Виявлення особливостей теплофізичних параметрів розроблених енергозберігаючих конструкцій зовнішнього огородження з повітряними каналами

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286078

Ключові слова:

теплостійкість зовнішнього огородження, режим вологості зовнішніх огороджень, повітряний режим зовнішніх огороджень, замкнуті повітряні канали, тепловідбиваючий екран

Анотація

У дослідженні розроблено нові моделі енергозберігаючих конструкцій з повітряними каналами. Для розрахунку теплофізичних параметрів зовнішніх огороджень застосовувалася система комп'ютерної алгебри Maple, при цьому значення термічного опору конструкцій визначено на основі кінцево-елементного методу ANSYS. Результат аналізу конструкції показав, що значення теплової інерції традиційної конструкції та усереднене значення теплової інерції розроблених конструкцій дорівнюють. Проте амплітуда коливання розроблених зовнішніх огороджень до 20,72 % ефективніше відносно традиційної. При цьому виявлено, що повітряні прошарки не впливають на теплову інерцію огородження, а її параметри залежать лише від сумарної товщини матеріалу. Аналіз показав, що значення паропроникнення внутрішньої стіни розроблених конструкцій дорівнюють традиційній. Проте значення опору паропроникненню огородження розроблених конструкцій на 3,21 % ефективніше. При цьому використання замкнутого повітряного прошарку з тепловідбиваючим екраном дозволяє зрушити можливу зону конденсації в бік зовнішньої поверхні огородження. Аналіз перевірки на невипадання конденсату у вентильованому повітряному прошарку показав, що у вентильованому повітряному прошарку у всіх аналізованих схемах конденсат не випадає, а результати аналізу за значенням повітропроникності показали, що всі схеми огородження задовольняють вимогам по повітропроникності. Вирішення проблем енергозбереження у будівництві через розробку нових енергоефективних конструкцій зовнішніх огороджень сприяє скороченню витрат на теплову енергію будівель, що є актуальним завданням у всьому світі на сьогоднішній день

Біографії авторів

Askhat Tagybayev, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

Doctoral Student

Department of Construction and Construction Materials

Nurlan Zhangabay, Mukhtar Auezov South Kazakhstan University

PhD, Associate Professor

Department of Construction and Construction Materials

Ulanbator Suleimenov, Shymkent University

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Construction

Костянтин Віталійович Аврамов, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України

Доктор технічних наук, профессор, Лауреат Держаної премій України в галузі науки та техніки, Акакдемік Інженерной Академій України, завідувач відділу надійності та динаміной міцності

Відділ надійності та динамічної міцності

Борис Валерійович Успенський, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України

Кандидат технічних наук

Відділ надійності та динамічної міцності

Altynsary Umbitaliyev, Shymkent University

Doctor in Economics, Professor

Department of Economics

Посилання

  1. Mirovoe potreblenie elektroenergii mozhet vyrasti na 50% k 2035 godu. Available at: https://tass.ru/ekonomika/4557505
  2. World Energy Assessment (2000). Available at: https://web.archive.org/web/20201112004050/http://www.undp.org/content/dam/aplaws/publication/en/publications/environment-energy/www-ee-library/sustainable-energy/world-energy-assessment-energy-and-the-challenge-of-sustainability/World%20Energy%20Assessment-2000.pdf
  3. Johansson, T. B., McCormick, K., Neij, L., Turkenburg, W. (2004). The Potentials of Renewable Energy. Proceedings for the International Conference for Renewable Energies. Bonn.
  4. de Vries, B. J. M., van Vuuren, D. P., Hoogwijk, M. M. (2007). Renewable energy sources: Their global potential for the first-half of the 21st century at a global level: An integrated approach. Energy Policy, 35 (4), 2590–2610. doi: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2006.09.002
  5. . Zhangabay, N., Abshenov, K., Bakhbergen, S., Zhakash, A., Moldagaliyev, A. (2022). Evaluating the Effectiveness of Energy-Saving Retrofit Strategies for Residential Buildings. International Review of Civil Engineering (IRECE), 13 (2), 118. doi: https://doi.org/10.15866/irece.v13i2.20933
  6. Kudabayev, R., Suleimenov, U., Ristavletov, R., Kasimov, I., Kambarov, M., Zhangabay, N., Abshenov, K. (2022). Modeling the Thermal Regime of a Room in a Building with a Thermal Energy Storage Envelope. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 9 (2), 351–358. doi: https://doi.org/10.18280/mmep.090208
  7. Kudabayev, R., Mizamov, N., Zhangabay, N., Suleimenov, U., Kostikov, A., Vorontsova, A., Buganova, S. et al. (2022). Construction of a model for an enclosing structure with a heat-accumulating material with phase transition taking into account the process of solar energy accumulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (120)), 26–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268618
  8. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Utelbayeva, A., Mohamad, N., Moldagaliyev, A., Abshenov, K. et al. (2021). Determining the features of oscillations in prestressed pipelines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (114)), 85–92. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246751
  9. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Suleimenov, U., Utelbayeva, A. et al. (2022). Strength analysis of prestressed vertical cylindrical steel oil tanks under operational and dynamic loads . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (116)), 14–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254218
  10. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Utelbayeva, A., Azmi Murad, M. A., Dosmakanbetova, A., Abshenov, K. et al. (2022). Estimation of the strength of vertical cylindrical liquid storage tanks with dents in the wall. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (115)), 6–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252599
  11. Suleimenov, U., Zhangabay, N., Abshenov, K., Utelbayeva, A., Imanaliyev, K., Mussayeva, S. et al. (2022). Estimating the stressed-strained state of the vertical mounting joint of the cylindrical tank wall taking into consideration imperfections . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (117)), 14–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258118
  12. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Suleimenov, U., Utelbayeva, A. (2022). Influence of the parameters of the pre-stressed winding on the oscillations of vertical cylindrical steel oil tanks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (119)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265107
  13. Tursunkululy, T., Zhangabay, N., Avramov, K., Chernobryvko, M., Kambarov, M., Abildabekov, A. et al. (2023). Oscillation frequencies of the reinforced wall of a steel vertical cylindrical tank for petroleum products depending on winding pre-tension. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (123)), 14–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.279098
  14. Zhangabay, N., Sapargaliyeva, B., Suleimenov, U., Abshenov, K., Utelbayeva, A., Kolesnikov, A. et al. (2022). Analysis of Stress-Strain State for a Cylindrical Tank Wall Defected Zone. Materials, 15 (16), 5732. doi: https://doi.org/10.3390/ma15165732
  15. Zhangabay, N., Sapargaliyeva, B., Utelbayeva, A., Kolesnikov, A., Aldiyarov, Z., Dossybekov, S. et al. (2022). Experimental Analysis of the Stress State of a Prestressed Cylindrical Shell with Various Structural Parameters. Materials, 15 (14), 4996. doi: https://doi.org/10.3390/ma15144996
  16. Zhangabay, N., Ibraimova, U., Suleimenov, U., Moldagaliyev, A., Buganova, S., Jumabayev, A. et al. (2023). Factors affecting extended avalanche destructions on long-distance gas pipe lines: Review. Case Studies in Construction Materials, 19, e02376. doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02376
  17. Mavromatidis, L. E., Bykalyuk, A., Mankibi, M. E., Michel, P., Santamouris, M. (2012). Numerical estimation of air gaps’ influence on the insulating performance of multilayer thermal insulation. Building and Environment, 49, 227–237. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.09.029
  18. Alhefnawi, M. A. M., Abdu-Allah Al-Qahtany, M. (2016). Thermal Insulation Efficiency of Unventilated Air-Gapped Facades in Hot Climate. Arabian Journal for Science and Engineering, 42 (3), 1155–1160. doi: https://doi.org/10.1007/s13369-016-2370-5
  19. Abdullah, H. K., Faraj, S. H. (2021). Experimental study for the effect of air gap in building walls on heat gain reduction. Materials Today: Proceedings, 61, 1043–1051. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.10.308
  20. Zhangabay, N., Baidilla, I., Tagybayev, A., Suleimenov, U., Kurganbekov, Z., Kambarov, M. et al. (2023). Thermophysical indicators of elaborated sandwich cladding constructions with heat-reflective coverings and air gaps. Case Studies in Construction Materials, 18, e02161. doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02161
  21. Zhu, L., Yang, Y., Chen, S., Sun, Y. (2018). Numerical study on the thermal performance of lightweight temporary building integrated with phase change materials. Applied Thermal Engineering, 138, 35–47. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.03.103
  22. Zhangabay, N., Tagybayev, A., Utelbayeva, A., Buganova, S., Tolganbayev, A., Tulesheva, G. et al. (2023). Analysis of the influence of thermal insulation material on the thermal resistance of new facade structures with horizontal air channels. Case Studies in Construction Materials, 18, e02026. doi: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02026
  23. Zhangabay, N., Baidilla, I., Tagybayev, A., Sultan, B. (2023). Analysis of Thermal Resistance of Developed Energy-Saving External Enclosing Structures with Air Gaps and Horizontal Channels. Buildings, 13 (2), 356. doi: https://doi.org/10.3390/buildings13020356
  24. Zhangabay, N., Tagybayev, A., Baidilla, I., Sapargaliyeva, B., Shakeshev, B., Baibolov, K. et al. (2023). Multilayer External Enclosing Wall Structures with Air Gaps or Channels. Journal of Composites Science, 7 (5), 195. doi: https://doi.org/10.3390/jcs7050195
  25. Pelletier, K., Wood, C., Calautit, J., Wu, Y. (2023). The viability of double-skin façade systems in the 21st century: A systematic review and meta-analysis of the nexus of factors affecting ventilation and thermal performance, and building integration. Building and Environment, 228, 109870. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109870
  26. Jankovic, A., Goia, F. (2021). Impact of double skin facade constructional features on heat transfer and fluid dynamic behaviour. Building and Environment, 196, 107796. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.107796
  27. Roosmalen, M., Herrmann, A., Kumar, A. (2021). A review of prefabricated self-sufficient facades with integrated decentralised HVAC and renewable energy generation and storage. Energy and Buildings, 248, 111107. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111107
  28. Ibañez-Puy, M., Vidaurre-Arbizu, M., Sacristán-Fernández, J. A., Martín-Gómez, C. (2017). Opaque Ventilated Façades: Thermal and energy performance review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 180–191. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.059
  29. Ndiaye, K., Ginestet, S., Cyr, M. (2018). Thermal energy storage based on cementitious materials: A review. AIMS Energy, 6 (1), 97–120. doi: https://doi.org/10.3934/energy.2018.1.97
  30. Utelbaeva, A. B., Ermakhanov, M. N., Zhanabai, N. Zh., Utelbaev, B. T., Mel’deshov, A. A. (2013). Hydrogenation of benzene in the presence of ruthenium on a modified montmorillonite support. Russian Journal of Physical Chemistry A, 87 (9), 1478–1481. doi: https://doi.org/10.1134/s0036024413090276
  31. Nakashydze, L., Gabrinets, V., Mitikov, Y., Alekseyenko, S., Liashenko, I. (2021). Determination of features of formation of energy supply systems with the use of renewable energy sources in the transition period. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (113)), 23–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243112
  32. Hilorme, T., Nakashydze, L., Mazurik, S., Gabrinets, V., Kolbunov, V., Gomilko, I. (2022). Substantiation for the selection of parameters for ensuring electrothermal protection of solar batteries in spacecraft power systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (117)), 17–24. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258480
  33. Hilorme, T., Nakashydze, L., Tonkoshkur, A., Kolbunov, V., Gomilko, I., Mazurik, S., Ponomarov, O. (2023). Devising a calculation method for determining the impact of design features of solar panels on performance. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (123), 30–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.280740
  34. Gagliano, A., Aneli, S. (2020). Analysis of the energy performance of an Opaque Ventilated Façade under winter and summer weather conditions. Solar Energy, 205, 531–544. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.05.078
  35. Astorqui, J. S. C., Porras-Amores, C. (2017). Ventilated Façade with double chamber and flow control device. Energy and Buildings, 149, 471–482. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.04.063
  36. Soudian, S., Berardi, U. (2022). Experimental performance evaluation of a climate-responsive ventilated building façade. Journal of Building Engineering, 61, 105233. doi: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105233
  37. Lin, Z., Song, Y., Chu, Y. (2022). An experimental study of the summer and winter thermal performance of an opaque ventilated facade in cold zone of China. Building and Environment, 218, 109108. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109108
  38. De Masi R. F., Festa, V., Gigante, A., Ruggiero, S., Vanoli, G. P. (2022). Experimental analysis of grills configuration for an open joint ventilated facade in summertime. Journal of Building Engineering, 54, 104608. doi: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104608
  39. SP RK 2.04-107-2013. Stroitel'naya teplotekhnika: Gosudarstvennye normativy v oblasti arkhitektury, gradostroitel'stva i stroitel'stva. Svod pravil respubliki Kazakhstan. Available at: https://online.zakon.kz/document/?doc_id=38080689&show_di=1&sub_id=0&pos=5;-106#pos=5;-106
  40. SN RK 2.04-04-2011. Teplovaya zaschita zdaniy: Gosudarstvennye normativy v oblasti arkhitektury, gradostroitel'stva i stroitel'stva. Available at: https://hoffmann.kz/files/12_SN_RK_2-04-04-2011.pdf
  41. SP RK 2.04-106-2012. Proektirovanie teplovoy zaschity zdaniy: Gosudarstvennye normativy v oblasti arkhitektury, gradostroitel'stva i stroitel'stva. Available at: https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=35957424
  42. Thermal Convection in Heat Transfer - Course Overview. Available at: https://courses.ansys.com/index.php/courses/thermal-convection-in-heat-transfer/
  43. Kupriyanov, V. N., Safin, I. Sh. (2016). Proektirovanie teplozaschity naruzhnykh sten s uchetom kondensatsii vodyanogo para. Kazan', 32. Available at: https://www.kgasu.ru/upload/iblock/d13/Proektirovanie-teplozashchity-naruzhnykh-sten-s-uchetom-kondensatsii-vodyanogo-para.pdf
  44. SP RK 2.04-01-2017. Stroitel'naya klimatologiya: Gosudarstvennye normativy v oblasti arkhitektury, gradostroitel'stva i stroitel'stva. Available at: https://online.zakon.kz/document/?doc_id=33546556#sub_id=0
  45. Stena vsya namokla? Kak izbezhat' "tochki rosy" i vybrat' uteplitel'. Available at: https://dzen.ru/media/id/5c891947c35b2c00b3aee308/stena-vsia-namokla-kak-izbejat-tochki-rosy-i-vybrat-uteplitel-5e1cd2233d008800afe2d6c1
  46. SP 50.13330.2012. Teplovaya zaschita zdaniy. Available at: https://aluprof.su/index.php/dokumentatsiya/gosty-i-snipy
  47. Metodika rascheta norm potrebleniya szhizhennogo uglevodorodnogo gaza naseleniem pri otsutstvii priborov ucheta gaza. Prilozhenie 7. Algoritm opredeleniya uslovnogo koeffitsienta teploperedachi zdaniya s uchetom teplopoter' za schet infil'tratsii i ventilyatsii. Available at: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293824/4293824749.pdf
  48. Gagarin, V. G. (2005). O nekotorykh teplotekhnicheskikh oshibkakh, dopuskaemykh pri proektirovanii ventiliruemykh fasadov. AVOK, 2, 52–60. Available at: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2785
  49. Umnyakova, N. P. (2014). Heat Protection of Cloused Air Spaces with Reflective Insulation. Zhilishchnoe Stroitelstvo, 1-2, 16–20. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/teplozaschita-zamknutyh-vozdushnyh-prosloek-s-otrazhatelnoyteploizolyatsiey
  50. Khoshev, Yu. V. (2008). Dachnye bani i pechi. Printsipy konstruirovaniya. Moscow: ZAO «Kniga i biznes», 640. Available at: http://www.gornilo.ru/08art-im/fHoshev/p1_31gl12.pdf
  51. Sakhin, V. V., Gerliman, E. M., Brykov, N. A. (2019). Teploperedacha v primerakh i zadachakh. Sankt-Peterburg, 165. Available at: http://www.library.voenmeh.ru/cnau/8yCJlPwJVElpmHv.pdf
  52. Isachenko, V. P., Osipov, V. A., Sukomel, A. S. (1981). Teploperedacha. Moscow: Energoizdat, 416.
Виявлення особливостей теплофізичних параметрів розроблених енергозберігаючих конструкцій зовнішнього огородження з повітряними каналами

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-31

Як цитувати

Tagybayev, A., Zhangabay, N., Suleimenov, U., Аврамов, К. В., Успенський, Б. В., & Umbitaliyev, A. (2023). Виявлення особливостей теплофізичних параметрів розроблених енергозберігаючих конструкцій зовнішнього огородження з повітряними каналами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (124), 32–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286078

Номер

Том 4 № 8 (124) (2023): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Askhat Tagybayev, Nurlan Zhangabay, Ulanbator Suleimenov, Konstantin Avramov, Borys Uspenskyi, Altynsary Umbitaliyev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.