Ученые Южно-Уральского государственного университета провели исследование фрагментов стен с оконной конструкцией и проанализировали возможные потери тепла. В результате была разработана универсальная математическая модель, которая позволит снизить потребление энергии за счет устранения дополнительных теплопотерь, а также будет использована для энергетической классификации строящихся и эксплуатируемых зданий. Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Magazine of Civil Engineering (Scopus, Q1).

Задача современного строительства — строить надежные и энергоэффективные здания. Но, к сожалению, большое количество теплопотерь происходит через окна и другие «мостики холода» оболочки здания. Следуя современному тренду на общее снижение затрат на отопление зданий в России выпущены новые строительные нормы, ужесточающие требования к теплосберегающим параметрам конструкций зданий и строительных материалов. Однако использования инноваций в области строительства и энергосбережения бывает недостаточно при создании энергоэффективного дома. Многое зависит от качества исполнения передовых проектных решений. Ученые кафедры строительного производства и теории сооружений Архитектурно-строительного института ЮУрГУ провели натурные исследования, компьютерное моделирование и лабораторные испытания для анализа потерь тепла с учетом особенностей конструкции и производственных дефектов устройства окон, которые влияют на итоговый класс энергоэффективности здания.

«Перед нами стояла задача — проверить, как свойства оконной конструкций и примыканий влияют на изменение теплового потока и температурных полей. В программном обеспечении была создана математическая модель, учитывающая, как различные дефекты влияют на энергоэффективность окна и здания в целом. Для подтверждения адекватности компьютерного расчета наиболее типичные дефекты были смоделированы в лабораторных условиях», — рассказывает один из авторов проекта Альберт Байбурин, доктор технических наук, профессор кафедры строительного производства и теории сооружений ЮУрГУ.

Класс энергоэффективности — показатель, который оценивает, насколько эффективно здание расходует тепловую и электрическую энергию в процессе эксплуатации. Чем выше класс энергоэффективности, тем меньше жильцы будут платить за тепло и электроэнергию.

Наиболее типичные дефекты были смоделированы в лабораторных условиях. Испытания проводились в сертифицированной научно-исследовательской лаборатории кафедры «Строительное производство и теория сооружений» Архитектурно-строительного института ЮУрГУ. Условия стационарного теплового потока создавались с помощью климатической камеры КХТВ-24.0 (климатическая камера холода, тепла и влаги) производства ООО «НПО Спецклимат». Данное оборудование является уникальным для университетских лабораторий и позволяет проводить эксперименты высокой точности.

«Эксперимент проводился в температурных условиях, соответствующих Челябинской области. Температура в лаборатории составляла 21 ° С, в климатической камере — минус 34° С. В ходе эксперимента были проанализированы потери тепла, которые зависят от ряда конструктивных особенностей оконной рамы, таких как геометрические, тепловые и физические свойства стен, окон, перемычек и стыков», — поясняет Альберт Байбурин.

Получив результаты лабораторного эксперимента, ученые ЮУрГУ разработали компьютерную модель и оценили согласованность результатов. Это позволило разработать универсальную математическую модель, которая позволяет оперативно оценить теплопотери через оконную конструкцию на строительных площадках без проведения сложных теплофизических испытаний и может быть использована для строительного контроля и энергетической классификации зданий.