Стены из стекла в доме теплопотери

Обновлено: 04.05.2024

В этой статье перечислим, что влияет на потери тепла через окна. И перечислим мы это для того, чтобы, утепляя окна своими руками, делать это с пониманием, что и для чего делаем.

Факторы, влияющие на теплопотери через окна

Итак, вот что влияет на потери тепла через окна:

размер окон и их количество (площадь светового проёма);
материал оконного блока;
тип остекления;
месторасположение;
уплотнение.

Теперь разберём «по косточкам» каждый фактор отдельно, узнаем, каким он должен быть оптимальным.

Какой должна быть площадь окон?

Очевидно, что чем больше площадь оконного проёма, тем больше тепла через него может покинуть комнату. Но совсем без окон нельзя… Площадь окон должна обосновываться расчетом: почему выбрали именно такую ширину и высоту окна?

Отсюда вопрос: какая площадь окон оптимальна в жилых домах?

Если обратиться к ГОСТ’ам, то получим чёткий ответ:

— площадь оконного проёма должна обеспечивать коэффициент естественной освещённости (КЕО), значение которого зависит от района строительства, характера местности, ориентации по сторонам света, назначения помещения, типа оконных переплётов.

Считается, что света поступает в помещение достаточно, если площадь всех стеклянных поверхностей в сумме составляет 10…12% от общей площади комнаты (рассчитанной по полу). По физиологическим показаниям считается, что оптимальное условие освещения достигается при ширине окон, равной 55% от ширины комнаты. Для котельных площадь светового проёма 0.33 м2 на 1 м3 объёма помещения.

Для отдельных помещений (например, котельных) имеются свои требования, о которых нужно узнавать в соответствующих нормативных документах.

Как снизить теплопотери при большой площади остекления?

Теплопотери через стёкла могут быть значительны, отчего и расходы на отопление большими.

Для уменьшения теплопотерь через окна на стёкла наносят специальные покрытия с односторонним пропусканием коротко- и длинноволнового излучения (длинноволновая часть спектра – это инфракрасные лучи, исходящие от отопительных приборов, они задерживаются, а коротковолновая часть — ультрафиолетовые лучи — пропускается). В результате зимой солнечный свет в помещение проходит, а тепло из помещения не уходит:

А летом наоборот:

Почему многослойное остекление эффективней?

Опыт показывает, что увеличение толщины воздушной прослойки между стёклами в двойном оконном переплёте, не приводит к увеличению тепловой эффективности всего окна. Эффективней сделать несколько прослоек, увеличивая количество стёкол.

«Классическая» двойная рама малоэффективна. А наибольшего эффекта можно достигнуть тройным остеклением. То есть, двухкамерный стеклопакет по всем параметрам (теплоизоляция, звукоизоляция) эффективней однокамерного.

(Камеры здесь – это промежутки между стёклами; два стекла – один промежуток, однокамерный стеклопакет; три стекла – два промежутка, две камеры… и т. д.)

Оптимальной толщиной воздушной прослойки между стёклами считается 16 мм.

Когда вам предлагают стеклопакеты, и нужно выбрать из нескольких видов, например, из таких (числа над стеклопакетами — это толщины стёкол и пространств между ними):

— то оптимальные второй и третий.

Ну, опять же, нужно иметь в виду уплотнение стёкол. В современных стеклопакетах не только увеличено число камер, но и в пространстве между стёклами откачан воздух, вместо него закачан какой-нибудь инертный газ, и камеры герметичны.

Месторасположение окон и потери тепла через них

Оконное стекло почти полностью прозрачно для солнечного тепла, но не прозрачно для «чёрных» источников излучения (с температурой ниже 230 градусов).

Намного больше тепла проходит через стекло снаружи, чем может пройти изнутри. Такая односторонняя проводимость может приводить к тому, что зимой отопление помещений с солнечной стороны может не потребовать значительных трат. Летом же получаем, наоборот, перегрев комнат, отчего возникает необходимость в охлаждении помещений.

Наименьшее поступление света бывает с северной, северо-восточной и северо-западной сторон.

Вывод: учитывать расположение окон и их влияние на климат в доме нужно на стадии проектирования дома. В противном случае остаётся лишь «бороться» с помощью жалюзей, плёнок на стёклах, реставрации старых рам или замены их на новые, утепления откосов и прочих мероприятий, о которых в следующих статьях.

Теплопотери через окна и экономическая целесообразность дорогих оконных конструкций

Дом и155, новостройка,

65квадратов, двушка, счётчики на отопление. Выбираю окна. Возник вопрос экономической целесообразности дорогих оконных конструкций. Положим средняя плата за отопление по итогам года будет ну пусть 25000р. Возникает вопрос как на эту сумму повлияют, например, двухкамерные стеклопакеты и многокамерный профиль?

Недорогой вариант окон (простой профиль, однокамерные пакеты) обойдётся порядка 45т.р., продвинутая конструкция — вдвое дороже. Я сначала ориентировался на последний вариант, но задумался. Если доля теплопотерь через окна допустим 20%, то уменьшив теплопотери (через окна) вдовое я буду экономить в год лишь 2500т.р. на отоплении. Если же через окна (не считая вентиляции которую надо осуществлять при любых окнах) «уходит» допустим 70%, то картина заметно меняется.

Какая типичная доля теплопотерь через окна? Ведь необходимость вентиляции остаётся в любом случае и есть иные утечки тепла не связанные с окнами. Подскажите, пожалуйста, как правильно оценить все эти составляющие?

sizesefepo , экономически не подскажу, но из практики следует, чтобы окно не потело — оно должно быть толстое. Тонкое окно даст не только бОльшие теплопотери, но и дискомфорт.

sizesefepo написал :
Если доля теплопотерь через окна допустим 20%

Сопротивление теплопередаче однокамерного стеклопакета 4-16-4 около 0.35 м2oС/Вт, двухкамерного 4-10-4-10-4 — 0.5 м2oС/Вт, двухкамерного 4-16-4-14-4i с i-стеклом — 0.75-0.8. Сопротивление теплопередаче стены по современным нормам — что-то около 3.15 м2oС/Вт для Москвы. Вот и считайте

san-therm написал :
чтобы окно не потело — оно должно быть толстое.

andrewkhv написал :
Сопротивление теплопередаче однокамерного стеклопакета 4-16-4 около 0.35 м2oС/Вт, двухкамерного 4-10-4-10-4 — 0.5 м2oС/Вт, двухкамерного 4-16-4-14-4i с i-стеклом — 0.75-0.8. Сопротивление теплопередаче стены по современным нормам — что-то около 3.15 м2oС/Вт для Москвы. Вот и считайте

Это я понимаю, прикинуть не сложно. Не понимаю сколько будет забирать вентиляция и какие ещё существуют теплопотери. Вообще всё это началось с того, что вот мол окна потеют. Почему? Первая причина — нарушена естественна вентиляция за счёт «герметичности» пластиковых окон.Если проблему решать (приводить вентиляцию в норму, что важно не только для устранения конденсата на окнах), становится очевидно, что без рекуператора потери тепла будут как минимум значительные. Но сколько именно — не понятно.

sizesefepo написал :
Не понимаю сколько будет забирать вентиляция

В случае с холодными окнами, запотевание возможно даже при усиленной вентиляции и при влажности, меньшей чем комфортная для человека.

кроме того, теплые окна полезны и в жару, уменьшая приток тепла и снижая тем самым расходы на кондиционирование.

окна во всем этом деле учавствуют процентов на 10 максимум !
75% тепла приходит от соседей ) чем «теплолюбивей» ваши соседи слева-справа и сверху-снизу тем у вас теплее )
этой зимой в доме с индивидуальным отоплением квартир мы проводили эксперимент, отключили котел на неделю ! так температура упала с 22 до 19
( эксперимент был не просто так. проверяли герметичность теплообменника)
так что с окнами не заморачивайтесь особо ! единственное посоветовал бы сделать форточку как на советских окнах (поворотно-откидную)

уфф. даже специально зарегестрировался для ответа )))

Конечно не заморачивайтесь. Берите самый дешёвый профиль сваренный на коленке в гараже. И с однокамерным стеклопакетом на скотче собранным там же. Зачем спокойно жить, надо поддерживать себя в тонусе.

Для больших зазоров в стеклопакете есть ещё один довод — уличный шум. Если дом на стадии заселения, попробуйте закорешиться с соседями на предмет совместного заказа, который позволит выйти на максимальную скидку. Я себе покупал окна именно таким пулом и получил хорошие цены.
Денег стоит оставить на монтаж собственной приточки с рекуперацией, которая должна быть экономичнее хороших окон.

MDN , если это в мой адрес то! : читаем внимательней и находим слово «особо»! а это не совсем одно и тоже с фразой «самый дешевый» )

Damon76 написал :
уфф. даже специально зарегестрировался для ответа )))

тут много кто регится от нечего делать, лишь бы поболтать ни о чем и людей с толку сбить.

вообще-то вопрос стоит наоборот: куда тепло уходит. или вы ему не читали?

качественное теплое окно это прежде всего комфорт, свобода в использовании пространства (по пробуйте посидеть в кресле в мороз у окна, от которого идет холод), а не экономия на отоплении. Окупаться действительно будет долго, как и многие другие кап. вложения

Damon76 написал :
MDN , если это в мой адрес то! : читаем внимательней и находим слово «особо»! а это не совсем одно и тоже с фразой «самый дешевый» )

Особо не заморачиваться — это купить первый попавшийся хлам, желательно подешевле. А потом думать куда уходит тепло, со всеми вытекающими последствиями. Частенько у людей так и получается, к сожалению.

andrewkhv написал :
вообще-то вопрос стоит наоборот: куда тепло уходит. или вы ему не читали?

а чего мне ему читать то ? ))
объясняю на «пальцах» если соседи не перекрыли вентиля отопления то температура будет на 3-4 градуса ниже чем среднеарифметическая у соседей.
ежели соседи купили «хату» чтоб вложить бабло, тупо жадные до денег, «любители свежего воздуха». или еще чего
результат практически один и тоже!
«зачем мне платить за отопление если я не живу. «.
регулятор батарей перекрыт.

«с этим теплосчетчиком совсем разоришься. «.
регулятор батарей перекрыт. (в данном случае скорее просто «придушен»)

«а если еще больше перекрыть. сколько экономии получиться. »
регулятор батарей перекрыт. ( в данном случае возможно не до конца. а через месяц возможно и «да» )

«а нафига мне открывать вентиль и платить за тепло. мне и так жарко. »
регулятор батарей перекрыт. такого человека знаю лично

в мороз от любого окна будет «дуть» это явление называется конвекция!

помимо качественного окна должен быть не менее качественный монтаж . коим и грешат 99 процентов контор !

в дальнейшии дискуссии не по существу вступать не буду (жалко времени )
я вам объяснил,а дальше дело ваше понимать или нет )

Как уменьшить теплопотери через окна

Одним из направлений работы по сохранению тепловой энергии в домах, являются исследования проблем, связанных с потерями тепла через окна. Потери тепла через окна можно разделить на две группы: трансмиссионные и вентиляционные.

Группы потерь тепла

Трансмиссионные потери через стекло примерно в четыре-шесть раз выше, чем через стены. Вентиляционные потери могут также достигать достаточно больших значений, если окна недостаточно уплотнены. Эти проблемы решаются при использовании оконных конструкций со стеклопакетами.

Теплозащита стеклопакетов

Теплозащитные свойства стеклопакетов, заполненных инертными газами, увеличиваются на 12-13 процентов. Трехслойное остекление имеет значительную тепловую эффективность, которая основана на снижении теплопотерь за счет теплопроводности и конвективных (по 15 %). Но более 70 % теплоты расходуется через стекло за счет излучения.

Снижение лучевой составляющей теплопотерь происходит благодаря нанесению на стекло теплоотражающего покрытия. Сопротивление теплопередаче двухкамерного стеклопакета составляет Rост=0,61 м2 0С/Вт, а однокамерного с нанесением теплоотражающего покрытия Rост=0,65 м2 0С/Вт. Отсюда вывод, что выгоднее применять не третье стекло, а покрытие, которое отражает тепло, поскольку применение третьего стекла приводит к перерасходу материала на оконную конструкцию, уменьшению светопропускающих свойств за счет третьего стекла, а также увеличению веса окна.

Стекло с отражающим покрытием

Теплоотражающие покрытия на стекле характеризуются низким уровнем черноты ε в инфракрасном интервале длин волн 2,5 — 25 мкм. Стекло с таким покрытием на 5 % меньше пропускает света и обратно отражает в помещение до 90 процентов тепла, что происходит за счет излучения. В летнее время такое покрытие отражает инфракрасные лучи на улицу, тем самым не допускается перегрев помещения.

Современная конструкция рамы

Оконная рама занимает 15-35 % площади окна, поэтому теплотехнические параметры оконного профиля также должны отвечать требованиям энергосбережения. Рамы изготавливают из многокамерного профиля из различных материалов: поливинилхлорида (ПВХ), дерева или металла (алюминия). Высокие теплоизоляционные свойства обеспечивают 3-х камерные профили, с двумя контурами внешнего уплотнения: один — по внешнему периметру рамы, второй — по внешнему периметру створки (в помещении).

Таким образом, современные конструкции стеклопакетов (двухкамерных или однокамерных со специальным покрытием) обеспечивают необходимые теплоизоляционные свойства. Основные проблемы при использовании таких оконных конструкций возникают при монтаже их в железобетоне или кирпичных ограждающих конструкциях.

Зависимость теплопотерь от правильного монтажа

Теплотехнические свойства, даже самой лучшей оконной конструкции, могут быть потеряны при неправильном ее монтаже. К теплотехническим характеристикам монтажных швов (в месте сопряжения оконной и строительной конструкции) предъявляются следующие требования — высокое сопротивление теплопередаче, звукоизоляции, влажного переноса, фильтрации воздуха, механическая прочность и возможность компенсировать тепловые деформации оконной конструкции.

При этом механические нагрузки в зоне сопряжения должны компенсироваться свойствами шва. В результате множества проведенных исследований на сегодняшний день разработаны оптимальные параметры монтажных швов (геометрические, теплофизические и массообменные), которые обусловливают эффективность применения современных оконных конструкций.

Как уменьшить теплопотери через окна?

Основная утечка теплого воздуха из дома происходит сквозь ограждающие конструкции. Именно сквозь эти элементы здание теряет до 40% тепла. Поэтому при планировании мероприятий по повышению энергоэффективности любого строения большое внимание уделяется оконным конструкциям. В этой статье мы рассмотрим, как снизить теплопотери через окна в квартире доступным способом.

Реализация такого плана, улучшение качества оконных конструкций повышает эффективность обогрева помещения, снижает потребление энергоресурсов и затраты на их оплату.

Основным источником теплопотерь в доме являются окна

Как показывает практика, сквозь окна может уходить до 10% тепла. Утечка тепла из помещения посредством оконных конструкций происходит по нескольким направлениям:

сквозь блок и элементы переплета;
за счет теплопроводности воздушных масс и конвекции между стеклами;
вследствие теплового излучения.

Величина тепловых потерь непосредственно зависит от типа и особенностей конструкции окна, качества ПВХ, других используемых материалов, фурнитуры, правильности монтажа. Поэтому бороться с таким явлением следует с учетом основных каналов утечки тепловых потоков.

Как уменьшить теплопотери окна?

В энергетическом балансе любого здания светопрозрачные элементы играют далеко не последнюю роль. Поэтому повышение их энергоэффективности является частью комплекса мероприятий по энергосбережению.

Чем больше площадь проема, тем больше тепла может уйти сквозь него. Это следует помнить при выборе размера металлопластиковой конструкции. Чтобы обеспечить оптимальный режим естественного освещения, площадь остекленных поверхностей должна составлять примерно 10% от площади комнаты. При этом оптимальная ширина окна равняется 55% от ширины помещения.

Если же в доме предусмотрено панорамное остекление, то поверхность стекла можно покрыть специальным составом, который пропускает солнечный свет и препятствует утечке тепловой энергии.

Как показала практика, увеличение воздушного слоя между стеклами не приносит желаемого результата. Намного эффективней с задачей теплосбережения справляется многослойный стеклопакет. При этом вполне достаточно расстояния между стеклами в 1,6 см. Для улучшения теплосберегающих характеристик из пространства между стеклами откачивают воздух и закачивают в камеры аргон, ксенон или газовую смесь.

Если постройка дома только планируется, то в проекте необходимо продумать расположение окон. Это связано с тем, что стекло обладает односторонней проводимостью, т.е. снаружи поступает больше тепла, чем может выйти изнутри. Поэтому в некоторых комнатах зимой может быть тепло и без активного обогрева, а летом – в них будет слишком жарко. И в таком случае останется только использовать специальные защитные пленки или жалюзи.

Также большое значение имеет и качество уплотнителей, исправность фурнитуры. При выявлении неплотного прилегания или в случае поломки подъемных механизмов, петель, фиксаторов, их необходимо заменить на новые комплектующие.

Площадь стен при этом будет 100 м2 . Площадь окон примем равной 20% от поверхности стен, то есть 20 кв.метров . Это 10 окон размером 1,6 x 1,25 метра.

Стоимость за киловатт возьмём 4,27 руб./кВт*ч. Делаем это, чтобы сделать наглядный расчёт в понятных нам рублях.

В качестве примеров возьмём однокамерный стеклопакет и популярные двухкамерные стеклопакеты с разными способами увеличения сопротивления теплопередаче (со специальным напылением, пластиковой дистанционной рамкой и заполнением камер инертным газом).

Испытуемые.

Образец 1 , недорогой однокамерный стеклопакет, цена ~ 2000 руб/м2 : сопротивление теплопередаче R = 0,36 м2*С / Вт.

Образец 2 , двухкамерный стеклопакет с напылением (i-стекло), цена ~ 3000 руб/м2 : сопротивление теплопередаче R = 0,82 м2*С / Вт.

Образец 3 : двухкамерный стеклопакет с заполнением камер аргоном и напылением , цена ~ 6000 руб/м2 сопротивление теплопередаче R = 1,45 м2*С / Вт.

Стоимость.

Затраты по стоимости (только на стеклопакеты без оконных рам) при площади остекления в 20 м2.

Образец 1 (R=0,36): 40 000 рублей.

Образец 2 (R=0,82): 60 000 рублей.

Образец 3 (R=1,45): 120 000 рублей.

Потери тепла и денег на отопление в рублях.

Теплопотери через окна считаем по формуле:

T - разница между температурой воздуха в доме (+ 20 С) и на улице в самые холодные 5 дней года (-10 С - приняты условно для удобства расчётов).

Считаем теплопотери за час через окна площадью 20 кв.м:

Для образца 1 (R=0,36), Q =1, 67кВт*ч.

Для образца 2 (R=0,82), Q = 0, 73 кВт*ч.

Для образца 3 (R=1,45), Q = 0, 41 кВт*ч.

Расходы в рублях за месяц.

Чтобы получить стоимость в месяц, умножаем результат на теплопотери в сутки(x24 часа) и количество дней в месяце (x30 дней)

Образец 1 (R=0,36): 1202 кВт/месяц * 4,27 руб./кВт*ч = 5133 руб./месяц.

Образец 2 (R=0,82): 526 кВт/месяц * 4,27 руб./кВт*ч = 2246 руб./месяц.

Образец 3 (R=1,45): 295кВт/месяц * 4 , 27 руб./кВт*ч = 1260 руб./месяц.

Экономия в деньгах очевидная, но насколько оправданная?

Сравним Образец 1 и Образец 2.

Второй вариант стоил дороже всего на 20000 рублей, а расходы за отопление сократили на 2887 рублей.

Таким образом расходы на переплату окупятся уже через 7 месяцев.

Образец 1 и Образец 3.

На 3873 рубля в месяц наши расходы меньше, разница в стоимости 80 000 рублей, но окупятся они только через 2, 5 года, при отоплении дома 8 месяцев в году. В долгосрочной перспективе решение оправданное.

Образец 2 и Образец 3.

Самый интересный расчёт.

986 рублей составит наша экономия в месяц при выборе из двухкамерных стеклопакетов. Разница в стоимости - 60 000 рублей. За эти деньги можно отапливать дом более 7 лет и 8 месяцев !

А это уже повод задуматься - так ли далеко идут наши планы относительно дома, в который покупаются окна.

Получается, что правило «золотой середины» работает тут как нельзя лучше. А принятие решения о покупке высокоэнергоэффективных стеклопакетов должно быть подкреплено серьёзными долгосрочными намерениями.

Надеюсь, данная информация была вам полезна и поможет сделать правильный выбор.

Расходы на теплопотери через фундамент не учитываем, так как условно считаем его хорошо утепленным.

В предыдущих статьях мы посчитали тепловые потери по составляющим в доме. Сведем их воедино.

Теплопотери в этом доме происходят через верх крыши, окна и плохо утеплённые верхние части стен ближе к перекрытию. Как мы видим, теплопотери через фундамент минимальны. Синий цвет - 22 градуса, что соответствует температуре уличного воздуха.

Расчитанные суточные теплопотери для стены и чердачного перекрытия:
- с утеплением 150 мм минваты - 32,9 кВт;
- с утеплением 200 мм - 25,4 кВт;
- с утеплением 250 мм - 20,6 кВт.

Теплопотери на нагрев воды: 17 кВт за сутки.

Теплопотери на воздухообмен: 20,4 кВт в день.

Потери тепла в течение дня и ночи через окна:
- через однокамерный стеклопакет - 40 кВт;
- через двухкамерный стеклопакет с напылением - 17,5 кВт;
- через двухкамерный заполненный аргоном с напылением - 9,8 кВт.

В нашем расчете затраты на нагрев воды и вентиляцию считаем одинаковыми для различных вариантов комбинаций утепления и типов окон.

Посчитаем самый бюджетный вариант.

Утепление 150 мм и однокамерные стеклопакеты дают нам суточные теплопотери 110 кВт или 3300 кВт в месяц.

Умножаем затраты в кВт на тариф - 4,27 руб (для Ленобласти) и получаем затраты на отопление в зимний период равные 14 000 руб/месяц.

Этот вариант обходится дороже городской квартиры аналогичной площади и для постоянного проживания негоден. Так можно утеплять дачный дом.

Золотая середина?

Предположим, что мы выбрали утепление в 200 мм и поставили хорошие стеклопакеты с напылением. Тогда будем расходовать 80 кВт в сутки и зап месяц набежит 2400 кВт на оплату которых мы потратим 10 000 рублей.
С учетом определенных улучшений мы можем немного снизить и эти затраты, но и маленькими их не назовёшь.

Система рекуперации может значительно скорректировать тепловые потери на воздухообмен и сэкономить вам около 15-20% оплаты за электроэнергию в месяц.

Вложимся в качество?

Утепление в 250 мм и дорогие стеклопакеты дают нам 67,8 кВт в сутки или 2000 кВт в месяц.
Полученная сумма в 8500 рублей смотрится лучше, чем 14000 тысяч. Особенно с перспективой на снижение затрат за счет рекуперации.

Пожалуй, что такие затраты для дома, рассчитанного на постоянное проживание, более приемлемы. Даже по сравнению с коммунальными счетами в городской квартире.

Вместо вывода

Всегда стоит сравнивать варианты и считать расходы. Руководствуйтесь здравым смыслом. Учитывайте разные аспекты проживания (тариф, тип отопления, утепление) и будет вам безграничная радость и счастье от пользования уютным и продуманным домом.

Пример: данные расчеты приведены для каркасного дома. Он не обладает тепловой инерцией, а значит не может хранить тепло.
А это качество может снизить стоимость отопления дома в два раза при обогреве дома теплом , запасенным ночью на дешёвом ночном тарифе.

А как вы утеплили свой дом и сколько тратите на отопление в зимний период?

Зима в этом году выдалась затяжной, и долгожданное тепло все никак не наступает. А значит, затягивается и отопительный сезон. Холода и сырость не только портят нам настроение, но и тянут деньги из нашего кошелька. И пока не прогреется воздух, мы будем платить за отопление, ведь мерзнуть не хочется никому. А между тем, есть эффективный способ сделать наше жилище уютнее и теплее. Давайте разберемся, каким образом уходит тепло из квартиры и можно ли его удержать?

Как мы отапливаем улицу

Как тепло зимой попадает в наши дома, знают даже дети: через батареи. Если их мощности недостаточно, приходится подключать дополнительные ресурсы - электрообогреватели, тепловые пушки.

А вы не задумывались о том, почему, стоит только отключить все источники тепла, как в доме снова становится холодно? Как и почему тепло так быстро покидает наши квартиры?

Ответ на этот вопрос давно найден. Ученые подсчитали: до 40% тепла из квартиры уходит через. окна. Дело в том, что обычные оконные стекла не создают для него никакой мало-мальски существенной преграды. Физики объясняют: стекло по своей природе обладает высоким эмиссивитетом, то есть не держит, а легко отдает все полученное тепло. Потому-то оконные стекла, пока на улице холодно, тоже остаются холодными, как бы ни топили ваши батареи.

Посмотрите, как выглядит панельная 9-этажка на экране тепловизора. Ярче всего светятся стыки панельных плит и окна. Вот они, главные места теплопотери. Получается, что, оплачивая ежемесячно счета за отопление, электричество и газ, чтобы прогреть наше жилище, мы отапливаем, в основном. улицу?

Дотошные ученые выяснили: с каждого квадратного метра окна за отопительный период (с октября по апрель) улетучивается на улицу порядка 330 Квт/ч энергии. Этой энергии было бы достаточно, чтобы отапливать однокомнатную квартиру в течение трех дней.

Кто-то, узнав об этом, разведет руками. Мол, а что поделать в такой ситуации? Разве можно изменить природу оконного стекла?

Представьте себе, можно!

Нанотехнологии – для вашего комфорта

«Энергоэффективность» - слово, очень популярное в наши дни. Экономить энергию сейчас в каком-то смысле даже модно. Между тем, способ, которым можно снизить теплопотери самого обычного стекла, был изобретен еще в 80-х годах прошлого века. Суть его заключается в том, что на стекло, методом магнетронного напыления (в условиях вакуума), наносится специальный слой из оксидов металлов, толщиной всего в несколько нанометров.

Советские ученые таким образом обрабатывали иллюминаторы космических кораблей и летающих на больших высотах самолетов, чтобы защищать летчиков от космической радиации. Но так как в Советском Союзе изобретения не патентовались, ноу-хау быстро перекочевало за рубеж. А в США «космические» нанотехнологии нашли применение в повседневной оконной индустрии.

Одной из первых технологию магнетронного напыления для окон и архитектурных стекол стала применять компания "Гардиан" - мировой лидер стекольной индустрии. Сегодня, используя разные виды напылений или комбинируя их, на заводах "Гардиан" стеклам придают самые разные полезные свойства. Представьте, например, что одно и то же оконное стекло может зимой сберегать тепло в вашем доме, а летом - защищать жилище от жары! Именно такие свойства имеют стекла ClimaGuard Solar, которые производят и на заводе «Гардиан» в Рязани.

О защите от летней жары мы обязательно расскажем в одной из следующих публикаций, а сегодня - давайте узнаем о том, как же «работают» энергосберегающие стекла.

Серебряная защита

Для того чтобы стекло стало «теплым», на него в промышленных условиях, наносится слой серебра. Дело в том, что серебро (в отличие от самого стекла) обладает очень низким эмиссивитетом. Иными словами, оно медленно и неохотно отдает тепло.

Несколько нанометров серебра, нанесенные на стекло, коренным образом меняют его «холодный» характер. Теперь на улицу через стекло утекает всего… 4-5% тепловой энергии! Если мы посмотрим при помощи тепловизора на дом, где установлены окна с энергосберегающими стеклами, мы увидим, что через окна дом теряет меньше тепла, чем через стены!

Каждое такое окно работает по принципу «термоса», сберегая все тепло вашего жилища изнутри. Тонкая серебряная пленка на стекле не дает ему улетучиться на улицу, «отражает» его обратно в комнату. Люди, установившие себе окна с энергоэффективными стеклами, в один голос говорят, что в доме становится заметно теплее.

Важно и то, что серебро, напыленное на стекло, практически не влияет на его способность пропускать свет. Иными словами, с «теплыми» стеклами окна остаются прозрачными, и в доме - светло.

Энергоэффективное стекло заметно теплее простого, в этом можно убедиться, просто приложив к нему ладонь. В обычной комнате зимой воздух охлаждается от окна, опускается вниз. Потом, согревшись, снова поднимается вверх, и так – бесконечно. Поэтому, когда сидишь у окна, кажется, что где-то рядом постоянно «тянет» из щелей, даже если на самом деле никаких щелей нет. Знакомое ощущение? А вот в домах с «теплыми» стеклами псевдо-сквозняки отсутствуют. Так что если в вашем доме есть маленькие дети, которые играют на полу, или если вы сами любите пить утренний кофе, сидя на подоконнике, такое стекло может сделать вашу жизнь заметно комфортнее.

Кстати, энергосберегающее стекло в стеклопакете всегда располагают так, чтобы оно было обращено покрытием внутрь. Поэтому напыление не подвергается воздействию окружающей среды, а значит, будет служить вам столько, сколько и само окно.

Выгода - налицо!

Главное преимущество «теплых» стекол – это, конечно же, реальная экономия. Из вашего дома будет уходить гораздо меньше тепла, а значит - вам реже придется включать обогреватели, и вы будете тратить меньше денег, оплачивая показания электросчетчика. Если же у вас в квартире или в доме – автономное отопление, экономить вы будете и за счет уменьшения расхода газового топлива!

В 2008 году в одном из частных домов Рязани провели эксперимент: заменили обычные окна на стеклопакеты со стеклами «Гардиан». А спустя год - провели расчеты. Их результаты оказались очень показательны. Если с обычными окнами потребление газа в доме ежегодно составляло около 4800 кубометров, то после установки энергосберегающих стекол этот показатель снизился до 3700 кубометров. То есть газа стали сжигать меньше на целую 1000 кубометров! В денежном эквиваленте экономия составила несколько тысяч рублей!

Мало того: жильцы дома заметили, что если раньше газовый котел им приходилось включать уже в октябре, а выключать - в мае, то теперь и в октябре, и в мае, в доме достаточно тепло.

Мы обязательно побываем в этом доме и расскажем о нем более подробно в одном из следующих выпусков «толстушки».

Спрашивайте окна со стеклом «Гардиан» в оконных фирмах Рязани!

Кстати

Вы наверняка спросите: дорогое ли это удовольствие – энергосберегающие стекла? Оказывается, вовсе нет! Разница в стоимости между обычным стеклом и энергосберегающим для потребителя составляет всего около 150 рублей.

Наша справка

Компания «Гардиан» - один из крупнейших мировых производителей стекла, основана в 1932 году в США. В числе первых начала выпускать безопасные лобовые стекла для автомобилей, которые не разлетались при аварии на острые осколки. Отсюда и пошло название: «guardian» в переводе с английского означает «защитник, охранник».

С 50-х годов прошлого века на предприятиях компании «Гардиан» выпускают стекло так называемым «флоат-методом» (от английского float – плыть). Суть технологии заключается в том, что смесь расплавленного песка (основного компонента при производстве стекла) с добавками выливают в ванну с расплавленным оловом. Плотность олова выше, чем плотность стекла, поэтому стекло растекается по олову, как капля масла по поверхности воды: идеально ровной, тонкой пленкой.

Эта технология успешно применяется и в наше время.

В 2009 году стекольный завод «Гардиан» был запущен в Рязани. В его строительство было вложено около 200 млн. долларов.

Как и на любом стекольном заводе, плавка стекла здесь идет непрерывно. В огромной стекловаренной печи при температуре 1,5 тысячи градусов постоянно находится порядка двух тысяч тонн расплавленной стекломассы. Останавливать печь нельзя: иначе стекломасса внутри застынет, и извлечь ее можно будет лишь разобрав печь на части.

В сутки на рязанском заводе «Гардиан» производят около 800 тонн стекла толщиной от 3 до 12 мм для нужд строительной индустрии, оконных компаний. Рынок сбыта широк: это и десятки городов России (от Москвы до Красноярска) и страны СНГ: Украина, Беларусь, Азербайджан, Армения.

Благодаря передовым технологиям, стекла «Гардиан» отличаются высоким качеством, они узнаются и ценятся во всем мире. Множество грандиозных архитектурных проектов в крупнейших городах воплощены в жизнь благодаря «Гардиан». Теперь узнать больше об этих уникальных стеклах больше могут и жители нашего города.

Возрастная категория сайта 18 +

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЧЕРЕЗ СВЕТОПРОЗРАЧНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

С введением Федерального закона №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и Постановления правительства РФ №18 «Правила установления требований энергетической эффективности для зданий» актуальность современных методов сокращения потерь теплоты возросла многократно.

В тепловом контуре здания светопрозрачные ограждающие конструкции имеют значительную долю по площади. Однако они имеют худшую теплозащиту: приведенное сопротивление теплопередачи оконного блока с двойным остеклением 5…6 раз меньше, чем у наружных стен. Поэтому через световые проемы теряется значительное количество теплоты – 20. 30 % всех тепловых потерь жилого здания [1].

Тепловые потери через светопрозрачные ограждения происходят по нескольким каналам: потери через оконный блок и переплеты (мостики холода, неплотности), потери за счет теплопроводности воздуха и конвективных потоков между стеклами, а также теплопотери посредством теплового излучения.

Рис 1. Теплопотери в многоквартирных домах типовых серий, строящихся с 2011 по 2015 годы (в соответствии с ПП РФ № 18) [1]

Одним из самых эффективных способов повышения энергоэффективности светопрозрачных конструкций является теплопоглощающее остекление, которое содержит определенный процент металла с поглощением лучей с длиной волны более 0,7 нм. Теплопропускная способность остекления зависит от угла падения солнечных лучей и толщины стекла. Теплопоглощающее стекло всегда наружное. Теплоотражающие стекла покрывают металлическими или полимерными пленками. Коэффициент теплопропускания таких стекол составляет 0,2…0,6. В ряде стран применяют трехслойные теплоотражающие пленки, приклеиваемые к стеклам после окончания работ по остеклению. В этом случае удается снизить до 0,13. Также применяются стекла с энергосбережением (И-стекло) — это стекло с напылением оксида метала (или цинка или серебра) его ставят во внутреннюю часть стеклопакета, чтобы стекло покрытием было направлено в межстекольное пространство. Это способствует нагреванию поверхности стекла, за счет многократного отражения ик-волны, что значительно уменьшает конденсат на поверхности [2].

Расчёт проводим на примере одинарного стекла. При расчете теплопотерь через окна величину теплового потока на отдельных участках радиационно-конвективного переноса теплоты (на внутренней и внешней поверхностях окна, в межстекольном зазоре) принято выражать в виде суммы конвективной и лучистой составляющих. При этом, величину каждой из этих составляющих при фиксированном перепаде температуры Δt на отдельном участке вычисляют с использованием коэффициентов конвективного α_к н лучистого α_л теплообмена [3, 4]:

Однако вследствие изменения как самих этих составляющих тепловою потока, так и соотношения между ними на различных участках переноса теплоты через окно составить заключение о величине каждой из этих составляющих и о влиянии на них основных параметров процесса достаточно сложно. Кроме того, при этом теряется общее представление о физической природе каждого из процессов конвективного и лучистого переноса теплоты. Ниже рассматривается только лучистый перенос теплоты через окно.

Задача формулируется следующим образом. Помещение, имеющее внутреннюю поверхность площадью F_в отделено ограждающей конструкцией от наружной среды с поверхностью F_н (рис. 2). В ограждающей конструкции выполнен застекленный оконный проем с площадью стекла F₁, Температура всей поверхности внутри помещения одинакова и равна t_в Температура поверхности F_н окружающей среды также одинакова и равна t_н, причемt_н < t_в. Из помещения в окружающую среду через окно передается излучением теплота Необходимо определить температуру стекла t₁ и плотность лучистого теплового потока q_л через стекло.

Рис. 2. Физическая модель передачи теплоты излучением из помещения в окружающую среду через окно: 1 - внутреннее стекло: 2 - внешнее стекло

Рассмотрим вариант, когда в окне (рис. 2) установлено одинарное стекло.

Две излучающие поверхности - поверхность помещения F_в и поверхность стекла F₁ - образуют замкнутую систему, причем поверхность стекла F₁ плоская, не имеет вогнутостей и не излучает сама на себя. Для такой системы плотность теплового потока, передаваемого излучением от внутренней поверхности помещения к колодному стеклу, определяется выражением [5].

Здесь и - температура поверхности внутри помещения и температура стекла, выраженные в термодинамической шкале температур (далее температуры t и T с соответствующими индексами обозначают температуры соответствующих поверхностей, выраженные в практической (t, °С) и термодинамической (T, К) шкалах); = 5,67 Вт/(м 2 · К 4 ) - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Величина - это приведенная степень черноты излучающей системы F_в и F₁:

Эта характеристика, помимо значений F₁ и F_в зависит от степени черноты стекла и степени черноты поверхности помещения. Учитывая тот факт, что в подавляющем большинстве практических задач внутренняя поверхность помещения F_в значительно больше поверхности стекла, получаем F₁/F_в 0. В итоге для всех этих случаев выражение (3) существенно упрощается

и приведенная степень черноты излучающей системы определяется только величиной степени черноты стекла .

От поверхности стекла F₁ лучистый тепловой поток рассеивается в окружающую среду. Две излучающие поверхности (поверхность стекла F₁ и поверхность окружающей среды F_в) образуют замкнутую систему, причем поверхность стекла не имеет вогнутостей. Для такой излучающей системы плотность теплового потока, передаваемого от поверхности стекла F₁ в окружающую среду, определяется соотношением

Здесь - приведенная степень черноты замкнутой системы F₁ и F_н:

Поскольку поверхность F_н окружающей среды бесконечно велика по сравнению с поверхностью стекла F₁, то F₁/F_н 0, то приведенная степень черноты этой системы равна степени черноты стекла

В итоге получаем, что для обеих замкнутых излучающих систем приведенные степени черноты одинаковы .

В установившемся процессе плотность теплового потока q_в1, воспринимаемого поверхностью стекла от поверхности помещения, равна плотности теплового потока q_1н, рассеиваемого стеклом в окружающую среду:

Соотношения (2), (5) и (8) составляют систему из трех уравнений для определения трех неизвестных q_в1, q_1н, T₁. Приравнивая (2) и (5) и учитывая получаем соотношение

Отсюда сначала находим неизвестную температуру T₁ стекла

Подставляя это значение в любое из выражений (2) или (5), получаем выражение для расчета величины лучистого теплового потока q_л, передаваемого из помещения в окружающую среду через оконный проем с одинарным стеклом:

В качестве примечания следует отметить, что обычно [2, 3] лучистый тепловой поток между поверхностью стекла и окружающей средой (помещение или внешняя среда) рекомендуют рассчитывать по соотношению для лучистого теплообмена между двумя бесконечными параллельными поверхностями. Например, для системы внешняя поверхность стекла F₁ - окружающая среда F_н это будет соотношение

в котором приведенная степень черноты рассчитывается по формуле

Сравнивая соотношения (5) и (12), видим, что они внешне одинаковы, но входящие в них величины и рассчитываются по несколько отличающимся выражениям (6), (7) и (13) соответственно. При этом выражение (13) является частным случаем соотношения (6) при F₁/F_н = 1.

Аналогичное заключение справедливо и для системы «внутренний поверхность стекла F₁ - поверхность помещения F_в». Более строгим будет использование соотношений (2)…(4) и (5)…(7).

1. Как следует из выражения (11), плотность лучистого теплового потока, передаваемого из помещения в окружающую среду через одинарное стекло, зависит только от температуры Т_в поверхности помещения, температуры окружающей среды Т_н и степени черноты стекла .

2. Для обычного оконного стекла степень черноты для низкотемпературного теплового излучения достаточно велика = 0,91…0,94 и близка к 1 [4]. Для такого теплового излучения стекло является практически черным телом, т е. оно поглощает всё падающее на него тепловое излучение. Это коренным образом отличается от поведения стекла по отношению к видимому свету, который стекло пропускает почти полностью. Так, например, оконное стекло толщиной 4,5 мм пропускает 0,96 падающего видимого света и поглощает только 0,04 его [4].

В качестве примера на рис 4 приведены экспериментальные данные для оконных стекол. Из этих данных следует, что прозрачное для видимого света обычное оконное стекло толщиной 2 мм становится непрозрачным и черным для теплового излучения с длиной волны больше 5 мкм. Именно в этом длинноволновом диапазоне расположена основная часть спектра низкотемпературного теплового излучения черных тел, имеющих температуру ниже 40 °С (рис. 4).

3. Размещение в оконном проеме одинарного стекла позволяет примерно вдвое уменьшить тепловой лучистый ноток за счет его переизлучения стеклом по сравнению с оконным проемом без стекла (коэффициент 1/2 в правой части выражения (11)). Даже одинарное стекло создает значительным экранирующий эффект.

Экранирующим эффект стекла можно значительно увеличить, а проходящий через стекло лучистый тепловой поток соответственно снизить за счет применения стекол со специальным покрытием. Такие стекла называют селективными, или низкоэмиссионными. Теплоизолирующая способность селективного стекла много лучше, чем у обычного. Солнечное коротковолновое излучение хорошо проникает через такое стекло и нагревает поверхности внутри помещения, которые, в свою очередь, излучают длинноволновое тепловое излучение, эффективно отражающееся от поверхности селективного стекла обратно.

В настоящее время применяют два типа покрыт ни, различающихся по технологии нанесения [6].

1. «Твердое покрытие» на основе оксида олова SnO₂, называемое иначе «полупроводниковым покрытием». Наносится непосредственно на одной из стадий производства флоат-стекла (так называемая технология on-line – англ. «на линии») за счет химической реакции пиролиза (разложения вещества под действием высоких температур). Во время этой реакции слой оксида олова тол шиной порядка 400…600 нм оседает на поверхность горячего стекла, становясь неотделимой его частью.

При этом образуется крепкое и прочное металлическое покрытие, обладающее химической, механической и термической стойкостью, равноценной стеклу без покрытия. Твердые покрытия устойчивы к воздействию погодных условии и выдерживают воздействия температур до 620 °С.

Рис. 3. Спектральные пропускательная и поглощательная способности различных сортов стекла [8]: 1 - оконное стекло толщиной 2 мм; 2 - оконное стекло толщиной 5,4 мм; 3 - Au-стекло; 4 - Сu-стекло

2. «Мягкое покрытие» на основе серебра Ag. Наносится на готовое флоат-стекло (технология off-line – англ. «вне линии») и удерживается на нем силами молекулярного взаимодействия. Состоит из нескольких тонких слоев, выбор которых зависит от требуемых характеристик остекления - излучательной способности, светопропускания, а также оптических свойств - удаления нежелательного отражения. Толщина слоя серебра от 10 до 50 нм. В отличие от «твердых» покрытий «мягкие» ограниченно устойчивы по отношению к погодным и температурным воздействиям. Однако при установке в стеклопакете - покрытием и сторону воздушной камеры они имеют долговечность, сопоставимую с «твердыми» покрытиями.

Рис. 4. Спектральная плотность излучения поверхности абсолютно черного тела как функция длины волны излучения при различных температурах черного тела [7]

В зависимости от типа покрытия поглощательная (излучательная) способность в диапазоне длин волн низкотемпературного теплового излучения составляет = 0,16…0,20 для стекол с твердым покрытием и = 0,04…0,12 для стекол с мгяким покрытием. Внешний вид таких стекол практически не отличается от обычных.

Пример расчёта [7]. Пусть вместо обычного стекла с излучательной способностью = 0,94 в окно установлено низкоэмиссионное стекло с пониженной излучательно-поглощательной способностью = 0,12. Согласно выражению (11):

плотность лучистого теплового потока через стекло пропорциональна величине . Поэтому при замене обычного стекла ( = 0,94) на низкоэмиссионное ( = 0,12) происходит существенное сокращение тепловых потерь через окно, пропорциональное отношению /*. В данном варианте лучистые тепловые потери (q_л/q_л* = /* = 0,94/0,12 = 7,83 сокращаются в 7,83 раза.

Заключение. В результате проведённого исследования были изучены современные технология изготовления светопрозрачных ограждающих конструкций, изучена модель лучистой теплопередачи через светопрозрачные ограждающие конструкции.

По результатам исследования можно сказать, что использования селективных покрытий позволяет снизить в несколько раз тепловые потери лучистым теплообменом по сравнению с обычными (ненизкоэмиссионными стёклами).

Библиографический список

1. Ливчак В. И. Еще один довод в пользу повышения теплозащиты зданий // Энергосбережение, 2012, №6.

2. Захаров В.М., Смирнов Н.Н., Калинина Л.Б. Энергосберегающие конструкции окон на основе применения теплоотражающих экранов. // Светопрозрачные конструкции, 2008, №5-6, С. 42…45.

3. Дроздов В.А., Савин В.К., Александров Ю.П. Теплообмен в светопрозрачных конструкциях. – М.: Стройиздат, 1979. – 307 с.

4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). – СпБ.: Издательство «АВОК Северо-Запад», Санкт-Петербург, 2006. – 400 с.

5. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 367 с.

6. Борискина И. В., Плотников А. А., Захаров Л. И. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий: Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ, 2000. – 182 с.

7. Майоров В.А. Передача теплоты через окна: Учеб. пособие. Издательство АСВ, – М.: 2014. – 120 с.

Читайте также: