Методические погрешности определения тепловой защиты ограждающих конструкций зданий в натурных условиях

Рассмотрен процесс теплотехнических обследований зданий. Этот процесс включает в себя натурные измерения плотности тепловых потоков и температуры на поверхности ограждающих конструкций зданий. По полученным результатам измерений рассчитывается приведённое сопротивление теплопередаче, которое сравнивается с требуемыми проектными значениями. Показано, что при расчётах сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции по результатам обследований могут возникать методические погрешности, которые обусловлены внешними естественными тепловыми воздействиями на здание и внутренними нестационарными тепловыми потоками в ограждающих конструкциях. При натурных теплотехнических обследованиях ограждений зданий произвольного типа данные методические погрешности априори неизвестны, поскольку условия измерений отличны от условий теплотехнических испытаний в специальных климатических камерах, где поддерживается стационарный перепад температур воздуха на внутренней и наружной поверхностях ограждающей конструкции. Для оценки методических погрешностей при начинающихся в любой день календарного года и длящихся несколько суток теплотехнических обследованиях зданий в натурных условиях предложено физико-математическое моделирование нестационарного теплопереноса в ограждающей конструкции здания. При моделировании учтены следующие, близкие к реальным, тепловые воздействия: температура наружного воздуха; прямое и рассеянное солнечное излучение; лучистый теплообмен с окружающей средой. Проанализированы ограждающие конструкции с малой и высокой тепловыми защитой и инерцией. На примере архивных метеорологических данных для Московского региона рассчитаны возможные методические погрешности теплотехнических измерений. Показано, что в зависимости от времени года и погодных условий их значения могут варьироваться от нескольких единиц до нескольких десятков процентов. Определены условия проведения обследований с учётом различного уровня методических погрешностей. Проведено сравнение двух стандартных методик расчёта сопротивления теплопередаче и показано, что методики дают различный уровень методических погрешностей. Полученные результаты будут полезны специалистам, проводящим теплотехнические обследования зданий и сооружений методами неразрушающего контроля.

1. Kestutis Valancius, Alfonsas Kazys Skrinska, Sabina Paulauskaitė. Investigación of unsteady heat transfer process in an one-cell building. Journal of Civil Engineering and Management, XII(1), 97–101 (2006). https://doi.org/10.3846/13923730.2006.9636379

2. Лазуренко Н. В., Кямяря А. Р. Контроль качества теплозащиты зданий с помощью контактного и бесконтактного методов исследования. Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 7(10(44)), 30–35 (2007). https://elibrary.ru/jvjysx

3. Todorka Samardzioska, Roberta Apostolska. Measurement of heat-fl ux of new type facade walls. Sustainability, 8(10), 1031 (2016). https://doi.org/10.3390/su8101031

4. Jack Hulme, Sean Doran. In-situ measurements of wall U-values in English housing. BRE report 290-102 (2014). https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a804b9eed915d74e33f99a7/In-situ_u-values_final_report.pdf

5. Левин Е. В., Окунев А. Ю. Учёт нестационарности теплопереноса при теплотехнических обследованиях ограждающих конструкций. Жилищное строительство, (7), 19–29 (2021). https://doi.org/10.31659/044-4472-2021-7-19-29

6. Mohamed F. Zedan, Abdulaziz M. Mujahid. An effi cient solution for heat transfer in composite walls with periodic ambient temperature and solar radiation. International Journal of Ambient Energy, 14, 83–98 (1993). https://doi.org/10.1080/01430750.1993.9675599

7. Кузин А. Я., Цветков Н. А., Драганов В. А. Нестационарный тепло- и влагоперенос в многослойном наружном ограждении. Теплофизика и аэромеханика, 10(4), 599–609 (2003). https://elibrary.ru/ofugez

8. Иванов В. В., Тихомиров С. А. Нестационарные процессы теплопереноса через ограждающие конструкции. Ростовский государственный строительный университет, Ростов-на-Дону (2014).

9. Lahcene Bellahcene1, Ali Chekn ane, S. M. A. Bekkouche, Djemal Sahel. The effect of the thermal inertia on the thermal transfer in building wall. E3S Web of Conferences 22, 00013 (2017). https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172200013

10. Коркина Е. В., Войтович Е. В., Плющенко Н. Ю., Столяров М. Д. Теплопоступления на фасад здания в застройке при учёте теплообмена излучением. Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова, 4(9), 46–53 (2019). https://doi.org/10.34031/article_5da44e83653801.83128737

11. Du Fort E. C., Frankel S. P. Stability conditions in the numerical treatment of parabolic differential equations. Mathematical Tables and Other Aids to Computation, 7(43), 135–152 (1953). https://doi.org/10.2307/2002754

12. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. Пер. с англ. В. А. Гущина, В. Я. Митницкого. Под ред. П. И. Чушкина. Мир, Москва (1980).

13. Окунев А. Ю., Левин Е. В. Лучистый теплообмен ограждающих конструкций зданий с окружающей средой. Жилищное строительство, (6), 43–51 (2023). https://doi.org/10.31659/044-4472-2024-7-43-51