Файл: K_5.doc

Рис. 5.6. Пропускальність різних видів скла за дії сонячного випромінення

Як виглядає енергетично оптимальне оскління:

• має рухливий протисонячний захист (жалюзі);

• потрійно засклене (тобто з трьома шибками) з доброю теплоізоляцією і добре освітлене (зовнішня шибка може бути теплопоглинальною);

• має на внутрішній шибці протитепловий захист, який забезпечує зменшення тепловтрат зимою (особливо в нічну пору), а також достатню пропускальність видимого світла, так що не треба передчасно вживати електричного освітлення;

• коефіцієнт оскління фасадів південної орієнтації є значним (40 - 60 %), тобто таким, щоб зимою вікна виконували функції сонячних колекторів (ефект парника) і одночасно забезпечували освітлення приміщення денним світлом.

Згідно з рекомендаціями [17] можна, при обрахуванні річного споживання теплоти на обігрівання, наближено приймати вікна з подвійними шибками зі звичайного скла. В цьому випадку рівноважний коефіцієнт теплопередачі віконного блока приблизно рівний

, Вт/(м²·K) . (5.29)

Величину ще називають коефіцієнтом використання енергії сонячного випромінення. Цей коефіцієнт для розсіяного випромінення, незалежно від скерування (орієнтації) в просторі, є найменшим, тобто .

Приклад 5.4. Віконний блок з подвійними шибками зі звичайного скла, K_F = 2,0 Вт/(м²·K). Згідно табл. 5.12 g_пр = 0,8.

Тоді

K_ек.F = K_F – g_пр· S_F = 2,0 – 0,8 · 1 = 1,2 Вт/(м² · К).

Очевидно, що ощадність теплоти для обігрівання, за безпосереднього проникання прямого сонячного випромінення, є ще вища. Згідно [17] величина (в житловому будівництві):

- за північної орієнтації: ;

- за західної і східної орієнтації: ;

- за південної орієнтації: .

Приклад 5.5. Віконний блок з потрійними шибками зі звичайного скла, K_F = 2,0 Вт/(м²·К) скерований на захід, або на схід (S_F = 1,7).

Тоді

K_ек.F = K_F – g_пр · S_F = 2,0 – 0,8 · 1,7 = 0,64 Вт/(м² · К).

З погляду на бажану літом теплову ізоляцію будинків з СВ (СК) вимагається, згідно рекомендацій про теплову ізоляцію, щоби в залежності від поверхні вікон сповнювалась така залежність:

,

де - частка поверхні вікон в загальній поверхні фасаду, через яку передається теплота (коефіцієнт оскління фасаду); – зменшувальний коефіцієнт, який враховує протисонячний захист.

Для будинків без вентиляційного обладнання в DIN 4108 Т2 (08.81) [15] рекомендована ще менша величина , тобто:

.

Менша з цих величин стосується легких, а більша – масивніших зовнішніх огорож. В житлових будинках, в яких існує можливість інтенсивного нічного провітрювання, можна прийняти більші величини (до 0,25 за масивних зовнішніх огорож).

Величина в будинках з СВ (СК) має односторонній зв’язок з енергією, що споживається на охолодження. В сучасних системах СВ (СК) (системи зі змінною об’ємною витратою повітря) споживання повної енергії (на охолодження, обігрівання і освітлення) значно зростає при менших значеннях , тоді коли такого зростання не спостерігається при величинах [18], див. рис. 5.7.

---

Рис. 5.7. Річне споживання енергії в офісному приміщенні (бюро) з СВ (СК),

в залежності від величини g_F · f, при різних варіантах протисонячного захисту вікон літом

• Протисонячні шибки (скла) [19]

Протисонячні скла шибок зменшують кількість теплоти сонячного випромінення, що передається через них в приміщення, за рахунок вбирання (поглинання) або відбиття променів.

Поглинальні шибки вміщують певну кількість металевих домішків, які спричиняють вбирання (поглинання) сонячного довгохвильового проміння в діапазоні довжин > 0,7 мкм (див. рис. 5.6). Їх коефіцієнт пропускальності b, згідно табл. 5.11, змінюється значно для різних шибок і рівний в середньому 0,6 …0,7. Температура цього скла зростає до 40 - 50 ^оС, з причини чого шибки з цього скла (в порівнянні з іншими видами скла) віддають значно більше теплоти конвекцією і випроміненням. Тому такі шибки повинні охолоджуватись через провітрювання (контактувати з зовнішнім повітрям). Вбирне (поглинальне) скло є завжди легко забарвленим, найчастіше зеленкуватим або чорнуватим.

Відбивне скло характеризується тим, що відбиває частково сонячне проміння за допомогою плівки (фольги), яка пропускає світлові промені.

Ці плівки утворюють:

• напилені метали, переважно золото, з товщиною шару ≈ 0,015 мкм (рис.5.8); ця плівка не є відпорною до стирання, тому її належить розміщувати на внутрішній поверхні спарених шибок; характеризується легким забарвленням, є дорогою, спричиняє дзеркальне відбиття на зовнішній стороні;

• плівки з поліестеру, або з металевого напилення; належить їх розміщувати на внутрішній поверхні віконних шибок, не є відпірні до стирання;

• плівки діелектричні – завдяки оптичній інтерференції вони спричиняють збільшене відбиття променів; йдеться тут про тонкі металеві плівки, з яких твориться на шибках свого роду фільм; ці плівки не є відпірні до стирання.

Відбивні скла мають різний коефіцієнт пропускальності b; його величина 0,30 … 0,65 (табл. 5.11) і відноситься до проміння, яке проникло через шибку і до відданої нею конвективної теплоти.

Н алежить пам’ятати, що не можна спричиняти значного зменшення пропускальності видимого світла. Інакше за наявності шибок з таким склом буде значно темніше, ніж за шибок зі звичайного скла. Найкориснішими є такі шибки, для яких коефіцієнт пропускальності видимого світла є, по можливості, найбільшим, а натомість коефіцієнт пропускальності теплового проміння якомога найменшим (див.рис. 5.8). Беручи до уваги річне споживання енергії, включно з енергією спожитою на освітлення, протисонячні скла є некорисними (рис. 5.9).

Коефіцієнт пропускання повної сонячної енергії

Р
ис. 5.8. Коефіцієнти пропускальності світлового проміння і повної сонячної енергії для 7 різних відбивних рефлективних шибок з різного скла (найкорисніші шибки зі скла № 6 і № 2)

---

Шибки з протисонячного скла застосовують щораз рідше. Це спричинено:

- більшим часом використання штучного освітлення у порівнянні зі звичайним склом;

- гіршим протисонячним захистом, у порівнянні з рухливими жалюзі;

- зменшеними теплонадходженнями від сонячного випромінення зимою.

Рис.5.9. Характеристичні витрати енергії для офісного (службового) приміщення

з СВ (СК), у залежності від частки поверхні скла у віконних шибках за різних видів протисонячного захисту (включно з освітленням):

g_пр – коефіцієнт пропускальності повного сонячного випромінення (табл.5.12);

b – коефіцієнт пропускальності сонячного світлового проміння (табл. 5.11)

Ізоляційне оскління складається з 2-х, винятково з 3-х поєднаних шибок з проміжком між ними 6 мм або 12 мм, які утворюють ущільнену конструкцію. Воно не забезпечує протисонячного захисту. В цьому випадку застосовують додатково рухливий протисонячний захист. Таке розв’язання є оптимальним з енергетичного погляду (див. рис. 5.8).

• Протисонячне оснащення (пристрої)

Заощаджувати енергію, яка споживається для охолодження приміщення, можна через застосування протисонячного оснащення (обладнання) [20], яке створює затінення і, відповідно, перешкоджає безпосередньому проникненню прямого сонячного проміння в приміщення. Найкориснішими є зовнішньовіконні жалюзі, однак вони шумливі під впливом вітру, вимагають частих ремонтів. Цих недоліків можна уникнути, застосувавши жалюзі між віконними шибками з вентилюванням цього простору. Інколи застосовують потрійні віконні шибки. Це дороге розв’язання, але оптимальне як літом, так і зимою, якщо брати до уваги споживання енергії і тепловий комфорт, який забезпечується СВ (СК).

Якщо в приміщенні передбачаються тільки СВ, то корисними є вікна, які відкриваються.

Вертикальні жалюзі є ефективнішими за горизонтальні.

У випадку вікон з заслонами або жалюзі зі сторони приміщення їх ефективність є тим кращою, чим більшим є коефіцієнт відбиття сонячного проміння матеріялом заслонів. Визначені наступні величини коефіцієнта відбиття r для металевих жалюзі:

• з алюмінію, колір білий, r = 77 %;

• тканинні, покриті плівкою білого кольору, r = 75 %;

• з алюмінію, колір слонової кості, r = 69 %;

• з алюмінію, колір чорний, r = 44 %.

У випадку вбирного (поглинального) скла не доцільно застосовувати внутрішні жалюзі; інакше в разі їх застосування шибки були б дуже гарячі.

Скляні пустотні блоки мають, подібно як і стіни, властивість значного акумулювання теплоти.

Середні величини коефіцієнта пропускальності сонячного проміння b для різних видів скла і протисонячного захисту наведені в табл. 5.11.

Таблиця 5.13

Висота сонця h і азимут сонця α_о

Час сонячний, год.	22.02 і 23.10		23.03 і 24.09		20.04 і 24.08		21.05 і 23.07		21.06		Час сонячний, год.
	h	αo	h	αo	h	αo	h	αo	h	αo
6	-	-	-	-	9	97	15	103	18	106	18
7	1	71	10	78	18	86	25	92	27	85	17
8	9	59	19	66	28	74	34	80	37	83	16
9	17	46	27	53	37	60	44	66	46	70	15
10	23	32	34	37	44	43	52	49	55	52	14
11	27	17	38	19	50	23	58	27	61	29	13
12	29	0	40	0	51	0	60	0	63	0	12

---

Докладне встановлення рівня теплової ізоляційності вікон є дуже затрудненим, тому що між шибкою і протисонячним захистом має місце взаємовплив, який залежить від багатьох крайових умов, наприклад, температури назовні будинку, температури в приміщенні, кута падіння сонячного проміння тощо. Для цього найчастіше користуються певними рекомендаціями (див. табл. 5.13). Приклад теплового балансу вікна з одинарною шибкою з металевими жалюзі, що розміщені зі сторони приміщення, зображений на рис. 5.10.

Рис.5.10. Тепловий баланс освітленого сонцем вікна з одинарною шибкою,

перекритого повністю металевим жалюзі від сторони приміщення

• Затінення вікон

Певного зменшення проникання сонячного випромінення в приміщення можна досягнути завдяки застосуванню віддалених (відсунутих) від фасаду шибок, або протисонячних дашків над вікнами чи збоку від них. Для обрахування затінення, які ці дашки створюють, потрібно знати певні величини (рис. 5.12):

- орієнтацію нормальну до стіни південного скерування, тобто так званий азимут стіни α _w (рис. 5.11);

- висоту сонця – з табл. 5.13;

- азимут сонця – з табл. 5.13;

- азимутальний кут _.

Приклад 5.6. Яка величина затінення вікна, зорієнтованого на південь 21 червня о 14.00 год., втопленого у фасад будинку на d = 0,2 м, α _о = 52 ^о , h = 55 ^о (табл. 5.13) і α _w = 0 ^o ( рис. 5.11), β = α _о ± α _w = 52 ± 0 = 52 ^o.

Розв’язування.

З рис. 5.12: S₁ = 1,3 і S₂ = 2,4.

Відповідно до цього довжина затінення:

бічного S₁· d = 1,3 · 0,2 = 0,26 м;

верхнього S₂· d = 2,4 · 0,2 = 0,48 м.

Рис. 5.11. Затінення вікон дашками або виступами фасадів будинку

чи іншими будинками

Рис. 5.12. Графічні залежності для визначення коефіцієнтів затінення S₁

бічних виступів (дашків) і S₂ виступів (дашків) над вікном (викреслювання затінення) [9]

Використавши рекомендації, подані на рис. 5.11 і рис. 5.12, можна знайти величину затіненої поверхні вікон.

Приклад 5.6. Яка величина затінення вікна, зорієнтованого на південь 21 червня о 14.00 год., втопленого у фасад будинку на d = 0,2 м, α _о = 52 ^о , h = 55 ^о (табл. 5.13) і α _w = 0 ^o ( рис. 5.11), β = α _о ± α _w = 52 ± 0 = 52 ^o.

Розв’язування.

З рис. 5.12: S₁ = 1,3 і S₂ = 2,4.

Відповідно до цього довжина затінення:

бічного S₁· d = 1,3 · 0,2 = 0,26 м;

верхнього S₂· d = 2,4 · 0,2 = 0,48 м.

Теплота сонячного випромінення, яка проникає в приміщення через його світлонепрозорі огорожі Q_w

Тут йдеться про тепловий потік, який проникає в приміщенння ззовні через стіни і покрівлі (дахи) або горищні перекриття.

Величину Q_w можна визначити за формулою

, Вт (5.30)

де – коефіцієнт теплопередачі через зовнішню огорожу, Вт/(м²·^оК); – площа поверхні зовнішньої огорожі, через яку в приміщення проникає тепловий потік, м²; – температура зовнішнього повітря, ^оС; - середня температура внутрішнього повітря, ^оС.

На підставі цього рівняння можна розрахувати проникання теплоти через внутрішні стіни приміщення, якщо температуру в сусідніх приміщеннях і в грунті прийняти, наприклад, за даними табл. 5.14.

---

Таблиця 5.14

Температура повітря в прилеглих приміщеннях (за відсутності в них СК),

і грунту влітку, згідно VDI 2078 (08.77) [ 21 ]

	0С
Необбудовані горища (стрихи), в залежності від конструкції і інтенсивності їх провітрювання	40 ... 50
Оббудовані горища (стрихи)	35
Інші сусідні приміщення	30, або ( )
Грунт	20
Простір між винесеним назовні додатковим засклінням і стіною чи вікном (схема Тромба-Мішеля)	35 ... 45

Заувага. – розрахункова температура зовнішнього повітря за параметрами категорії “А”.

• Сонячна температура зовнішнього повітря

З метою більш точного врахування дії сонячного випромінення на зовнішню огорожу приміщення приймається нова температура в безпосередній близкості від огорожі, так звана сонячна температура повітря t_s. Під нею розуміють таку гіпотетичну температуру повітря назовні огорожі, при якій проникання теплоти через затінену огорожу було б таким самим, як і через освітлену огорожу за однакової температури зовнішнього повітря. Якщо тепловий потік на огорожу від сонячного випромінення був сталим, то проникання теплоти через неї визначається за формулою

, Вт/м² (5.31)

де – показник теплосприйняття огорожі, ; – повний тепловий потік сонячного випромінення, який діє на огорожу відповідної орієнтації, Вт/м²; – середня температура атмосферного (зовнішнього) повітря, ⁰С; – температура на поверхні зовнішньої огорожі (стіни, покрівлі), ⁰С; – коефіцієнт теплосприйняття зовнішньої поверхні огорожі (стіни, покрівлі), Вт/(м²·K).

Рис.5.13. Повний тепловий потік сонячного випромінення, який діє на поверхні огорож різної орієнтації в липні на 50⁰ північної географічної широти при показнику захмарення

Т = 4 (атмосфера великого міста), згідно DIN 4710 (11.82)

Якщо сонячну температуру повітря записати у вигляді

, ⁰С (5.32)

то формула (5.31) матиме вигляд

, Вт/м² . (5.33)

При , Вт/(м²·K) і потоці загального сонячного випромінення згідно рис. 5.13, отримуємо сонячні температури повітря для різних годин дня і різних сторін географічної орієнтації, які наведені в табл. 5.15.

Таблиця 5.15

Температури навколишнього (зовнішнього) повітря і сонячні температури повітря

для найспекотніших літніх днів за максимальної температури навколишнього повітря t_max= 32 ^oС в Берліні [9]

Час доби, год	Температура зовнішнього повітря tа , oС	Сонячні температури повітря ts , оС
		Дах горизонтальний	Стіна північна	Стіна південна	Стіна східна	Стіна західна
0	21	21	21	21	21	21
2	16	21	16	16	16	16
4	15	21	15	15	15	15
6	16	23	23	19	38	16
8	21	40	21	24	47	21
10	27	58	27	41	44	27
12	31	67	31	49	31	31
14	32	63	32	46	32	49
16	31	50	31	34	31	57
18	29	36	36	29	29	51
20	26	26	26	26	26	26
22	23	23	23	23	23	23
Середня величина	24	38	25	29	30	30

---