тепловых потоков и температуры на внутренней поверхности оконного блока значительно влияет на корректность определения значения минимально-допустимой температуры внутреннего воздуха. Таким образом, разработка  и верификация моделей процесса теплопередачи через оконный блок с экранами является актуальной задачей при формировании микроклимата внутри помещений различного назначения.

Материалы и методы. Имитационное численное моделирование выполнено с помощью метода конечных элементов на основании фундаментальных законов теплообмена. Использованы результаты экспериментальных исследований окон с теплоотражающими экранами, проведенных в сертифицированной климатической камере.

Результаты. Разработана двухмерная имитационная модель теплопередачи через оконный блок с теплоотражающими экранами, расположенный в разделительной перегородке климатической камеры. Исследовано распределение температур, скоростей воздушных потоков и приведенного сопротивления теплопередаче по высоте светопрозрачной ограждающей конструкции. Адекватность предложенной имитационной модели подтверждена сравнением с результатами эксперимента в сертифицированной лаборатории, а также данными других авторов и нормативной документацией.

Выводы. Применение теплоотражающих экранов в оконном блоке позволило увеличить приведенное сопротивление теплопередаче в 1,6–3,7 раза в зависимости от их количества. Выявлено значительное снижение температуры в краевых зонах стеклопакета. Использование разработанной имитационной модели 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 эксплуатации помещений промышленных предприятий.

Список литературы на русском языке: 

1. Информационная база данных по оптическим и теплозащитным характеристикам строительных материалов / Л.В. Прима, М.В. Горелов, В.С. Глазов, Э.К. Фелькер // Энергосбережение – теория и практика: труды VIII Междунар. школы-семинара молодых ученых и специалистов. – М.: Изд. дом МЭИ, 2016. – С. 165–170.

2. Бухмиров В.В., Пророкова М.В. Оценка микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 4. – С. 5–10.

3. Савин В.К. Строительная физика: энергоперенос, энергоэффективность, энергосбережение. – М.: Лазурь, 2005. – 432 с.

4. Ахмяров Т.А., Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Новое поколение энергоэффективных вентилируемых светопрозрачных и фасадных конструкций с активной рекуперацией теплового потока // Жилищное строительство. – 2015. – № 1. – С. 18–23.

5. Подковырина К.А., Подковырин В.С. Светопрозрачные ограждающие конструкции (методы снижения тепловых потерь и мировой опыт применения) // Архитектура и дизайн. – 2018. – № 1. – С. 46–51.

6. Низовцев М.И., Терехов В.И. Светопрозрачные конструкции с регулируемыми тепловыми характеристиками // Проблемы региональной энергетики. – 2011. – № 1. – С. 60–76.

7. Смирнов Н.Н. Совершенствование систем по созданию динамического микроклимата для помещений с энергоэффективными светопрозрачными конструкциями: дис. … канд. техн. наук: 05.14.04. – Иваново, 2022. – 333 с.

8. Пат. 154163 Российская Федерация МПК Е 06 В 9/17. Многофункциональный энергоэффективный ставень / В.М. Захаров, Н.Н. Смирнов, Д.А. Лапатеев и др.;  опубл. 20.08.2015, бюл. № 23.

9. Hashemi A., Gage S. Technical issues that affect the use of retrofit panel thermal shutters in commercial buildings // Building Services Engineering Research and Technology. – 2014. –  No. 35. – Р. 6–22.

10. Performance of a window shutter with phase change material under summer Mediterranean climate conditions / T. Tiago Silva, R. Vicente, F. Rodrigues, et al. // Applied Thermal Engineering. – 2015. – No. 84. – P. 246–245.

11. Корепанов Е.В. Численное моделирование теплопередачи через окна с тройным остеклением // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2009. – № 7. – С. 44–52.

12. Корепанов Е.В. Выбор критериальных уравнений для эквивалентной теплопроводности светопрозрачной части окна // СОК. – 2016. – № 12. – С. 1–12.

13. Варапаев В.Н., Голубев С.С. Численное моделирование сопряженной задачи теплообмена в стеклопакетах оконных ограждений // Промышленное и гражданское строительство. – 2018. – № 11. – С. 72–75.

14. Голубев С.С. Численное моделирование сложного теплообмена в стеклопакете с учетом его деформирования // Вестник МГСУ. – 2012. – № 12. – С. 47–52.

15. Two-dimensional conduction and CFD simulations of heat transfer in window frame cavities / A. Gustavsen, Ch. Kohler, D. Arasteh, D. Curcija // ASHRAE transactions. – 2005. – Vol. 111, No. 1. – P. 587–598.

16. Gerlich V., Sulovská K., Zálešák M. COMSOL Multiphysics validation as simulation software for heat transfer calculation in buildings: Building simulation software validation // Measurement. – 2013. – Vol. 46, No. 6. – P. 2003–2012.

17. Experimental and Numerical Simulations of Climatic Loads in Insulating Glass Units by Controlled Change of Pressure in the Gap / M. Kozłowski, Z. Respondek, M. Wiśniowski, et al. // Applied Sciences. – 2023. – Vol. 13, No. 3. – P. 1269–1278.

18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2022682827 Российская Федерация. Программа для двухмерного моделирования процесса теплопередачи через оконный блок с экранами / Г.И. Парфенов, Н.Н. Смирнов, В.В. Тютиков, В.М. Захаров, И.С. Трухин, А.А. Яблоков; зарег. 28.11.2022 г.

Ключевые слова на русском языке: 
имитационное моделирование, оконный блок с теплоотражающими экранами, микроклимат, приведенное сопротивление теплопередаче, теплообмен, воздушная прослойка
Ключевые слова на английском языке: 
simulation, window unit with heat-reflecting screens, microclimate, reduced total thermal resistance, heat transfer, air gap
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2023.5.028-039
Количество скачиваний: 
14