СОПРОТИВЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЮ или про тайну за семью печатями

Вспомнился старый анекдот… Штирлиц подошел к окну. Из окна дуло. Штирлиц  задернул штору – дуло исчезло!  
К большому нашему сожалению, простым задергиванием шторы в большинстве светопрозрачных ограждающих конструкциях (далее СПОК) дуло (не в смысле ствола) ну, никак не исчезнет. Как дуло, так и будет дуть.
Так давайте, не вдаваясь в глубокие подробности, простыми арифметическими и немножко физическими усилиями попытаемся разобраться – а что же там за дуло, и что сделать, чтобы не дуло?

 

Сразу хотим предупредить, что в большинстве случаев мы будем прибегать к помощи системных источников информации (чтобы нас не обвинили в отсебятине), и, в большей степени, этим источником будет книга апологета теплотехнических исследований строительных конструкций К.Ф. Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий».
Но сначала  постараемся не заблудиться в двух соснах терминов, определяющих теплотехнические характеристики конструкций и материалов, используемых для СПОК.

«Первая сосна». Самая известная и загадочная. Имя ее сопротивление теплопередаче. Как в детстве нас пугали различными чудовищами, так сегодня всех клиентов (и корпоративных и частных т.е. В2В и В2С), желающих определиться с типом и характеристиками СПОК, пугают именно этим термином! Вот маленькое у вас сопротивление теплопередаче! Ну, никак не сопротивляется этой самой теплопередаче! Давайте мы его сделаем большИм или, по крайней мере, бОльшим! И что же делать? Надо ли его срочно делать большИм или бОльшим? А на сколько? И как? И что это увеличение даст в экономическом и эргономическом плане?
Прежде чем выдать сухое определение термина, мы хотим спросить читателя – что он хочет получить в итоге установки хорошей СПОК? Наверняка, большинство читателей скажет следующее – конструкция должна быть эстетична, эргономична и экономична! Т.е. имеем три «Э».
Первые два требования отдадим на растерзание архитекторам и дизайнерам, а вот третьим займемся мы. Чуть отвлечемся от СПОК и приведем пример другого экономического показателя, который волнует большинство читателей, являющихся к примеру автолюбителями, не меньше чем СПОК. А какой расход топлива у вашего  автомобиля на 100 км пути? Большинство назовет достаточно точно и  даже похвастается, что у его автомобиля расход очень умеренный, и это реально сказывается на стоимости эксплуатации автомобиля. Автомобиль экономичный, потому что потребляет мало топлива. Это всем понятно – расход топлива можно пересчитать в деньги  на определенный  отрезок пути. Аналогично, нам бы хотелось понимать – какое количество денег мы теряем через СПОК различного типа и что, в конце концов, нам даст удвоение или утроение значения термина сопротивление теплопередаче.
tayna 2И если у расхода топлива присутствует физический и прямой экономический смысл, то к сожалению, у термина сопротивление теплопередаче ни физического, ни экономического смысла нет. А что же тогда есть? Для начала давайте попробуем заглянуть к нашим европейским соседям. А что измеряют там? О чудо! Ни о каком сопротивление теплопередаче там не слышали и не знают. Для нормального потребителя там предлагают простой термин коэффициент теплопередачи  (коэффициент теплоусвоения) «U-value» (Вт/0С)*м2), который измеряется количеством теплоты, которое будет проходить в течение единицы времени через 1 м2 ограждения при разности температур воздуха с одной и с другой его стороны, равной 1 °С. Т.е. это очень похоже на расход топлива в автомобиле. С ним все понятно. Стоимость теплоты мы знаем (платим либо за киловаты, либо за гигакалории, как и за бензин), поэтому, при необходимости можем без особых проблем посчитать, сколько денег в прямом смысле на отопление зимой или охлаждение летом улицы вылетает через наши СПОК.
Перефразируем известную фразу:  Имя твое неизвестно, термин твой беспонятен.
Мы действительно не знаем имя того человека, который взял понятный показатель (коэффициент теплопередачи) и превратил его в сопротивление теплопередаче, назвав его именем «R». И сделал он это простым, но не совсем понятным для потребителя способом: взял обратную величину от коэффициента теплопередачи, т.е. R=1/U. Таким образом, единицей измерения R будет м2*0С/Вт.  Вроде бы  ничего сложного?  Но призовем в помощь алгебру (9 класс средней школы) и посмотрим на функцию  R=1/U (график - гипербола). Хорошо видно, что зависимость U и R  нелинейная, при значениях  U стремящихся к  нулю, R стремится к бесконечности. Так где же тот уровень разумной достаточности, когда есть смысл бороться за увеличение значения сопротивления теплопередаче?
Посмотрим на график зависимости удельного теплового потока «Q» (Вт/м2) за час через СПОК от величины сопротивления теплопередаче (м2*0С/Вт).  Мы видим, что при увеличении сопротивления теплопередаче от 0,25 до 0,5 идет резкое снижение теплопотерь через СПОК.
А при дальнейшем увеличении значения сопротивления теплопередаче, экономический эфффект от снижения  прямых теплопотерь уже не столь выражен, а при значениях сопротивления теплопередаче больше чем 2 м2*0С(К)/Вт, уровень вложений в СПОК для достижения такого значения (а это уже 3-х камерный стеклопакет) не сможет обеспечить экономическую целесообразность, поскольку срок окупаемости таких вложений от экономии теплопотерь СПОК будет измеряться десятками  лет.  Вы спросите – а почему тогда для остальных ограждающих конструкций значение сопротивления теплопередаче принимаются не менее 3, а то и 5 м2*0С/Вт. Ответ прост. Достижение таких значений сопротивления теплопередаче для непрозрачных элементов (стен и перекрытий) достигается относительно простыми и недорогими способами, и эти конструкции занимают значительно бОльщую площадь, чем СПОК.
tayna 3Для понимания  влияния  значения сопротивления теплопередаче  на фактическое положение дел с теплотехникой СПОК зададим несколько реперных точек.
Обычное стекло (одинарное без стеклопакета):  R= 0,17 м2*0С/Вт.  Потери  составляют порядка 200 Вт/м2  в час через СПОК при перепаде температур улица-помещение в 43 градуса. Обычный однокамерный стеклопакет R= 0,37 м2*0С/Вт. Потери  составляют порядка 120 Вт/ м2. Т.е.  улучшили  значение  сопротивления теплопередаче чуть более чем в 2 раза, сэкономили 80 Вт/м2 в час.
Повышаем сопротивление теплопередаче до уровня R=0,75 м2*0С/Вт (максимум, что можно «выжать» сегодня из однокамерного стеклопакета). Потери составляют порядка 60 Вт/ м2 в час. Т.е. увеличили сопротивление теплопередаче в 2 раза, а потери снизили всего на 25%.
А при увеличении сопротивления теплопередаче еще в 2 раза до уровня R= 1,5 м2*0С/Вт (хороший двухкамерный стеклопакет, который увеличивает стоимость конструкции, как минимум, в полтора раза), потери составляют порядка 38 Вт/м2, т.е. экономия при удвоении значения сопротивления теплопередаче составляет всего 22 Вт/м2 в час. Сравните с первыми показателями экономии – 80 Вт/м2... 60 Вт/м2... и всего 22 Вт/м2. Кому не лень, возьмите в руки калькулятор и посчитайте экономию от такого мероприятия. Добавим немного интриги, но уверены, что результаты расчетов экономии от высоких значений сопротивления теплопередаче в СПОК вас сильно разочаруют.
tayna 4Конечно потребитель хочет узнать очень важную информацию. А при каком значении сопротивления теплопередаче он будет защищен от такого неприятного явления, как конденсат (запотевание) на стекле?  Хотим сообщить, что при максимальном  уровне влажности до 60% (бани и сауны не берем в расчет) для отсутствия конденсата при перепаде температур улица-помещение  в 43 градуса (так требуют нормативы), т.е мороз за окном -20 а у нас 23 градуса в помещении, сопротивление теплопередаче дожно быть не ниже значения 0,66 м2*0С/Вт.
Для выяснения этого значения мы воспользовались формулой и онлайн калькулятором (http://vbokna.ru/kalkulyatory/tochka-rosy):
R опр = (Твне - Твну) / ((Тр - Твну)* αint)
где:
Тр – расчетная температура точки росы;
Твсс – температура внутреннего стекла стеклопакета, °С;
Твну - средняя температура внутреннего воздуха помещения, °С;
Твне - температура наружного воздуха в холодный период года, °С;
R опр – сопротивление теплопередаче стеклопакета, м2°С/Вт;
αint = 8 – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/( м2°С), принимаемый  по ДБН В-2.6-31-2006 приложение Е. Результат онлайн  расчета  приведен  на рисунке.
Таким образом, для отсутствия запотевания или образования конденсата при достаточно критичных уровнях разницы температур достаточно однокамерного или двухкамерного стеклопакета со значением сопротивления теплопередаче не более 0,7  м2*0С/Вт. А прямые потери через такую СПОК будут в районе 70 Вт/м2. Зная площадь СПОК, уже без труда можно посчитать уровень затрат на компенсацию потерь СПОК в самые критические периоды температурных перепадов.
Нельзя не отметить тот факт, что европейские нормы принимают в расчет перепад температур улица-помещение всего в 15 градусов (а у нас 43 градуса!). И, как говорят в Одессе, это две большие разницы! Поэтому, применение значений коэффициента теплопередачи, указанных в европейских сертификатах для сравнительной оценки тепловых характеристик СПОК, производимых в нашей стране является некорректным.

Пора переходить ко «второй сосне». Солнечный фактор.
И если первая сосна нас защищала от холода, то постараемся с помощью второй сосны  спастись от жары. Все же следует отметить, что климат у нас континентальный, и летом бывают достаточно высокие температуры, которые не так критичны, как мороз (ошпаренных намного меньше чем обмороженных), но для обеспечения комфортности пребывания в помещении мы используем системы кондиционирования, а им в помощь – специальные рефлекторные виды стекол, которые значительно снижают количество тепловой энергии Солнца, попадающего в наши помещения через СПОК.  
Спросите у любого специалиста в области климатических технологий и он скажет, что  стоимость охлаждения на 1 градус в два раза дороже, чем стоимость нагрева того же помещения на 1 градус.
Постараемся разобраться в этой проблеме:  
Возьмем за основу карту солнечной радиации СССР. За 27 лет с момента распада СССР  мы считаем, что на Солнце не многое поменялось.
tayna 5Как следует из карты – Украина  находится  в зоне получения, приблизительно, 100 килокалорий на  1 кв.см в год при условии падения лучей под углом 80-90 градусов к поверхности Земли. Пересчитаем  площадь 1 кв.м  в квадратные сантиметры  и получим значение 10 000 кв.см. Суммарное количество солнечной радиации полученной в год на 1 кв.м равно 10 000 000 калорий или 10 000 мегакалорий, что в пересчете (1мКал= 1,16 кВт) дает 8600 кВт.
Летом количество солнечной радиации больше чем зимой на 25%. Т.е. можно принять, что летом количество солнечной радиации на 1 кв. м будет 3,75 кВт. С учетом того, что максимальная активность солнца принята с 10 до 16 часов летом, то удельное поступление солнечной радиации будет в пределах 600-800 Вт/час (мин-макс) на 1 кв.м.
Введем понижающий коэффициент на стандартные теплотехнические свойства стеклопакета без защиты от солнечной энергии – 1,15 (15%) и коэффициент непрямого попадания солнечных лучей 1,3. Общее снижение уровня тепловой энергии составит 1,5 раза.
Итого, максимальное количество солнечной радиации будет не в пределах 500-550 Вт/час проникающей через 1 кв.м СПОК в самый жаркий солнечный день, но для ее компенсации потребуется, как минимум, в два раза больше энергии на кондиционирование помещения.
С помощью современных энергоэффективных стекол возможно снижение уровня проникающей через СПОК солнечной радиации в 4 раза (солнечный фактор SF =0,25), что в конечном итоге  приведет к проникновению в помещение солнечной энергии через СПОК всего 130-140 Вт/ м2  вместо  500 Вт/час .
Если  ваши СПОК имеют прямое попадание  солнечной энергии, рекомендуем в состав стеклопакета включать наружное стекло с хорошими рефлекторными свойствами, еще лучше мультифункциональное стекло, которое уберет солнечное тепло летом, и pik grupp kontaktyзначительно улучшит тепловые характеристики стеклопакета в холодное время года.
Мы постарались изложить в достаточно сжатой форме основные принципы, влияющие на выбор  СПОК и надеемся, что с помощью обычного калькулятора и простых формул, потребители смогут оценить эффективность вложений в различные виды светопрозрачных конструкций и сочетать в них все три «Э». Напомним их – Эстетичность, Эргономичность и Экономичность. Пусть в ваших домах будет светло, тепло и уютно!


Понравилась статья? Подпишитесь на рассылку:

Вход / Регистрация