Численное моделирование процессов теплопередачи металлопластиковыми окнами в современном строительстве

Abstract

RU: Цель. Построение компьютерной модели и проведение расчетов температурных полей в ПВХ окнах в зависимости от характеристик профиля и типа используемых материалов. Методика. Моделирование было проведено для одно-камерного профиля с одним стеклом, однокамерного профиля со стеклопакетом из двух стекол пространство между которыми было заполнено воздухом и 3-камерным профилем с двойным стеклопакетом заполненым азотом. В качестве металлического профиля был выбран – алюминий ( марка АД1), уплотнительные прокладки - резина EPDM (пероксидально сшитый этилен-пропилен-диен-каучук полученный синтетическим способом), вставки – полиамидные. Для проведения компьютерного моделирования использовали расчетный пакет COMSOL Multiphysics. Для расчета эффективных коэффициентов теплопередачи и теплопроводности внутри профиля окна использовали приближенные уравнения для замкнутых полостей. Результаты. Проведенное численное моделирование энергоэффективности металлопластиковых окон показало, что наиболее теплостойкими из рассматриваемых окон являются трехкамерные окна с 2-ым стеклопакетом заполненным воздухом. Использование металлопластиковых окон позволяет снизить падение температуры во внутренних жилых помещениях с 10 оС до 1.5 оС при температуре окружающей среды – 40оС. Научная новизна. Установлено, что наиболее высокой энергоэффективностью из рассмотренных в данной работе окон обладают 3-х камерные металлопластиковые окна стеклопакеты которых заполнены вакуумом. Практическая значимость. Результаты проведенного компьютерного моделирования показали возможности использования расчетного пакета COMSOL Multiphysics при анализе энергоэффективности использования современных металлопластиковых окон. Расчетная программа в виде отдельного приложения может быть использована на объектах гражданского строительства и при разработке новых высокоэффективных строительных конструкций и сооружений.

UK: Мета. Побудова комп'ютерної моделі і проведення розрахунків температурних полів в ПВХ вікнах в залежності від характеристик профілю і типу використаних матеріалів. Методика. Моделювання було проведено для однокамерного профілю з одним склом, однокамерного профілю зі склопакетом з двома склами простір між якими було заповнено повітрям і 3-камерним профілем з 3-х склопакетом заповнені гелієм. Як металевого профілю був обраний - алюміній (марка АД1), ущільнювальні прокладки - гума EPDM (пероксідально зшитий етилен-пропілен-дієн-каучук отриманий синтетичним способом), вставки - поліамідні. Для проведення комп'ютерного моделювання використовували розрахунковий пакет COMSOL Multiphysics. Для розрахунку ефективних коефіцієнтів теплопередачі і теплопровідності усередині профілю вікна використовували наближені рівняння для замкнутих порожнин. Результати. Проведене чисельне моделювання енергоефективності металопластикових вікон показало, що найбільш теплостійкими з розглянутих вікон є трикамерні вікна з двойним склопакетом заповненим азотом. Використання металопластикових вікон дозволяє знизити падіння температури у внутрішніх житлових приміщеннях з 10 ° С до 1.5 ° С при температурі навколишнього середовища - 40оС. Наукова новизна. Встановлено, що найбільш високою енергоефективністю з дослідженних у даній роботі вікон мають 3-х камерні металопластикові вікна склопакети яких заповнені вакуумом. Практична значимість. Результати проведеного комп'ютерного моделювання показали можливості використання розрахункового пакету COMSOL Multiphysics при аналізі енергоефективності використання сучасних металопластикових вікон. Розрахункова програма у вигляді окремого додатка може бути використана на об'єктах цивільного будівництва і при розробці нових високоефективних будівельних конструкцій та споруд.

EN: Purpose Building a computer model and carrying out calculations of temperature fields in PVC windows, depending on the profile of the characteristics and the type of materials used. Methodology. Simulations were conducted for onechamber profile with a single glass, single-chamber profile with glass of the two glasses the space between them was filled with air and 3-chamber profile with double glazing filled with nitrogen. As the metal profile has been selected - aluminum (AD1 ) gaskets - EPDM rubber (peroksidalno crosslinked ethylene-propylene-diene rubber prepared synthetically), inserting - polyamide. For the computer simulation used the settlement package COMSOL Multiphysics. To calculate the effective heat transfer coefficients and thermal conductivity within the profile of the window using the approximate equations for closed cavities. Findings. The numerical modeling of the energy efficiency of plastic windows showed that most of the heat-resistant windows are considered threecompartment windows with second glazing filled with air. The use of plastic windows can reduce the temperature drop in the interior living spaces from 10 ° C to 1.5 ° C at ambient temperature - 40 ° C. Originality. It was found that the most energy efficient of those surveyed in this study have windows 3-chamber plastic windows windows which fill the vacuum. Practical value. The results of the computer simulation showed the possibility of using the settlement package COMSOL Multiphysics analysis with energy efficiency using modern plastic windows. Estimated program as a standalone application can be used in the civil construction and the development of new high-efficiency building designs and construction of the facility.