Ключевые слова
Как цитировать
Аннотация
Тепловая изоляция играет важную роль в снижении энергопотребления зданий и повышении экономической эффективности. В данном исследовании была разработана комплексная термоэкономическая модель для определения оптимальной толщины теплоизоляции стен зданий с учетом как потребностей в отоплении, так и в охлаждении. В отличие от традиционных исследований теплоизоляции, ориентированных только на отопительную нагрузку, предложенная модель учитывает как градусо-сутки отопления (HDD), так и градусо-сутки охлаждения (CDD), что позволяет оценивать энергетическую эффективность здания в течение всего года. Для определения экономически оптимальной толщины теплоизоляции использовался метод стоимости жизненного цикла, а для минимизации функции совокупных затрат была применена численная оптимизация. Результаты показали, что при исследуемых климатических условиях (HDD = 2022 °C·сут, CDD = 650 °C·сут) оптимальная толщина теплоизоляции из пенополистирола составляет приблизительно 0,07–0,09 м. Применение такого уровня изоляции позволяет снизить годовые затраты на энергию примерно на 35–50 % по сравнению со стеной без теплоизоляции. Экономический анализ также показал, что инвестиции в теплоизоляцию могут окупиться в течение 3–7 лет в зависимости от климатических условий. Кроме того, результаты демонстрируют, что как HDD, так и CDD существенно влияют на проектирование теплоизоляции, подчеркивая важность учета климатических условий в течение всего года. Разработанная модель представляет собой практический инструмент для определения экономически оптимальных стратегий теплоизоляции в различных климатических регионах.
Для определения оптимальной толщины теплоизоляции стен зданий с учетом потребностей как в отоплении, так и в охлаждении была разработана комплексная термоэкономическая модель. Анализ основывался на подходе с использованием градусо-суток отопления (HDD) и охлаждения (CDD) в сочетании с оценкой стоимости жизненного цикла. Теплопередача через стену принималась одномерной и стационарной, тогда как теплофизические свойства изоляционных материалов, комфортная внутренняя температура и эффективность систем считались постоянными. В качестве теплоизоляционных материалов были рассмотрены пенополистирол и каменная вата. Модель включала тепловое сопротивление стены, теплопроводность изоляции, стоимость топлива и электроэнергии, эффективность системы отопления, коэффициент преобразования системы охлаждения (COP), экономический срок службы, процентную ставку и инфляцию. Процедура численной оптимизации была реализована в Python с использованием библиотек NumPy и Matplotlib, при этом толщина изоляции изменялась в диапазоне 0–0,20 м для определения минимального значения совокупных затрат.
Результаты показали, что увеличение толщины теплоизоляции существенно снижает годовые затраты на отопление и охлаждение, тогда как инвестиционные затраты на изоляцию линейно возрастают с увеличением толщины. Для исследуемых климатических условий оптимальная толщина теплоизоляции из пенополистирола составила приблизительно 0,07–0,09 м, тогда как для каменной ваты были получены несколько меньшие значения вследствие ее более высокой теплопроводности и стоимости материала. Годовые энергетические затраты снижались примерно на 35–50 % по сравнению со стеной без теплоизоляции, а срок окупаемости оценивался в пределах 3–7 лет. Кроме того, оптимальная толщина теплоизоляции возрастала с увеличением коэффициента приведенной стоимости, градусо-суток отопления и градусо-суток охлаждения, что подтверждает сильное влияние как климатических, так и экономических параметров на проектирование теплоизоляции и долгосрочную энергетическую эффективность.
Библиографические ссылки
[1] International Energy Agency (IEA). Energy Efficiency 2023. Paris: International Energy Agency; 2023.
[2] International Energy Agency (IEA). World Energy Outlook 2022. Paris: IEA; 2022.
[3] United Nations Environment Programme (UNEP). Global Status Report for Buildings and Construction 2022. Nairobi: UNEP; 2022.
[4] Pérez-Lombard L., Ortiz J., Pout C. A review on buildings energy consumption information. Energy and Buildings. 2008;40(3):394–398.
[5] Ürge-Vorsatz D., Cabeza L.F., Serrano S., Barreneche C., Petrichenko K. Heating and cooling energy trends and drivers in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015;41:85–98.
[6] Cabeza L.F., Chàfer M., Mata É. Comparative analysis of web of science and scopus on the energy efficiency and climate impact of buildings. Energy and Buildings. 2020;211:109769.
[7] G‘ayimnazarov I.X., Raxmatov M.I., Shermatov B.B. O‘ZBEKISTONNING QURUQ-ISSIQ IQLIM SHAROITIDA BINOLARNING ENERGIYA SAMARADORLIGINI OSHIRISH ISTIQBOLLARI //Innovatsion texnologiyalar. – 2026. – Т. 61. – №. 1. – С. 139-145.
[8] International Energy Agency. Energy Technology Perspectives 2023. Paris: IEA; 2023.
[9] Ürge-Vorsatz D., Petrichenko K., Antal M., et al. Building energy use: global overview and future outlook. Annual Review of Environment and Resources. 2012;37:101–131.
[10] International Energy Agency. Tracking Buildings 2023. Paris: IEA; 2023.
[11] Al-Homoud M.S. Performance characteristics and practical applications of common building thermal insulation materials. Building and Environment. 2005;40:353–366.
[12] Kaynakli Ö. A review of the economical and optimum thermal insulation thickness for building applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012;16:415–425.
[13] Dombaycı Ö.A. The environmental impact of optimum insulation thickness for external walls of buildings. Building and Environment. 2007;42:3855–3859.
[14] Bolattürk A. Optimum insulation thickness for building walls with respect to cooling and heating degree-hours in the warmest zone of Turkey. Building and Environment. 2008;43:1055–1064.
[15] Hasan A. Optimizing insulation thickness for buildings using life cycle cost. Applied Energy. 1999;63:115–124.
[16] Ucar A., Balo F. Determination of the energy savings and optimum insulation thickness in the four different insulated exterior walls. Renewable Energy. 2010;35:88–94.
[17] Ozel M. Determination of optimum insulation thickness based on cooling and heating transmission loads. Energy Sources Part A. 2011;33:123–136.
[18] Comakli K., Yuksel B. Optimum insulation thickness of external walls for energy saving. Applied Thermal Engineering. 2003;23:473–479.
[19] Yu J., Yang C., Tian L., Liao D. A study on optimum insulation thickness of external walls in different climates of China. Applied Energy. 2009;86:2520–2529.
[20] Dombaycı Ö.A., Gölcü M., Pancar Y. Optimization of insulation thickness for external walls using different energy sources. Applied Energy. 2006;83:921–928.
[21] Kaynakli Ö., Kilic M. Economic thermal insulation thickness for pipes and ducts. Energy Conversion and Management. 2005;46:1123–1138.
[21] Mahlia T.M.I., Iqbal A., Saidur R. A review on test procedure, energy efficiency standards and energy labels for room air conditioners and refrigerator-freezers. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010;14:1888–1900.
[22] Ozel M., Pihtili K. Optimum insulation thickness for walls and roofs considering heating and cooling degree-days. Energy and Buildings. 2007;39:847–856.
[23] Daouas N. A study on optimum insulation thickness in walls and energy savings in Tunisia based on analytical calculation of cooling and heating transmission loads. Applied Energy. 2011;88:156–164.
[24] Piroozfar P., Farr E.R.P., Zadeh A.H., et al. Optimizing energy performance of buildings: review of insulation thickness determination methods. Energy and Buildings. 2019;200:1–12.
[25] Çomaklı K., Yüksel B. Environmental impact of thermal insulation thickness in buildings. Energy and Buildings. 2004;36:721–727.
[26] Bolattürk A. Determination of optimum insulation thickness for building walls with respect to various fuels and climate zones in Turkey. Energy and Buildings. 2006;38:452–459.
[27] Kaynakli Ö., Yamankaradeniz R. Optimum insulation thickness of external walls depending on different energy sources. Energy Sources Part A. 2007;29:913–924.
[28] Ozel M., Pihtili K. Investigation of effect of wall insulation thickness on cooling load and optimum insulation thickness. Applied Thermal Engineering. 2007;27:298–305.
[29] IEA. The Future of Cooling. Paris: International Energy Agency; 2018.
[30] Santamouris M. Cooling the buildings – past, present and future. Energy and Buildings. 2016;128:617–638.
[31] Isaac M., van Vuuren D.P. Modeling global residential sector energy demand for heating and air conditioning. Energy Policy. 2009;37:507–521.
[32] IEA. Energy Efficiency 2022. Paris: International Energy Agency; 2022.
[33] Al-Sanea S.A., Zedan M.F., Al-Hussain S.N. Effect of thermal insulation on building energy consumption. Energy and Buildings. 2012;43:1310–1317.
[34] Radhi H. Evaluating the potential impact of global warming on the UAE residential buildings. Energy and Buildings. 2009;41:245–252.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Copyright (c) 2026 Jalilov D., Jurayev T., Halimov A., Axatov J. (Muallif)