Нормирование и расчет теплозащитных характеристик окон

Приведенное термическое сопротивление

Основной нормируемой величиной, отражающей теплозащитные качества светопрозрачной конструкции, является приведенное термическое сопротивление окна R о ^пр.
Приведенное термическое сопротивление окна Ro^пр определяется в соответствии со следующими нормативными документами: СНиП П-3-79* "Строительная теплотехника"; Изменение № 4 к СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" в соответствии с постановлением Госстроя России № 18-8 от 19.01.98г.

В соответствии со СНиП II-3-79*, базовой расчетной величиной для определения сопротивления теплопередаче является показатель градусосутки отопительного периода - ГСОП, определяемый по формуле
ГСОП=(t_в- t_от)Z_от ,
где t_в - температура внутреннего воздуха помещения,
t_от и Z_от - средняя температура и продолжительность отопительного периода (периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ^°С по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»)
Значение Ro^пр для помещений гражданских зданий следует принимать в соответствии с таблицей.



Приведенное термическое сопротивление окна Ro^пропределяется по формуле:



где Foс и F пер - площади остекления и непрозрачной части (рамы и переплета), м ²,
RO ^ос - сопротивление теплопередаче остекления, (m^{2 0}С)/ Вт,
R0 ^пер - сопротивление теплопередаче непрозрачной части (рамы и переплета), (m^{2 0}С)/ Вт.

ПРИМЕР

Окно 1.2 х 1.8 м. Профиль - Veka Softline AD - трехкамерный. Стеклопакет -двухкамерный F4 - 12 - F4 - 12 - F4. Район строительства - г. Москва.

К расчету приведенного термического сопротивления окна

1. Термическое сопротивление пакета профилей R о^пер =0.59 (м^{2 °}С)/ Вт.
2. Ширина пакета профилей (коробка +створка)- d=123.5 мм (рама 67 мм, створка 82.5 мм).
3. Площадь непрозрачной части:
F пер = (0.123 х 1.8)х2 - (0.123 х ((1.2- 0.123) х 2)) -0.442 -г 0.265 =0.71 м²
1. Термическое сопротивление стеклопакета - R о = 0.53(m^{2 0}С)/ Вт.
2. Площадь остекления Foс = (1.8 х 1.2)- 0.71 = 1.45 m².

3. Для г. Москва в соответствии со СНиП2.01.01-82:
- продолжительность отопительного периода Z от = 213 сут;
- средняя температура отопительного периода toт = - 3.6^°С;
- ГСОП=(20+3.6) 213=5027
4. Интерполяцией по табл.2.11 находим
Ro тp=0,55(m^{2 0}С)/ Вт
5. Подставляя значения в формулу, получаем
Ro тp=(0.53х1.45+0.59х0.71)/(1,45+0,71)=0,55(m^{2 0}С)/Вт.

Для наглядности результаты расчета могут быть сведены в таблицу:



7. Вывод. Окно заданной конструкции на пределе (без запаса по термическому сопротивлению) удовлетворяет нормативным требованиям.

Температура точки росы

Помимо определения непосредственно термического сопротивления окон, регламентируемого соответствующими нормативными документами, необходимо прогнозировать температуру воздуха, при которой будет происходить запотевание окон и выпадение на них конденсата.

Парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе помещения (абсолютная влажность внутреннего воздуха е_в) зависит от температуры внутреннего воздуха t_в и относительной его влажности f_в в как: е_в = е_(t) f_в.

Данная зависимость представлена в графическом виде на рис. 2.

При низкой температуре наружного воздуха, температура на внутренней поверхности остекления (τ_вп), окажется существенно ниже температуры воздуха внутри помещения (в середине помещения на высоте 1.5 м от пола). В этом случае предельное значение парциального давления водяного пара Е, соответствующее температуре τ_вп, может быть ниже, чем расчетное е_в = _f (tв, f_в), что приведет к выпадению "лишнего" водяного пара на холодной внутренней поверхности остекления в виде конденсата или изморози. Значение температуры, при котором Е= f (τ_вп) и е_в = _f (tв, f_в), будут равны, соответствует температуре точки росы.


Рис. 2. График определения точки росы

ПРИМЕР
Определить вероятность выпадения конденсата на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета 4-12-4, установленного в помещении с температурой внутреннего воздуха tв = 20 ^° С и влажностью внутреннего воздуха f_в = 60 %, при условии что наружная температура падает до значения tн = -30 ^° С.

1. Согласно таблицы находим: коэффициент теплопередачи однокамерного стеклопакета 4-12-4 К = 2.86 Вт/ (м^{2 0}С); соответственно термическое сопротивление R = 1/К= I/ 2.86 = 0.35 (м^{2 0}С)/ Вт.
2. Определяем точку росы (температуру выпадения конденсата на внутренней поверхности остекления) при температуре внутреннего воздуха в помещении tв = 20^°С и относительной влажности f_в. В соответствии с рис. 2.13 предельное значение парциального давления водяного пара Е при температуре tв = 20 ^° С равно 17.53 мм.рт.ст. Согласно уравнению, абсолютная влажность воздуха е = E(t ) f_в =17.53 х 0.6=10.52 мм.рт.ст., что соответствует температуре точки росы t = 12.0 ^° С.
3. Определяем температуру на внутренней поверхности стеклопакета τвп при понижении температуры наружного воздуха до - 30 ^° С. Исходя из того, что падение температуры в толще ограждающей конструкции пропорционально изменению термического сопротивления, а именно:
δtв =(δT/Ro) x Rв, δТ=Тв-Тн=20+30=50^°С получаем δtв= (50/0.35) х 0.12= 17.1 ^° С

Температура на внутренней поверхности стеклопакета будет равна τвп = 20 - 17.1= + 2.9 ^°С, что существенно ниже температуры точки росы ля данного помещения (t = 12.0^° С).

Таким образом, температура на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета, установленного в помещении с температурой внутреннего воздуха tв=20 ^°С и влажностью внутреннего воздуха f_в = 60 %, при наружной температуре воздуха tн= -30 ^°С, будет существенно ниже температуры точки росы, что приведет к выпадению конденсата на внутренней поверхности стеклопакета.

Приведенные выше рассуждения отражают характер физических процессов, имеющих место в остеклении, однако не удобны для применения в практических задачах. В большинстве случаев при установке стеклопакетов с заведомо заниженным термическим сопротивлением (с целью сокращения единовременных затрат на окна), возникает проблема прогнозирования тех периодов на протяжении холодного сезона, когда внутри помещения будет выпадать конденсат. Такой режим может быть приемлем для некоторых промышленных предприятий, автостоянок, торговых комплексов и т.п., иными словами, для помещений, не предназначенных для постоянного пребывания людей.

ПРИМЕР
Определить температуру точки росы для помещения со следующими параметрами внутреннего микроклимата: tв = 20 ° С, f_в =60 %.

В помещении установлен однокамерный стеклопакет 4-12-4 с коэффициентом теплопередачи К= 2.6 Вт/ (м ^{2 0}С) (или термическим сопротивлением)
R=1/K=1/2.6=0.38 (м ^{2 0}С/ Вт).

На верхней диаграмме линию «относительная влажность воздуха» 60% проводят горизонтально до пересечения с кривой К=2.6. От этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с горизонтальной линией «температура помещения 20⁰С» на нижней диаграмме. После этого проводят линию параллельно кривым направо вниз до пересечения с осью "наружная температура". Получаем, что точка росы (выпадение конденсата на внутренней поверхности остекления) происходит при температуре 0 ⁰С.


Рис. Диаграммы для определения точки росы