СРАВНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛОГО ПАНЕЛЬНОГО 5-ЭТАЖНОГО ДОМА

Современные тенденции в строительстве нацелены на энергосбережение и улучшение комфорта проживания. Ключевое значение имеют строительные материалы, используемые для стен, перекрытий и кровли. В данной работе проанализировано влияние десяти популярных материалов на тепловые потери панельного жилого дома путем математического моделирования их теплоизоляционных качеств.

Целью нашего исследования является определение оптимальных материалов для минимизации тепловых потерь и повышения энергетической эффективности жилых зданий [2].

Таблица 1.

Строительные материалы

Каждое значение плотности и коэффициента теплопроводности взято из стандартных справочников и нормативных документов приведены в таблице 1 [3].

Для оценки тепловых потерь используем уравнение стационарной теплопередачи:

Q = К×А×ΔT,                                                                                   (1)

где:

Q — the amount of heat passing through the surface per unit of time (W) (количество тепла, проходящее через поверхность за единицу времени (Вт)),

К — heat transfer coefficient (W/(m2·K)) (коэффициент теплопередачи (Вт/(м²·K))),

A — surface area (m2) (площадь поверхности (м²)),

ΔT — temperature difference between indoor and outdoor environment (°C) (разность температур между внутренней и внешней средой (°C)).

Коэффициент теплопередачи вычисляется по формуле:

K = 1 / (1 / α1 + δ / λ + 1 / α2),                                                                 (2)

где: 

α1 и α2 — the coefficients of heat transfer, respectively, from the hot coolant to the separating wall and from the wall to the cold coolant (W/(m2·K)) or (W/(m2 * 0 S)) (коэффициенты теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к разделяющей стенке и от стенки к холодному теплоносителю (Вт/(м²·К)) или (Вт/(м² * 0 С))); 

δ — wall thickness (m) (толщина стенки (м)); 

λ — the coefficient of thermal conductivity of the wall (W/(m · grS)) (коэффициент теплопроводности стенки (Вт/(м·грС))).

В нашем случае толщина слоя всех материалов принята равной 250 мм (0.25 м). Разница температур составляет 20°C (например, температура внутри помещения 20°C, снаружи -10°C) [4].

Таблица 2.

Теплопотери для каждого материала

Представленные данные свидетельствуют о значительных различиях в уровне теплопотерь среди выбранных материалов в таблице 2. Наиболее эффективными оказались экструдированный пенополистирол и сэндвич-панели, обеспечивающие минимальные потери тепла [5].

Сравнения теплопотерь приведены в графике 1.

График 1. Сравнение теплопотерь

Результаты исследования подчеркивают важность правильного выбора строительных материалов для обеспечения высоких показателей энергосбережения. Из представленных материалов экструдированный пенополистирол и сэндвич-панели продемонстрировали наилучший результат благодаря своим низким коэффициентам теплопроводности. Эти материалы обеспечивают высокий уровень теплоизоляции, что особенно актуально в регионах с холодным климатом [6].

Однако при выборе материалов нужно учитывать не только теплоизоляционные свойства, но и такие аспекты, как долговечность, огнестойкость, экологичность и экономические показатели. Например, минеральная вата и дерево (брус) обладают хорошими теплоизоляционными качествами, но требуют дополнительной защиты от влаги и механических повреждений [7].

Исследование показало, что правильный выбор строительных материалов существенно влияет на энергетическую эффективность жилого дома. Применение материалов с низкой теплопроводностью, таких как экструдированный пенополистирол и сэндвич-панели, значительно снижает теплопотери и помогает экономить энергию [8]. Тем не менее, при проектировании зданий необходимо учитывать комплексный подход, включающий анализ всех аспектов: технических, экономических и экологических. Дальнейшее развитие технологий и разработка новых материалов открывают возможности для еще большего повышения энергоэффективности жилья [9].