Дослідження теплотехнічних характеристик стінових огороджень при нестаціонарному режимі тепломасопереносу

Abstract

Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню теплотехнічних характеристик стінових огороджень при нестаціонарному режимі тепломасопереносу. Актуальність роботи пов’язана з високим рівнем енергоспоживання будівельного фонду, значними тепловтратами через зовнішні огороджувальні конструкції та потребою у вдосконаленні підходів до проєктування й термомодернізації фасадних систем. У роботі проаналізовано сучасний стан енергоефективності будівель, нормативні вимоги до теплового захисту, а також український і зарубіжний досвід застосування енергоощадних рішень, зокрема навісних вентильованих фасадів. Теоретична частина охоплює механізми теплопередачі й масопереносу, особливості стаціонарного та нестаціонарного режимів, оцінювання вологісного стану огороджувальних конструкцій і визначення зон можливої конденсації вологи. Розрахункова частина виконана із застосуванням математичного та чисельного моделювання у середовищі COMSOL Multiphysics. Розроблено фізико-математичну модель багатошарового стінового огородження, задано теплотехнічні характеристики матеріалів, параметри зовнішнього клімату та граничні умови теплообміну. За результатами стаціонарних і нестаціонарних розрахунків отримано температурні поля та розподіл вологості у товщі конструкції. Встановлено, що нестаціонарний характер зовнішніх кліматичних впливів суттєво змінює температурний і вологісний режими огородження, а критичні зони накопичення вологи формуються переважно на межах матеріалів із різними фізичними характеристиками та у місцях теплотехнічних неоднорідностей. Показано, що застосування навісних вентильованих фасадів сприяє підвищенню теплозахисних характеристик, стабілізації вологісного режиму та зменшенню ризику конденсації. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні та термомодернізації зовнішніх огороджувальних конструкцій будівель.

The master's qualification thesis is devoted to the study of thermal performance characteristics of wall enclosures under a non-stationary heat and mass transfer regime. The relevance of the research is associated with the high level of energy consumption in the building stock, significant heat losses through external envelope structures, and the need to improve approaches to the design and thermal modernization of facade systems. The thesis analyses the current state of building energy efficiency, regulatory requirements for thermal protection, and Ukrainian and international experience in the application of energy-saving solutions, in particular suspended ventilated facades. The theoretical part covers the mechanisms of heat transfer and mass transfer, the features of stationary and non-stationary regimes, the assessment of the moisture condition of envelope structures, and the determination of potential moisture condensation zones. The calculation part was carried out using mathematical and numerical modelling in COMSOL Multiphysics. A physical and mathematical model of a multilayer wall enclosure was developed, taking into account the thermal properties of materials, external climate parameters and boundary heat exchange conditions. Based on stationary and non-stationary calculations, temperature fields and moisture distribution across the structure were obtained. It was established that the non-stationary nature of external climatic effects significantly changes the temperature and moisture regimes of the enclosure, while critical moisture accumulation zones are mainly formed at the boundaries of materials with different physical properties and in areas of thermal heterogeneity. The study shows that suspended ventilated facades contribute to improved thermal protection, stabilization of the moisture regime and reduction of condensation risk. The obtained results may be used in the design and thermal modernization of external building envelope structures.