Теплотехника и сопротивление теплопередаче стеклопакета

Рассчитать проект

При проектировании и реализации фасадных проектов специалисты компании «Альпика» обращают особое внимание вопросам, связанным с теплотехникой и сопротивлению теплопередаче. Это позволяет нашим фасадным конструкциям быть энергоэффективными, обеспечивать максимальный комфорт и удобство при эксплуатации заказчиком.

Для базового понимания темы рассмотрим, что такое сопротивление теплопередаче R, как оно соотносится с коэффициентом теплопередачи U?

Далее рассмотрим следующие темы:

• Как работает «И-стекло»? Сколько покрытий имеет смысл ставить в стеклопакете?
• Чем отличается однокамерный и двухкамерный стеклопакет?
• Как работает Аргон? Правда ли что он выветривается из камер стеклопакета?
• Как работает теплая дистанционная рамка в стеклопакете?

Как определить коэффициент сопротивления теплопередаче R и как оно соотносится с коэффициентом теплопередачи U?

R [м2*С/Вт] – Коэффициент сопротивления теплопередаче, данный показатель используется в России. Характеризует насколько хорошо стеклопакет площадью в квадратный метр при разнице температур в один градус Цельсия сопротивляется потоку тепла, измеряемому в ваттах. Чем больше данный коэффициент – тем лучше энергосбережение.

U [Вт/м2*С] – Коэффициент теплопередачи, используется в Европе. Характеризует какой поток тепла идёт через квадратный метра стеклопакета при разнице температур в один градус Цельсия. Чем меньше данный коэффициент, тем лучше поскольку поток тепла меньше (выше энергосбережение).

При сравнении обычного двухкамерного стеклопакета без покрытия стекол, без заполнения и двухкамерного стеклопакета с двумя энергосберегающими покрытиями, с заполнением аргоном мы получаем сопротивления теплопередаче отличающиеся более чем в два раза. А при сравнении энергосберегающего стеклопакета с утепленной кирпичной стеной мы снова получим разницу в сопротивлениях теплопередаче более чем в два раза.

Для зданий теплопотери через окна непропорционально выше, чем через стены,крышу и пол, поэтому уменьшение теплопотерь через светопрозрачные конструкции является эффективным способом повышения коэффициента приведенного сопротивления теплопередаче.

Типы передачи тепла стеклопакетом

Существуют несколько типов передачи тепла:

1. 1Излучение
2. 2Конвекция – передача тепла при помощи теплоносителя
3. 3Прямая теплопередача

Теплотехнику стеклопакета определяет передача тепла от внутреннего стекла внешнему. Если пакет обычный, без наполнения аргоном и без покрытий, то внутреннее стекло передает внешнему 66% тепла при помощи теплового излучения и 34% тепла через прямую теплопередачу и конвекцию. Это показывает, что уменьшение теплопотерь через тепловое излучение будет более эффективной мерой. И для этого используют низкоэмиссионные покрытия стекла. Такие стекла называют Low-E где ключевую роль для уменьшения теплопотерь играет нанесение металлизированного слоя, обеспечивающего отражение тепла (чаще всего - серебра, толщиной до 15 нм, но в целом - технология зависит от типа стекла).

Low E происходит от «glass with Low Emissivity surface» - низкоэмиссионное. Эмиссивитет E – характеристика поверхности стекла характеризующая ее способность излучать и отражать тепло. Эта характеристика определяется в числовом диапазоне от нуля до единицы. Чем меньше E, тем меньше тепла излучается с поверхности, и тем лучше поверхность тепло отражает.

В повседневной жизни мы используем алюминиевую фольгу как низкоэмиссионное покрытие для сохранения высокой температуры свежеприготовленной пищи. У обычных предметов и обычного стекла эмиссивитет составляет около 0.9, а у алюминия он гораздо ниже и составляет 0.2

Для низкоэмиссионного Low E стекла эмиссивитет E составляет 0,03. Для понимания представим, что обычное стекло передает внешнему 90 единиц тепла, а низкоэмиссионное только три единицы.

Рассмотрим особенности применения низкоэмиссионных покрытий в двухкамерных стеклопакетах и в чем различия от однокамерных. Очевидно, что в двухкамерном стеклопакете принципиальным отличием является наличие среднего стекла. Отсюда вытекают два правила для использования низкоэмиссионных покрытий в двухкамерных стеклопакетах.

1. 1Сколько камер в стеклопакетах – столько и должно быть покрытий
2. 2Для наилучшего эффекта необходимо чтобы покрытия находились в разных камерах

Для достижения лучших показателей теплотехники оптимально устанавливать покрытия в двухкамерных стеклопакетах в позициях 2 и 5.

Сопротивление теплопередачи сильно зависит от ширины дистанционных рамок в стеклопакете. Эта зависимость обусловлена наличием конвекции внутри камер стеклопакета.

Сопротивление теплопередачи уменьшается, когда:

1. 1Увеличивается ширина дистанционной рамки
2. 2Увеличивается разница температур внутри и снаружи стеклопакета. Для разных регионов страны разница температур существенно отличается

Конвекция в одном и том же стеклопакете с одной и той же формулой при разных температурных границах работает совершенно по-разному. Именно поэтому сразу рассчитать по формуле коэффициент сопротивления теплопередаче из коэффициента теплопередачи не получится. Нужно будет или рассчитывать коэффициент сопротивления теплопередаче напрямую или предварительно рассчитывать коэффициент теплопередачи для наших условий.

Рассмотрим по данным графика как меняется сопротивление теплопередаче при использовании аргона и увеличении ширины дистанционной рамки. При увеличении ширины дистанционной рамки до 16 мм. сопротивление теплопередаче растёт, а после 16 мм. начинает уменьшаться. Это происходит из-за увеличения конвекции внутри камеры стеклопакета при слишком широкой рамке. Перелом показаний сопротивления теплопередаче при европейских температурных условиях с использованием аргона происходит при ширине дистанционной рамки в 16 мм., а при российских (минус 20 градусов Цельсия) уже при ширине 12 мм. По графику наглядно видно, как различаются показатели сопротивления теплопередаче при наличии воздуха и аргона внутри камер стеклопакета в европейских и Российских климатических условиях.

Аргон газ инертный и имеет вдвое меньшую удельную теплоемкость чем воздух. Это означает:

• Чем больше разница температур или ширина дистанционной рамки – тем интенсивнее конвекция
• Чем интенсивнее конвекция – тем больший выигрыш дает аргон
• Дополнительно стоит отметить что аргон сравнительно очень дешевый

Приведенное сопротивление теплопередаче

Все, что мы рассматривали ранее относится к центральной зоне стеклопакета. Для краевой зоны большое влияние оказывают множество дополнительных факторов таких как дистанционная рамка, сопряжение с профильной системой и многое другое. Граница между центральной и краевой зоной расположена в 100 мм. от боковых краев, верхнего края стеклопакета и в 150 мм. от нижнего края стеклопакета.

Оконный проем с точки зрения теплотехники состоит из трех частей:

1. 1Профильная часть стеклопакета
2. 2Краевая часть стеклопакета
3. 3Центральная часть стеклопакета

Все данные части имеют разные коэффициенты сопротивления теплопередаче. Приведенное сопротивление теплопередаче состоит из сопротивлений теплопередаче этих разнородных частей стеклопакета и учитывает площади данных частей.

У стандартного оконного стеклопакета очень большая краевая зона. Именно поэтому чем меньше площадь стеклопакета, тем приведенное сопротивление теплопередаче ближе по значению к сопротивлению теплопередаче краевой зоны.

Все стекольные компании рассчитывают теплотехнику стеклопакета только в центральной зоне поскольку они не знают какая будет дистанционная рамка, размеры стеклопакета и соответственно соотношение площадей краевой и центральной частей. Стеклопакет с одной и той же формулой, но разного размера будет иметь разные значения приведенных сопротивлений теплопередаче.

Дистанционные рамки

Напоследок рассмотрим влияние дистанционных рамок на теплотехнику стеклопакета. Существуют алюминиевые дистанционные рамки и композитные дистанционные рамки из пластика с алюминиевым слоем для лучшей адгезии. Наглядно видим, что алюминиевая рамка в стеклопакете по сути является мостиком холода между двумя стеклами и через нее уходит много тепла.

Чем больше у стеклопакета коэффициент сопротивления теплопередаче, тем более высокая температура около стеклопакета внутри и тем более комфортнее около него находиться.