Τριδιάστατη αριθμητική μελέτη θερμικής αδράνειας δομημένων χώρων

Abstract

Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της ανομοιόμορφης κατανομής της θερμοκρασίας στα επιμέρους στοιχεία ενός κτιρίου (οροφή, δάπεδο κ.τ.λ.) καθώς και η μετάδοση θερμότητας μεταξύ των στοιχείων αυτών και του χώρου που τα περιβάλλει. Όλα αυτά χαρακτηρίζουν την θερμική αδράνεια που παρουσιάζουν τα κτίρια στη μεταβολή της θερμοκρασίας. Σημαντικός παράγοντας στη μεταβολή της θερμοκρασίας ενός δομικού στοιχείου είναι οι συνθήκες του ρευστού (αέρα) που έρχεται σε επαφή με αυτό. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή πάνω στο θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η θερμική αδράνεια, η συμβολή της στον κτιριακό τομέα καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται κατ’ αρχήν η μαθηματική θεωρία στην οποία βασίζεται η επίλυση καθώς και λεπτομέρειες σχετικά με την εφαρμογή της. Σημειώνεται ότι συνιστάται η εμβάθυνση στην αριθμητική μεθοδολογία, δεν είναι όμως απαραίτητη για την εφαρμογή του κώδικα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μαθηματική περιγραφή πεδίου θερμοκρασίας καθώς και συζυγώς μεταφοράς θερμότητας σε αέριο και στερεό. Στο πέμπτο κεφάλαιο δίνεται η βασική δομή του κώδικα ενώ ορίζονται και οι μεταβλητές που εμφανίζονται σε αυτόν. Τα στοιχεία αυτά είναι και πάλι και εξειδικευμένου χαρακτήρα μιας και για την εφαρμογή του κώδικα, η μόνη επέμβαση του χρήστη γίνεται στη φάση εισαγωγής δεδομένων. Αυτό, καλύπτεται στην τελευταία παράγραφο του πέμπτου κεφαλαίου όπου περιγράφεται η διαδικασία εισαγωγής δεδομένων και κυρίως η λογική της κατασκευής του υπολογιστικού πλέγματος. Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφονται εφαρμογές του κώδικα σε ροή αέρα γύρω από κύβο ακμής τριών μέτρων, με κέλυφος πάχους 0,2 μέτρων το οποίο περικλείει αέρα. Σε ορισμένα παραδείγματα εφαρμόζουμε εσωτερικό τοίχο στον κύβο δημιουργώντας δύο δωμάτια. Για να μπορέσουμε να εξάγουμε συμπεράσματα, σε κάθε νέα εφαρμογή αλλάζουμε το υλικό (σκυρόδεμα – ξύλο) ή το πάχος της εσωτερικής μάζας (0,26 – 0,52 μέτρα) ή τη θέση της. Η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα είναι αρχικά 293ºΚ ενώ του εσωτερικού αέρα του κύβου 308ºΚ και η μελέτη των παραδειγμάτων γίνεται για χρονική εξέλιξη δέκα ωρών. Τα αποτελέσματα των εφαρμογών αυτών παρουσιάζονται μαζί με μία ανάλυση και επεξήγησή τους.