1. Т.И. Королева, К.О. Чичиров Строительная теплофизика. Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций и расчет удельного потребления теплоты на отопление и вентиляцию здания: учеб помобие – Пенза: ПГУАС, 2015 – 88 с.
2. Т.И. Королева, А.И. Еремкин Тепловой режим зданий: учеб. пособие – Ростов-на-Дону: Феникс, 2008 – 363 с.
3. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: учебник для вузов. – М.: Издательство АСВ, 2002. – 576 с.
4. Л.Д. Богуславский, В.И. Ливчак, В.П. Титов Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справ. Пособие. – М.:Стройиздат, 1990. – 624 с.
5. СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*
6. СП 60.13330.2020. Отопление вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003
7. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003
8. Обзор программных комплексов, используемых для теплотехнического расчёта ограждающих конструкций И.А. Чернышкова, А.А. Будко. Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова.
Введение
По теплотехническим показателям светопрозрачные ограждения представляют наиболее слабое звено в системе наружных ограждающих конструкций. Доля теплопотерь через традиционные светопрозрачные ограждения здания составляет от 30 до 50% от общей их величины. Конструкция и размеры остекления оказывают существенное влияние на поддержание микроклимата в помещениях и на расход энергии инженерным оборудованием зданий. По физиологическим показателям оптимальные условия естественного освещения достигаются при ширине окон, равной 55 % ширины комнаты. Следует также помнить, что максимальное использование естественного освещения – одна из составляющих экономии энергии при эксплуатации зданий. В состав «окон» входят оконный проем с откосами, оконный блок, системы уплотнения монтажных зазоров, подоконные доски, детали отлива и облицовок.
Теплозащитные качества окон оцениваются величиной сопротивления теплопередаче ок RT или коэффициентом теплопередачи Kок. Перенос теплоты через обычные оконные заполнения сложный процесс, включающий многообразие процессов конвективного и лучистого теплообмена и теплопроводности.
Окна имеют значительно более низкое сопротивление теплопередаче по сравнению с аналогичным показателем наружных стен и представляют конструкцию с пониженной теплозащитой. С целью повышения теплозащитных качеств окон разработаны и разрабатываются новые конструкции блоков, увеличивается число слоев остекления с использованием стеклопакетов в деревянных, ПВХ и других переплетах и т.д.
Основные виды оконных блоков.
Оконные блоки из ПВХ.
Принято считать, что одним из эффективных решений, позволяющих реализовать повышенные требования по теплозащите, является использование окон в пластмассовых переплетах со стеклопакетами. Особенностью оконных блоков из ПВХ, изготовленных из многокамерных профилей жесткого поливинилхлорида армированного металлическими элементами, являются:
- узкая ширина профиля блока;
- устройство одинарных, реже спаренных переплетов;
- высокое качество уплотнения притворов;
- использование металлических элементов усиления.
Не стоит забывать, что эксплуатация окон из ПВХ в стране с суровым континентальным климатом связана с определенными техническими ограничениями, обусловленными сильной зависимостью свойств материала от температуры. С повышением температуры поливинилхлорид постепенно размягчается – его прочностные характеристики постепенно падают.
Следовательно, применение ПВХ окон недопустимо в помещениях с повышенными тепловыделениями. Для усиления профиля выполняется армирование металлическими вкладышами, которые способствуют сохранению линейных расширений и сжатий в пределах допустимых отклонений, без коробления, но снижают теплозащитные качества окон.
Оконные блоки из хвойной древесины.
Оконные блоки из хвойной древесины соответствуют всем требованиям по прочности, устойчивости к воздействию ультрафиолетового излучения и дождей, перепадам температур. Они изготавливаются из клееной древесины. Многослойность оконного бруса обеспечивает стойкость к деформациям деревянного профиля. В многослойном брусе отдельные его слои (ламели) расположены таким образом, что волокна их древесины направлены в разные стороны. В этом их защита от коробления при изменениях влажности среды. Блоки, выполненные из клеевой древесины, обработанные диффузионно-проницаемыми красками, способны сохранять свои физико-технические характеристики в диапазоне температур от - 45 до +50°С. Срок их эксплуатации от 40 до 50 лет. Изготавливают блоки из древесины и с теплоизоляционным ядром из вспененного полиуретана или пробки. Замена в трехламерном клееном брусе среднего слоя древесины на слой из полимерного материала с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м°С) повышает сопротивление теплопередаче блока до Т б R = 1,0…1,1 м2 °С/Вт. Использование комбинации «дерево-алюминий» позволяет изготавливать двухслойные конструкции оконных блоков. Древесина составляет внутренний, обращенный в помещение слой профиля, а алюминиевый внешний. Коэффициент теплопередачи данного профиля в пределах К = 1,7…2,0 Вт/(м2 °С), сопротивление теплопередаче RТ = 0,5…0,6 м2 °С/Вт. Срок эксплуатации больше 30 лет
Оконные блоки из алюминия и стали.
Использование профилей из алюминия и стали для оконных заполнений и фасадов допускается, если существуют требования к их механической прочности, или их применение экономически обосновано. Алюминий в светопрозрачных конструкциях применяется там, где крайне необходимо остеклить большие площади, воспринимающие значительные по величине динамические и статистические нагрузки. Фасадные системы из алюминиевых профилей выдерживают значительные по величине ветровые нагрузки; на профили воздействует собственный вес стекла и температурные напряжения.
На сегодняшний день алюминиевые профили подразделяются на две группы: «холодный профиль», служащий для изготовления окон, применяемых в не отапливаемых объектах, и «теплый профиль» для окон и остекленных дверей отапливаемых помещений.
Теплопотери оконных заполнителей
Повышение теплозащитных качеств современных окон может быть осуществлено с одновременным повышением сопротивления теплопередаче несветопрозрачной части оконного блока, светопрозачных стеклопакетов и узлов примыкания оконных блоков к наружной стене. Следует повышать сопротивления теплопередаче как блока, так и остекления.
Увеличить сопротивление теплопередаче оконного блока можно путем использования профильных систем монтажной глубины свыше 100 мм (рис. 5.13). Использование широких профилей не вносит существенно влияния на приведенное сопротивление теплопередаче всего окна, но значительно улучшает температурный режим узла сопряжения оконного блока и стеклопакета. Повышение температуры на внутренней поверхности стеклопакета снижает вероятность конденсации водяного пара из воздуха помещения в случаях нарушения их микроклимата.
В то же время использование широких профилей уменьшает светопропускание окна, так как непрозрачная часть имеет большие размеры. Это повышает энергосбережение, но ведет к потере светопропускания. В окнах из дерева также имеет место увеличение ширины профиля и его высоты, снижающее их светопропускание.
Основное влияние на приведенное сопротивление теплопередаче окон оказывают теплозащитные качества стеклопакетов. Перенос теплоты через стеклопакет происходит излучением, конвекцией и теплопроводностью. Повышать теплозащитные качества его можно, уменьшая или изменяя интенсивность и механизм процессов переноса теплоты, учитывая при этом требования условий летней и зимней эксплуатации.
Величиной, характеризующей теплозащитные качества светопрозрачных конструкций в зимних условиях эксплуатации, служит приведенное сопротивление теплопередаче. В летних же условиях определяющую роль играют элементы солнцезащиты, определяемые конструкцией и характеристиками остекления. Наиболее интенсивным видом переноса теплоты через стеклопакеты является излучение.
Для снижения передачи энергии через стекло используются различные покрытия, пропускающие через него излучения с короткой или длинной волной спектра. Стекло с низкоэмиссионным покрытием пропускает внутрь помещения коротковолновую часть солнечного излучения и задерживает длинноволновую. Низкоэмиссионное покрытие наносят различными способами. При изготовлении стекла его поверхность химическим путем покрывается тонкопроводящим прозрачным слоем окислов металлов, что значительно снижает излучательную способность стекла. Такие покрытия называют «защитными». Другой метод покрытия, называемый «солнцезащитным», заключается в вакуумном напылении многослойной (чередующейся серебро-диэлектрик) пленки. Такие стекла значительно превосходят «защитные» по своим теплосберегающим свойствам. Наносимые на поверхность стекла покрытия выполняют определенные функции. Так, увеличение отражения достигается покрытием стекла материалом с коэффициентом преломления большим, чем коэффициент преломления стекла. Применение оксида титана (TiO2) – для покрытия стекол одинарного пакета уменьшает поступление энергии в помещение с 73 % до 40 %. Различают стекла с мягким и твердым покрытием. Мягкие покрытия, i-покрытия, подверженные повреждениям при эксплуатации, как правило, наносятся на поверхность стекла, обращенную внутрь стеклопакета. Твердые покрытия, k-покрытия, наносятся на наружную поверхность стеклопакета. Особенность солнцезащитных покрытий – максимальная светопроницаемость в видимом диапазоне волн и повышенное отражение в инфракрасном диапазоне. Кроме того, эти покрытия снижают перенос теплоты излучением через газовую прослойку. С внутренней стороны стеклопакетов размещают «энергосберегающие» стекла. Их поверхность покрыта низкоэмиссионным оптическим покрытием из электропроводящего металла и защищена вторым покрытием из оксида металла. Тонкие слои создаются из металлов, таких как медь, алюминий, серебро или золото. Покрытия имеют нейтральный цвет и уменьшают теплоизлучающую способность поверхности стекла. Схема низкоэмиссионного покрытия показана на рис. 5.16.
При нанесении солнцезащитного покрытия на поверхность наружного стекла стеклопакета уменьшается поток теплоты в помещение. При установке отражающего стекла со стороны помещения уменьшается отвод теплоты из него. Теплозащитные качества стеклопакетов зависят от использования при их изготовлении не только стекол с низкоэмиссионным селективным покрытием, но и количества их в изделии. Вследствие этого очевиден переход к применению двухкамерных стеклопакетов, в которых стекла имеют низкоэмиссионное покрытие. При этом стекло, непосредственно контактирующее с внутренним воздухом, преграждает путь энергии из помещения к наружному воздуху. Качество стеклопакетов зависит от их герметичности, которая достигается склеиванием его с применением эффективных герметиков. Стеклопакеты с высокой степенью герметичности изготовляют с двойным уплотнением. При этом первый слой служит для задержания влаги, а второй – обеспечивает необходимую прочность соединения. Благодаря герметичности стеклопакета исключается проникновение сквозь окно пыли, атмосферной влаги, улучшаются тепло- и звукоизоляционные качества окон. Теплозащитные качества стеклопакетов зависят от расстояния между стеклами. Многочисленные исследования, проведенные на стеклопакетах различной толщины, выявили, что оптимальная толщина газовой прослойки равна 16…20 мм. 230 Для уменьшения конвективного теплообмена в межстекольном пространстве стеклопакетов необходимо создать вакуум порядка 10 -2…10-3 мм рт.ст. или заполнить камеры инертными газами – аргоном, криптоном или др. Применение в стеклопакетах мягкого теплоотражающего низкоэмиссионного стекла и замена воздуха на криптон повышает их теплозащитные качества в 3 и более раз. Снижение переноса теплоты теплопроводностью осуществляется заменой дистанционных рамок стеклопакета из алюминия на так называемые «теплые» дистанционные рамки. Замена алюминиевой рамки на рамку из термикса повышает температуру на внутренней поверхности у края стеклопакета на 6…7°С. Если в двухкамерном стеклопакете с двумя энергосберегающими стеклами коэффициент теплопередачи К = 1,1 Вт/(м2 °С), то при заполнении одной из камер аргоном можно добиться коэффициента К = 0,9 Вт/(м2 °С), если же две камеры заполняются аргоном, то – К = 0,8 Вт/(м2 °С). При заполнении одной камеры криптоном получаем коэффициент К = 0,7 Вт/(м2 °С), при заполнении двух камер данный коэффициент будет равен 0,6 Вт/(м2 °С). Таким образом, при заполнении аргоном двух камер в стеклопакете с двумя низкоэмиссионными стеклами сопротивление теплопередаче их будет TR 1,25 м 2 °С/Вт. Это дает возможность получения энергоэффективных окон. При выборе оконного заполнения следует учитывать не только теплоизоляционные качества или защиту от солнца, но и защиту помещения от внешнего шума. Акустические характеристики оцениваются показателем изоляции от воздушного шума. Индекс изоляции воздушного шума стеклопакетов может лежать в пределах от 29 дБ до 51 дБ. Повышение шумозащитных качеств стеклопакета связано с увеличением его массы, использованием многослойного стекла и стекол, имеющих различную толщину и массу. Т.е. следует учитывать при выборе стекол пакета, что их толщина и звукоизоляционные качества взаимозависимы.
Тот факт, что современные оконные блоки имеют узкие коробки, влияет на повышение теплопотерь через откосы наружных стен и возможность конденсации на них водяного пара из воздуха помещений. Это указывает на необходимость особого внимания к тепловому режиму узлов сопряжения блоков с наружными стенами. Исключить попадание блока в зону температур ниже температуры точки росы на поверхности откосов можно, если выполнено одно из следующих мероприятий.
1. Смещение оконного блока к центру наружной стены, так чтобы на откосах окна температура была выше температуры точки росы.
2. Устройство или увеличение теплозащиты между оконным блоком и наружной стеной, в том числе и путем установки термовкладышей в толще наружной стены по периметру проема.
3. Теплоизоляция наружных стен и оконных откосов с наружной стороны проемов.
4. Теплоизоляция оконных откосов с внутренней стороны проемов. Расчеты температурных полей для различных условий сопряжения узлов со стенами кирпичных и панельных зданий показали, что наиболее простыми и эффективными решениями является теплоизоляция проемов с наружной и внутренней стороны (рис. 5.17)
Одним из способов уменьшения теплопотерь через окна является применение стеклопакетов с электронагревом стекла. Их принцип работы довольно простой. Через твердое покрытие стекла пропускается электрический ток, что позволяет выравнивать температуры между наружным воздухом и воздухом в помещении. Повышение теплозашитных качеств оконных заполнений приводит к уменьшению теплопотерь помещений и, следовательно, мощности и количества отопительных приборов. Но в то же время предпочтительным остается расположение приборов вдоль окон при соблюдении требования об их размере, составляющем 75% длины окна, а для светопрозрачных конструкций фасадов желательна установка напольных ковекторов отопления с наддувом для обеспечения поступления теплого воздуха вдоль всей плоскости остекления. Теплопотери через оконное заполнение можно сократить, если размеры подоконника и высота его расположения над нагревательным прибором будут оптимальными в пределах = 50…100 мм. В этом случае потоки нагретого воздуха от нагревательного прибора беспрепятственно поднимаются вверх, обогревая поверхность стекла.
|
Скачать 0.98 Mb.
