Коэффициент сопротивления теплопередачи стеклопакетов

Ниже представлены основные факторы, которые влияют на теплозащитные характеристики стеклопакетов. Эти факторы нужно принимать во внимание при проектировании, заказе и изготовлении стеклопакетов для светопрозрачных конструкций зданий.

Подробный обзор

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.

Почему многослойное остекление эффективней

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.

Теплопотери

Теплопотери стеклопакетов зависят от следующих факторов:

  • теплопроводность;
  • тепловое излучение;
  • конвекция.

Тепловое излучение

Тепловое излучение возникает на поверхности нагретых тел за счёт преобразования энергии молекул, находящихся в постоянном движении при температурах выше 0°К, в электромагнитную. В его волновой спектр входит инфракрасный диапазон волн (от 0,8 до 800 мкм) и небольшая часть видимого спектра (от 0,7 до 0,8 мкм).

Излучение тепла подчиняется законам отражения, преломления и распространения электромагнитных волн в определённых средах. Интенсивность излучения напрямую зависит от температуры нагрева тела. Любые материалы, в том числе, естественно, и строительные отдают тепловую энергию в окружающее пространство. Её величина характеризуется коэффициентом теплового излучения, который зависит от вида обработки излучающей поверхности и химического состава.

Потери тепла в стеклопакетах за счёт отдачи тепловой энергии могут достигать 60%. Поэтому многие производители энергосберегающих окон применяют стеклопакеты со специальными тонкоплёночными покрытиями на основе оксидов металлов, позволяющих снизить теплопотери до 95%.

Теплопроводность

Теплопроводность характеризует способность различных материалов или сред передавать тепловую энергию от более нагретых участков к менее нагретым посредством межатомного взаимодействия. Скорость отдачи тепловой энергии зависит от величины градиента температур, а коэффициент теплопроводности является неизменным для каждого конкретного вещества. Например, для обычных стёкол λ = 0,76 Вт/(м·°С).

Для удобства тепловых расчётов, согласно приложению К.2 в СП , принимают λ = 1 Вт/(м·°С) при условии, что толщина стекла менее 4 мм. (Основы энергосбережения: Учебное пособие /Б. И. Врублевский, С. Н. Лебедева, А. Б. Невзорова и др.; Под ред. Б. И. Врублевского. — Гомель: ЧУП «ЦНТУ «Развитие», 2002).

Поскольку теплопроводность стёкол достаточно высокая, улучшить энергоэффективность стеклопакетов можно следующими способами:

  • заполнить камеры инертными (аргон, криптон) или активными газами (углекислым и смесями на его основе), обладающими минимальным межатомным взаимодействием;
  • создать вакуум внутри стеклопакета.

Последний способ не стал массовым из-за необходимости использования сложного вакуумного оборудования, а также обеспечения высокой прочности и герметичности камер стеклопакетов.

Конвекция

Конвекция представляет собой способ теплообмена, при котором обеспечивается обмен внутренней энергии внутри среды за счёт создания тепловых потоков, возникших в результате температурного градиента. В результате такого процесса внутри стеклопакета происходит перемещение нагретого газа в верхнюю часть камеры, а охлаждённого — в нижнюю. Длительность такого процесса зависит от времени установления теплового равновесия.

Чтобы снизить конвективные теплопотери, необходимо обеспечить оптимальную энергоёмкость стеклопакета. Это значит, что при увеличении объёма камеры, наполненной газом, должна снижаться теплопроводность, однако за счёт повышения энергоёмкости существенную роль начинают играть конвективные процессы. Поэтому важно найти некий компромисс за счёт грамотного подбора расстояния между стёклами, позволяющего максимально снизить естественную конвекцию.

Чем ниже скорость перемещения атомов газа внутри камеры стеклопакета, тем выше уровень энергосбережения стеклопакета. Оптимальным расстоянием между стёклами считается диапазон от 16 до 24 мм. Простой однокамерный стеклопакет уменьшает теплопотери на 30-40% в сравнении с классическим двойным остеклением. При использовании специальных энергосберегающих стекол (К-стекло и I-стекло) можно значительно уменьшить затраты на отопительные услуги в помещениях благодаря увеличению коэффициента сопротивления теплопередачи.

Читайте также:  Как Вставить Пластиковое Окно Самому Видео

Литература:

  1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.; Высшая школа, 1969 -560с.
  2. Основы энергосбережения: Учебное пособие /Б. И. Врублевский, С. Н. Лебедева, А. Б. Невзорова и др.; Под ред. Б. И. Врублевского. — Гомель: ЧУП «ЦНТУ «Развитие», 2002.
  3. Охрана труда и основы энергосбережения. Учебное пособие для ВУЗов – Э.М. Кравченя, , И.П. Свирид. Мн. 2004

Пути повышения тепловой эффективности стеклопакета

Повышение тепловой эффективности стеклопакета может достигаться следующими тремя путями:

  • Передача тепла за счет излучения может быть почти полностью исключена (до 98 %) путем применения стекол со специальными покрытиями
  • Заполнение полости стеклопакета аргоном или криптоном снижает потери тепла за счет теплопроводности
  • Конвекция может быть снижена путем оптимизации ширины внутренней полости стеклопакета, то есть расстояния между его стеклами.

Низкоэмисионные покрытия

В современных стеклопакетах, по крайней мере, одно из стекол обычно имеет низкоэмиссионное покрытие, так называемое, покрытие low-E. Эти покрытия способны отражать до 98 % длинноволнового теплового излучения и, тем самым, почти полностью предотвращать потери тепла за счет излучения. Это дает улучшение теплозащитных свойств стеклопакета примерно на 66 % по сравнению со стеклопакетом из обычных стекол без покрытий [2, 3].

Инертные газы

Снижение потерь тепла стеклопакета за счет теплопроводности может быть достигнуто путем применения в его внутренней полости вместо сухого воздуха инертного газа (аргона или криптона). Инертные газы имеют значительно более низкую теплопроводность, чем воздух и поэтому снижают поток тепла через стеклопакет. Применение инертных газов в стеклопакетах имеет как преимущества, так и недостатки, поэтому они требуют отдельного рассмотрения. Далее речь пойдет только о стеклопакетах с воздушной внутренней прослойкой.

Ширина внутренней полости стеклопакета

В зависимости от применяемого в стеклопакете вида газа изменяется оптимальное расстояние между стеклами, которое обеспечивает минимальную передачу тепла за счет конвекции. В случае воздуха это расстояние составляет 14-16 мм [2, 3].

Где целесообразнее устанавливать однокамерные окна пвх?

Пластиковые окна Века существенно различаются по конструкции:

  • У однокамерных в оконных створках имеется в наличии только 2 стекла, что позволяет их эффективно использовать при температуре не ниже -8 градусов;
  • Для регионов с более низкими температурами целесообразнее устанавливать двухкамерные окна ПВХ. У них 3 стекла, разделенных между собой двумя промежутками, что позволяет лучше удерживать тепло. Кроме того, такие окна пропускают значительно меньше шума.

Исходя из вышесказанного, однокамерные пластиковые окна можно с высокой степенью надежности устанавливать в тех случаях, когда:

  • Среднезимний минимум температур не опускается ниже -8°C (для жилых помещений);
  • Окно квартиры выходит на остекленную лоджию;
  • При остеклении окон офисных зданий, не выходящих на оживленные городские магистрали;
  • Нередко их устанавливают в производственных помещениях и складских комплексах;
  • Когда возникает потребность в остеклении балкона или лоджии, беседки или террасы, зимнего сада или оранжереи.
  • Прекрасно подходят такие окна и для использования на дачах и в летних загородных домиках.

Во всех остальных случаях лучшим решением будет установка двухкамерных стеклопакетов (3 стекла) в пластиковых окнах. Дело в том, что по цене однокамерные стеклопакеты не сильно дешевле, а по таким характеристикам как теплозащита и шумоизоляция далеко позади от двухкамерных.

БЕСПЛАТНО

Для сравнения характеристик стеклопакетов используют один из основных показателей

  • коэффициент сопротивления теплопередаче Rо ( измеряемый в м2·°С/Вт ). Чем выше коэффициент ближе к 1, тем лучше стеклопакет по характеристикам сохранения тепловой энергии.

Основные ( популярные ) типы стеклопакетов выделены красным цветом.

п/п Заполнение светового проема окна R, м^(2)·°С/Вт
Материал переплета окна
Дерево или ПВХ Алюминий
1 Двойное остекление в спаренных переплетах 0.4
2 Двойное остекление в раздельных переплетах
3 Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах
4 Однокамерный стеклопакет ( два стекла ):
обычного (с расстоянием между стекол 6 мм)
с И — покрытием (с расстоянием между стекол 6 мм)
обычного (с расстоянием между стекол 16 мм)
с И — покрытием (с расстоянием между стекол 16 мм)
5 Двухкамерный стеклопакет ( три стекла ):
oбычного (с расстоянием между стекол 8 мм)
oбычного (с расстоянием между стекол 12 мм)
с И — покрытием одно из трёх стекол

По результатам таблицы видно значительное повышение характеристики стеклопакета с применением И-стекла. В однокамерном 14 мм. стеклопакете 4-6-И4 прирост до 30% по сравнению с обычным 4-6-4.

Низкоэмиссионное стекло (И-стекло) обладает способностью отражать тепловое излучение. В отопительный период оно «возвращает» в квартиру до 90% тепловых волн, выделенных нагревательными приборами. А летом отражает наружу часть солнечного излучения инфракраснго (ИК) и ультрафиолетового (УФ). В результате зимой в комнате становится теплее, а летом – прохладнее.

БЕСПЛАТНО

И-стекло – низкоэмиссионное стекло с многослойным покрытием (в том числе из серебра), нанесенным путем плазменного напыления. Это «мягкое» покрытие. Слой с таким напылением обращен только внутрь стеклопакета.

Читайте также:  Из-за чего и почему потеют пластиковые окна на балконе и в доме?

Зависимость характеристики стеклопакета от расстояния между стеклами в нем

Расстояние между стеклами (мм) 6 12 16 20 30 35 40 50 100
Показатель R 0.3

В таблице приведены значения сопротивления теплопроводности для однокамерного стеклопакета, заполненного воздухом. Как видно из таблицы, увеличение расстояния между стеклами свыше 16 мм. нецелесообразно.

Внимание!

Если из окна тянет холодом это не всегда плохое окно, а возможно холодный стеклопакет. В этом случае нам достаточно заменить ваш стеклопакет на энергосберегающий и тепло сразу наполнит ваш дом!

Чем отличаются мультифункциональные стеклопакеты от аналогов с низкоэмиссионными стеклами

Ниже мы детально расскажем, чем отличаются мультифункциональные стекла от низкоэмиссионных.

Низкоэмиссионные энергосберегающие стекла

Принцип работы

Низкоэмиссионные стекла обладают способностью отражать тепловую энергию. Это свойство им придают специальные покрытия из оксидов металлов. В них электроны располагаются настолько плотно, что большинство ИК-волн не проходят сквозь пленку. При этом она практически не создает преград для УФ-лучей.

Изображение №1: принцип работы низкоэмиссионного стекла

Стеклопакеты с низкоэмиссионными стеклами сохраняют в 4 раза больше тепловой энергии, чем обычные.

Виды низкоэмиссионных стекол

Существуют два вида низкоэмиссионных стекол.

  • K. К этому типу относятся энергосберегающие стекла с твердыми покрытиями. Оксиды металлов наносят на горячие стекла перед охлаждением. На финальной стадии производства материалы спекаются. Образуется высокопрочное покрытие.
  • I. К этому типу относятся стекла с мягкими покрытиями. Их наносят на флоат-стекла при помощи вакуумного оборудования методом магнетронного распыления. Мягкие покрытия отлично пропускают УФ-лучи и при этом лучше сохраняют тепловую энергию по сравнению с твердыми.

Основные особенности и характеристики энергосберегающих стекол (I и K) представлены в таблице ниже.

I-стекла K-стекла
Энергосберегающие свойства Отличные (K = 1,1–1,3) Хорошие (K = 1,1–1,3)
Светопропускная способность Хорошая (SF62) Отличная (SF70)
Обработка Требует осторожности Проходит без проблем
Особенности монтажа Края стекол приходится очищать от покрытия Края стекол не приходится очищать от покрытия
Срок хранения до монтажа 1 месяц Не ограничен
Закалка Возможна Возможна

Из-за упрощенной технологии производства I-стекла стоят дешевле аналогов с твердыми покрытиями.

Мультифункциональные стекла

Мультифункциональные стекла вобрали в себя полезные свойства энергосберегающих, солнцезащитных, тонированных, ударопрочных и самоочищающихся стекол.

Конструктивные отличия

От энергосберегающих стекол I и K типов мультифункциональные листы отличаются тем, что имеют более сложные покрытия. Их наносят при помощи вакуумного оборудования магнетронным методом.

Изображение №2: структура мультифункционального стекла

  • Нижний и верхний слои. Состоят из нитритов и оксидов. Придают стеклам оттенки и ярко выраженный зеркальный эффект. Препятствуют проникновению УФ-лучей.
  • Защитные слои. Поглощают коротковолновое тепловое излучение. Защищают функциональный слой от повреждений различного характера.
  • Функциональный слой. Состоит из серебра и хрома. Отражает коротковолновое и длинноволновое тепловые излучения.

Принцип работы

Изображение №3: отличия мультифункционального стеклопакета от энергосберегающего

Как видите, мультифункциональные стеклопакеты пропускают гораздо меньше солнечной энергии. Это особенно важно летом. Даже в самые жаркие дни в помещениях сохраняется комфортная температура. Зимой мультифункциональные стеклопакеты работают по принципу обычных энергосберегающих аналогов и значительно снижают теплопотери.

Характеристики мультифункциональных стекол

Производители энергосберегающих стекол в России и за рубежом выпускают мультифункциональные стеклопакеты с различными техническими характеристиками. Приведем средние показатели.

  • Общая пропускная энергия — 40 %.
  • Звукоизоляция — 31 Дб.
  • Сохранение тепла в помещениях — 73 %.
  • Светопропускная способность — 62 %.
  • Коэффициент сопротивления.
  • Толщина стеклопакетов — от 24 до 40 мм.

Почему мультифункциональные стеклопакеты лучше обычных энергосберегающих

  • Летом спасают от жары, а зимой — от холода.
  • Доступны для заказ стекла в различных цветовых исполнениях.
  • Зеркальный эффект и тонировка скрывают помещения от посторонних глаз.
  • На мультифункциональных стеклопакетах не образуется конденсат.
  • Естественное освещение помещений не ухудшается.
  • Мультифункциональные стекла легко поддаются дополнительной обработке, не теряя своих свойств.

Единственный недостаток — более высокая цена.

Требуемое сопротивление теплопередаче окон

Основная физическая единица характеризующая, теплопроводность окна является приведенное сопротивление теплопередаче Ropr (м2*°С)/Вт.

Обычному человеку значение Ropr (м2°С)/Вт ни о чем не говорит, и при выборе окон часто можно слышать такие советы:

Обращайте внимание на теплоизоляционный показатель выбираемого окна — сопротивление теплопередаче. Величину его брать чем больше, тем лучше. Минимальное R рекомендую не ниже 0,55 (м2°С/Вт) — как для средней полосы России.

Т. е. используется подход чем больше, тем лучше.

Не зная требуемую величину Ropr для Вашего региона Вы совершенно «слепы» при выборе окна.

В статьях:

мы рассматривали физические свойства сопротивления теплопередаче Ropr (м2°С)/Вт.

В этой статье рассмотрим, как определить ТРЕБУЕМОЕ сопротивление теплопередаче Ropr tr и от чего оно зависит.

Согласно СП СВОД ПРАВИЛ ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ

5 Тепловая защита зданий

5.1 Теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

  • а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);
  • б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
  • в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).
Читайте также:  Как закрепить пластиковое окно в деревянном доме

Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а), б) и в).

Требуемое Приведенное сопротивление теплопередаче, Ropr, м2С/ВТ, окна определяется по Таблице 3. Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

Здания и помещения Градусо-сутки отопительного периода, °С сут/год Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче (м2°С)/Вт, ограждающих конструкций
Окон и балконных дверей, витрин и витражей
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития 2000 0,3
4000 0,45
6000 0,6
8000 0,7
10000 0,75
12000 0,8

Градусо-сутки отопительного периода, °С ∙ сут/год, определяем по формуле

ГСОП = (tв — tот)*zот,

Где:

  • tот, zот — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, принимаемые по своду правил для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С.
  • — расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая при расчете ограждающих конструкций групп зданий указанных в таблице 3: по поз. 1 — по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20 — 22 °С).

Согласно ГОСТ 30494, Таблица 1 – Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий.

  • Оптимальная температура воздуха для жилой комнаты – 20-22 °С
  • Оптимальная температура воздуха для жилой комнаты в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже – 21-23 °С

Таким образом:

  • tв – 20 °С для районов с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 30°С и выше;
  • tв – 21 °С для районов с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже.

Климатические параметры холодного периода года для различных регионов tот, zот, приведены в Таблице 1 СНиП 23-01-99 СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ

Определив значения ГСОП, учитывая Таблицу 3 — Базовых значений требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций СП СВОД ПРАВИЛ ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ, определяем Ropr по формулам:

ГСОПRopr tr
до 2000 0,3
2000 — 6000 (ГСОП — 2000) * 0,000075 + 0,3
6000 — 8000 (ГСОП — 6000) * 0,00005 + 0,6
больше 8000 (ГСОП — 8000) * 0,000025 + 0,7

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Учитывая вышесказанное, зная:

  • t5 0,92 °С — температуру наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92);
  • Суток — продолжительность отопительного периода;
  • °С — среднюю температуру наружного воздуха в отопительній период;

можно рассчитать требуемое сопротивление теплопередаче Ropr tr в Вашем регионе.

Таблица расчета требуемого сопротивления теплопередаче

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов

В сопроводительной документации на готовое изделие Rcп часто называют коэффициентом сопротивления теплопередаче (КСТП), который равен количеству тепла, проходящему через один квадратный метр площади стеклопакета при разнице температур в один градус (Цельсия или Кельвина) Физический смысл и размерность этих величин (СТП и КСТП) абсолютно идентичны. ГОСТ 24866-99, который имеет статус межгосударственного стандарта, для этого параметра не использует слово “коэффициент”.

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов

В Таблице 4 этого документа представлены основные требования к Rcп:

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов
Стеклопакет Число камер Rcп, не менее, м2* 0С/Вт
Общестроительного назначения 1-камерный 2-х камерный 0,32 0,44
Ударостойкий 1-камерный 2-х камерный 0,32 0,44
Солнцезащитный 1-камерный 2-х камерный 0,32 0,44
Энергосберегающий 1-камерный 2-х камерный 0,58 0,72
Морозостойкий 1-камерный 2-х камерный 0,58 0,72
Шумозащитный 1-камерный 2-х камерный 0,32 0,44

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов

Другие технические характеристики окон

Есть еще ряд характеристик, которые позволяют оценить качество окна и его пригодность для установки именно в Вашем помещении.

  • Воздухопроницаемость. Хотя современные пластиковые окна и принято называть герметичными, по нормам они должны пропускать воздух в количестве не менее 6 кг/м²·ч при нормальном атмосферном давлении и скорости ветра 15 км/ч.
  • Морозостойкость. Измеряется в градусах, цифра показывает температуру, при которой окно в целом и отдельные его элементы еще не меняют своих свойств. Для большинства современных окон этот параметр равен −60°C, но некоторые производители заявляют о морозостойкости до −80°C.
  • Долговечность. Измеряется в годах. Естественно, чем этот показатель выше, тем ваше окно прослужит дольше. Главное при этом не забывать, что цифра долговечности указывается для окна, которое проходит периодическое техническое обслуживание, регулировку, и условия эксплуатации которого соответствуют тем, что указаны производителем.
  • Эргономичность. Показывает, насколько удобно Вам будет жить в квартире с таким окном. Количественного выражения не имеет. Определяется качеством фурнитуры, высотой расположения ручек, размерами и способом открывания створок и многими другими особенностями окна. Другое определение этого параметра — удобство в эксплуатации.

Наша компания работает с 9:00 до 22:00, без выходных

По любым интересующим Вас вопросам, пожалуйста, звоните по телефону:

  • (495) 15-000-33

Группа компаний «Сити Окна».