• YouTube Social  Icon
  • Facebook Social Icon
  • Twitter Social Icon

 

© 1998-2019 Группа компаний «Спектрум»: Москва - Санкт-Петербург - Новосибирск - Берлин

Компьютерное моделирование температурных полей и тепловые мосты (мостики холода)

Вышедшие на первый план в XIX веке вопросы энергоэффективности в строительстве не снижают значения классической строительной теплотехники, которая рассматривает работоспособность строительных конструкций под воздействием перепада температур и защиту конструкций от промерзания, влагонакопления и многофакторной коррозии. Скорее наоборот, за счет усложнения архитектурно-строительных решений нарастает сложность теплотехнических задач реального проектирования. Если энергоэффективность распространяется на здание в целом и допускает локальные отклонения в местах выраженных теплотехнический неоднородностей, то критерии строительной теплотехники распространяются на всю площадь теплозащитной оболочки здания без исключений. И чем сложнее конструкции и их пространственная конфигурация, тем большее внимание требуется для предупреждения телпотехнических отклонений в отдельных узлах, в стыках конструкций, в местах размещения всевозможных кронштейнов и других теплотехнических неоднородностей.

 

Главный теплотехнический критерий - это недопущение образование конденсата на внутренней поверхности отапливаемой оболочки здания, для чего температура на всей поверхности должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха. Но как узнать температуру в месте выраженной неоднородности, например, в месте установки кронштейна навесной фасадной системы. 

 

Если работа плоских теплотехнических элементов (стены, покрытия) хорошо поддается аналитическим расчетам по нормативной методике СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий" (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003). Но теплотехническая работа узлов конструкций характеризуется неоднородными пространственным температурным полем, которое практически не поддается аналитическим расчетам. Определенный прогресс в аналитических теплотехнических расчетах достигнут с введением специализированного СП 230.1325800.2015 "Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей", содержащего методику расчета наиболее типовых неоднородностей. Однако реальному проектированию необходима универсальная методика, позволяющая провести расчет любой конструкции с любым теплопроводным включением произвольной конфигурации. Это возможность предоставляет компьютерное моделирование температурных полей методом конечных элементов. 

Суть теплотехнического моделирования заключается в явном воспроизведении конструкции без упрощений со всеми теплоизолирующими и теплопроводящими элементами, резко отличающихся по своим теплофизическим свойствам. Поскольку численное моделирование представляет собой универсальный инструмент, позволяющей определить стационарные и нестационарные температурные поля и тепловые потоки при любых геометрических и теплофизических параметрах конструкций, оно становится главным инструментом при разработке современных теплотехнических решений.

Следует заметить, что численное моделирование термодинамики опирается на богатый опыт численного моделирования методом конечных элементов и применяется вместе численным моделированием напряженно-деформированного состояния в рамках связного мультифизичного численного моделирования термонапряжённого состояния, т.е. в прочностном расчете с учетом температурных нагрузок. Необходимость в компьютерном моделировании температурных полей возникает, когда распределение температур априорно неизвестно, например, для учета сезонных температурных колебаний в массивном бетонном сооружении с высокой тепловой инерцией. (В том же случае, когда распределение температур известно, например фиксированный температурный перепад, температурные перепады задаются в прочностной модели непосредственно без специального моделирования термодинамики). С развитием компьютерной техники, программного обеспечения и накопления соответствующего опыта появилась практическая возможность широкого применения компьютерного моделирования температурных полей к массовым задачам строительной теплотехники. 

 

В настоящее время компьютерное моделирование температурных полей стало хорошо отработанной и рекомендованной нормативно-техническими документами базовой методикой расчета температурных полей и теплопотерь в узлах конструкций, и коэффициента теплотехнической однородности целых теплотехнических элементов.

 

Таким образом, компьютерное моделирование температурных полей с одинаковым успехом решает как базовую задачу строительной теплотехники (проверка температуры на внутренней поверхности стены), так и задачу обеспечения энергоэффективности (проверка реальных теплопотерь и реального коэффициента теплотехнической однородности).

С практической точки зрения в компьютерном моделировании температурных полей в рамках строительной теплотехники выделяются два направления:

  • расчёты узлов обычных конструкций;

  • расчеты светопрозрачных и витражных конструкций. 

Указанные направления выделяются не в научно-техническом, а в организационном отношении, т.к. предполагают взаимодействие с разными организациями и учет в работе материалов и деталей различного габарита и характера. В Spectrum R&D накоплен большой опыт работы по обоим направлениям. 

Spectrum.logo.RU