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

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.

investigation of thermal behavior of different common roofing systems in buildinings using computational fluid dynamic method

in this study, the influence of type and structure of different roofing systems were investigated using a computational fluid dynamic method. the considered roofing systems include beam and block types (clay bricks, light weight concrete blocks, polystyrene) and uboot slab designed for 6m and 8m span. to simulate the fluid flow and the heat transfer, the computational fluid dynamic method was employed based on a control volume scheme. heat transfers inside air cavities are carried out via free convection and radiation, while heat transfers within solid walls via conduction. the thermal simulation of roofing systems was analyzed both for summer (downward heat flow) and for winter (upward heat flow). two-dimensional natural heat transfers were considered to be transient with laminar and the incompressible flow inside cavities. to assess the thermal performance of flooring systems, equivalent thermal conductivity, decrement factors, and time lag were studied. finally, the best roofing system was introduced in terms of heat transfer and thermal mass efficiency. the results showed that roofs with polystyrene block have the lowest value of equivalent thermal conductivity, while uboot systems have the highest heat loss among the studied cases.