بررسی رفتار حرارتی انواع سقف‌های متداول در ساختمان‌ها با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان، ایران

چکیده

در این مطالعه، اثر ساختار و نوع سقف‌های مختلف ساختمانی با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. سقف‌های مورد مطالعه شامل انواع تیرچه‌بلوک (بلوک سفالی، بلوک بتنی سبک، پلی‌استایرن) و دال یوبوت هستند که برای یک چشمه با دهانۀ 6 متر و 8 متر طراحی شده‌اند. به‌منظور شبیه‌سازی جریان سیال و انتقال حرارت، از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل استفاده شد. انتقال حرارت درون حفره‌های هوا از طریق جابه‌جایی آزاد و تشعشع صورت می‌گیرد و انتقال حرارت در قسمت جامد جداره‌ها از طریق هدایت انجام می‌شود. مدل‌سازی حرارتی سقف‌ها یک ‌بار برای زمستان (جریان حرارت به‌سمت بالا) و یک ‌بار برای تابستان (جریان حرارت رو به پایین) مورد بررسی قرار گرفت. انتقال حرارت طبیعی دوبعدی به‌صورت ناپایا با جریان آرام و تراکم‌ناپذیر در حفره‌ها در نظر گرفته شد. به‌منظور بررسی عملکرد حرارتی سقف‌های مختلف، ضریب هدایت معادل، فاکتور کاهش و اختلاف زمانی مطالعه شد. در نهایت، بهینه‌ترین نوع سقف از نظر انتقال حرارت و راندمان جرمی- حرارتی معرفی شد. نتایج نشان داد که سقف با بلوک پلی‌استایرن دارای کمترین ضریب هدایت حرارتی معادل است و سقف دال یوبوت بیشترین اتلاف حرارتی را در میان سقف‌های مورد مطالعه دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Fogiatto, M.A., Henrique dos Santos, G., and Reia Catelan, J.V., "Numerical Two-Dimensional Steady-State Evaluation of the Thermal Transmittance Reduction in Hollow Blocks", Energies, Vol. 12, No. 3, PP. 449, 2019.
[2] The topic 19 of the national energy saving building regulations.
[3] del Coz Díaz, J. J., Nieto, P. G., Hernández, J. D., and Sánchez, A. S., "Thermal design optimization of lightweight concrete blocks for internal one-way spanning slabs floors by FEM", Energy and Buildings, Vol. 41, pp. 1276-1287, 2009.
[4] del Coz Díaz, J. J., Nieto, P. G., Hernández, J. D., and Rabanal, F. Á., "A FEM comparative analysis of the thermal efficiency among floors made up of clay, concrete and lightweight concrete hollow blocks", Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 2822-2826, 2010.
[5] del Coz Díaz, J. J., Nieto, P. G., and Pérez, L. D., Fernández, P. R., "Nonlinear thermal analysis of multi-holed lightweight concrete blocks used in external and non-habitable floors by FEM", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 533-548, 2011.
[6] Arendt, K., Krzaczek, M., and Florczuk, J., "Numerical analysis by FEM and analytical study of the dynamic thermal behavior of hollow bricks with different cavity concentration", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, pp. 1543-1553, 2011.
[7] Zhai, X., Wang, Y., and Wang, X., "Thermal performance of precast concrete sandwich walls with a novel hybrid connector", Energy and Buildings, Vol. 166, pp. 109-121, 2018.
[8] Ozalp, C., Saydam, D. B., Çerçi, K. N., Hürdoğan, E., and Moran, H.," Evaluation of a sample building with different type building elements in an energetic and environmental perspective", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 115, pp. 109386, 2019.
[9] Xamán, J., Cisneros-Carreño, J., Hernández-Pérez, I., Hernández-López, I., Aguilar-Castro, K. M., and Macias-Melo, E. V., " Thermal performance of a hollow block with/without insulating and reflective materials for roofing in Mexico", Applied Thermal Engineering, Vol. 123, pp. 243-255, 2017.
[10] Mahmoud, A. M., Ben-Nakhi, A., Ben-Nakhi, A., and Alajmi, R., "Conjugate conduction convection and radiation heat transfer through hollow autoclaved aerated concrete blocks", Journal of Building Performance Simulation, Vol. 5, No. 4, pp. 248-262, 2012.
[11] Saghafi, M., and Hajizadeh, H., "Thermal performance of Common clay blocks external wall system in Iran", HONAR-HA-YE-ZIBA MEMARI-VA-SHAHRSAZI, Vol. 17, pp. 49-54, 2012.
[12] Jiapeng, S., and Fang, L., "Numerical simulation of concrete hollow bricks by the finite volume method", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, No. 23, pp. 5598-5607, 2009.
[13] Antar, M.A., "Thermal radiation role in conjugate heat transfer across a multiple-cavity building block", Energy, Vol. 35, No. 8, pp. 3508-3516, 2010.
[14] Boukendil, M., Abdelbaki, A., and Zrikem, Z., "Numerical simulation of coupled heat transfer through double hollow brick walls: Effects of mortar joint thickness and emissivity", Appl Therm Eng, Vol. 125, pp. 1228-123, 2017.
[15] Shahverdi, A., Solghar, A.A., and Mohammadi, M., "Investigation of the effect of cavity insertion in brick on heat transfer through using computational fluid dynamic simulation", Journal of Solid and Fluid Mechanics, Vol.10, No. 2, pp. 267-283, 2020.
 [16] Ouakarrouch, M., El Azhary, K., Laaroussi, N., Garoum, M., and Feiz, A., "Three-dimensional numerical simulation of conduction, natural convection, and radiation through alveolar building walls", Case Studies in Construction Materials, Vol. 11, pp. e00249, 2019.
[17] Gencel, O., del Coz Díaz, J. J., Sutcu, M., Kocyigit, F., Rabanal, F. P., Alonso-Martínez, M., and Barrera, G. M., "Thermal performance optimization of lightweight concrete/EPS layered composite building blocks", International Journal of Thermophysics, Vol. 42, No.4, pp. 1-14, 2021.
[18] Ouakarrouch, M., Laaroussi, N., Garoum, M., and Hajji, A., "Thermal performances assessment and improvement of hollow concrete blocks commonly used in Morocco: Experimental and numerical approach", Journal of Thermal Science and Engineering Applications, Vol. 14, No. 10, pp. 101005, 2022.
[19] Huelsz, G., Barrios, G., and Rojas, J., "Evaluation of heat transfer models for hollow blocks in whole-building energy simulations", Energy and Buildings, Vol. 202, pp. 109338, 2019.
[20] Howell, J. R., Mengüç, M. P., Daun, K., and Siegel, R., Thermal radiation heat transfer, CRC press, Taylor & Francis Group, 2020.
[21] Incropera, F., David, P., "Fundamentals of heat and mass transfer", United State, John Wiley & Sons, Inc, 2011.