Граничные условия для расчета температурных полей узлов примыкания окон в зоне подоконника

Действующие требования отечественной нормативной документации предписывают выполнять численное моделирование температурных полей узлов примыкания окон при единых значениях коэффициента теплоотдачи на всех внутренних поверхностях. Подобный подход не отражает реальных условий теплообмена вблизи окон в зимний период эксплуатации. Из-за некорректного назначения граничных условий расчета часто наблюдаются ситуации, когда окна, формально соответствующие требованиям по тепловой защите, на практике зимой их не обеспечивают, а на их внутренней поверхности образуется конденсат. В рамках данной работы проведено обоснование граничных условий теплообмена в наиболее неблагоприятной с точки зрения образования конденсата части окна – зоне примыкания оконного блока к подоконнику. Для этого был проведен анализ действующей зарубежной нормативной документации и научных исследований, касающихся данного вопроса. Выполнены лабораторные исследования теплообмена вблизи внутренней поверхности окна. На основе проведенных исследований были получены уточненные значения локальных коэффициентов теплоотдачи для внутренних поверхностей нижней части окна. Проведено сравнение результатов численного моделирования узлов примыкания окон, выполненных при стандартных и уточненных граничных условиях. Оно показало, что использование стандартных граничных условий приводит к завышенным температурам на внутренних поверхностях окон в сравнении с данными лабораторных исследований. Это особенно заметно на участках окна с застоем воздуха (оконная рама, краевая зона стеклопакета). Расчет температурных полей, выполненный с применением уточненных граничных условий у оконной рамы и в краевой зоне стеклопакета, дает сопоставимые результаты с данными численных исследований. При этом разница температуры поверхностей окна по результатам расчета и испытаний не превышает погрешности измерений датчиков температуры.

А.А. КРУТОВ, магистр (аспирант) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.П. КОНСТАНТИНОВ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Умнякова Н.П., Бутовский И.Н., Верховский А.А., Чеботарев А.Г. Требования к теплозащите наружных ограждающих конструкций высотных зданий // Жилищное строительство. 2016. № 12. С. 7–11.
2. Зимин А.Н., Бочков И.В., Крышов С.И., Умнякова Н.П. Сопротивление теплопередаче и температура на внутренних поверхностях светопро-зрачных ограждающих конструкций жилых зданий г. Москвы // Жилищное строительство. 2019. № 6. С. 24–29. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-24-29.
3. Verkhovskiy A., Bryzgalin V., Lyubakova E. Thermal deformation of window for climatic conditions of Russia // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. 032048. doi:10.1088/1757-899X/463/3/032048.
4. Савин В.К. Строительная физика: аэродинамика и теплообмен при взаимодействии потоков и струй со зданиями. М.: Лазурь, 2008. 480 с.
5. Козлов В.В. Вопросы точности расчета приведенного сопротивления теплопередаче и температурных полей // Строительство и реконструкция. 2018. № 3. С. 62–74.
6. Константинов А.П., Крутов А.А., Тихомиров А.М. Оценка теплозащитных характеристик оконных блоков из ПВХ профилей в зимний период эксплуатации // Строительные материалы. 2019. № 8. С. 65–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-773-8-65-72.
7. Борискина И.В. Здания и сооружения со светопрозрачными фасадами и кровлями. Теоретические основы проектирования светопрозрачных конструкций. СПб.: Любавич, 2012. 396 с.
8. Плотников А.А. Архитектура многоэтажных жилых зданий. М.: МГСУ, 2018. 341 с.
9. Bockh P. Heat Transfer. Basics and Practice. London/ New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2012. 291 с.
10. Mokheimer E.M.A. Heat transfer from extended surfaces subject to variable heat transfer coefficient // Heat and Mass Transfer. 2003, pp. 131–138.
11. Elmahdy A.H., Frank Т. Heat transfer at the edge of sealed insulating glass units: Comparison of hot box measurements with finite-difference modeling // ASHRAE Transactions. 1993. № 99, pp. 915–922.
12. Curcija D. Effect of Realistic Boundary Conditions in Computer Modeling of Condensation Resistanse for Fenestration Systems // Thermal Envelopes. № 7, pp. 405–414.
13. McGowan A.G. Computer Simulation of Window Condensation Potential // Thermal Envelopes. № 7, pp. 229–235.
14. Wright J.L. A Simplified Numerical Method for Assessing the Condensation Resistance of Windows // ASHRAE Transactions. 1998. № 1. Pt. 1, pp. 1–8.
15. Yazdanian M. Measurement of the Exterior Convective Film Coefficient for Windows in Low-Rise Buildings // ASHRAE Transactions. 1994. № 100.
16. Дроздов В.А. Теплообмен в светопрозрачных ограждающих конструкциях. М.: Стройиздат, 1979. 307 с.
17. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). СПб.: АВОК Северо-Запад, 2006. 400 с.
18. Hua Ge. Study on overall thermal performance of metal curtain walls. Hua Ge – Concordia University, Monreal. 2002. 326 p.
19. Griffith B.T. Experimental Techniques for Measuring Temperature and Velocity Fields to Improve the Use and Validation of Building Heat Transfer Models // Thermal Envelopes. № 7, pp. 337–347.