ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ НИЗКОЭМИССИОННОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ

Актуальность:

Традиционные стеклопакеты — это практичное и универсальное решение для различных зданий и сооружений, однако они не могут обеспечить достаточную степень теплозащиты, в результате чего в строительстве начали применять энергоэффективное низкоэмиссионное остекление, которое представляет собой стекло с тонкоплёночным покрытием, направленным на снижение теплопотерь и повышение энергоэффективности зданий.

С учетом российских климатических условий применение данной технологии является особенно актуальным, так как в зимнее время года в северо-западном ФО температура воздуха может опускаться до -31 °С в соответствии с СП 131.13330.2020 «строительная климатология» [1]. Низкоэмиссионное стекло особенно следует использовать в зданиях, в которых значительная площадь фасадов является остеклением. Такое решение позволяет существенно сократить теплопередачу через фасадные конструкции и оптимизировать микроклимат в помещениях, уменьшая расход энергии на отопление и кондиционирование. Это помогает создать комфортные условия для пользователей зданий.

Цель исследования:

Выполнить расчет энергосбережения при использовании энергоэффективного низкоэмиссионного остекления, относительно обычного стеклопакета, в здании, расположенном в городе Санкт-Петербург, а также обосновать его преимущество с точки зрения повышения энергоэффективности зданий.

Задачи исследования:

1. Рассмотреть конструкцию и принцип работы энергоэффективного низкоэмиссионного остекления и изучить влияние на теплопотери;
2. Сравнить коэффициенты теплопередачи обычного и низкоэмиссионного остекления;
3. Произвести расчёт с учётом данных по климатическим условиям в Санкт-Петербурге, взятых из СП 131.13330.2020 «строительная климатология»;
4. Проанализировать полученные данные и сделать вывод о более высокой энергоэффективности низкоэмиссионного стекла.

Низкоэмиссионное остекление представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из стеклопакета из двух и более стёкол, между которыми есть воздушная камера, дистанционной рамки и уплотнительного слоя. На поверхность одного из стёкол наносится низкоэмиссионное покрытие, являющееся специальным слоем металлов, обычно это оксид серебра или оксид олова. Это покрытие отражает инфракрасное излучение, пропуская при этом видимый свет. [2]

Рисунок 1. Конструкция стекла

Так же существует два вида низкоэмиссионных покрытий: пиролитическое (К-стекло) и магнетронное (I-стекло). Пиролитическое наносится в процессе производства стекла при высокой температуре (около 600 °С) [3], и является прочным и твердым. K-стекло улучшает теплоизоляцию, существенно сокращает потери тепла, снижает затраты на отопление [7].  Магнетронное, в отличие от пиролитического, наносится на готовое стекло в вакууме при низкой температуре. Оно используется внутри стеклопакета для защиты от механических повреждений и окисления, однако оно чувствительно к повреждениям. Если сравнивать энергосберегающее характеристики, у магнетронного покрытия они более высокие [3].

Низкоэмиссионное остекление работает на основе физических свойств теплового излучения и оптических характеристик материалов. Основной задачей является регулировать теплопередачу и микроклимат в помещении.

Описание принципа работы остекления в холодное время года: в помещении находятся отопительные приборы, освещение и люди, которые излучают тепло. Тепловое излучение, соответственно, стремятся выходить наружу через остекление. Низкоэмиссионное покрытие не позволяет этому теплу уходить, благодаря тому что оно отражает это тепло обратно в помещение [5].

Летом в тёплое время года, когда необходимо предотвратить нагрев помещения, принцип работы следующий: солнечные лучи включают в себя видимый свет и инфракрасное излучение. Низкоэмиссионное покрытие частично отражает и поглощает инфракрасные волны, снижая перегрев внутри помещения, при этом видимый свет свободно проникает внутрь, обеспечивая естественное освещение [5].

Рисунок 2. Принцип работы низкоэмиссионного остекления в зимнее и летнее время [6]

В результате всего вышеперечисленного зимой дольше сохраняется тепло, что позволяет тратить как можно меньше энергии на отопление помещения, а летом внутри здания поддерживается комфортная температура, что снижает затраты на кондиционирование. В этом и заключается повышение энергоэффективности зданий.

Также одно из важных преимуществ низкоэмиссионного энергоэффективного остекления это снижение уровня ультрафиолетового излучения, из-за которого выцветает мебель и другие предметы, а также способствует старению поверхностей. При этом у стекла высокая светопропускная способность [7].

После рассмотрения принципа работы и конструкции остекления преступим к расчету энергосбережения для остекления, площадью 20 м², и анализу полученных результатов.

Исходные данные:

• Продолжительность отопительного периода, сут, - 211 суток
• Средняя температура наружного воздуха за этот период, °С - -1,2 с
• Температура внутреннего воздуха, °С - +20 °С
• Площадь остекления - 20 м²

Коэффициент теплопередачи (U-фактор):

• U₁ — обычное однослойное стекло - 5,8 Вт/м²·°С
• U₂ — низкоэмиссионный двойной стеклопакет - 1,1 Вт/м²·°С

Все климатические данные взяты из СП 131.13330.2020 «строительная климатология» для города Санкт-Петербург из таблицы «климатические параметры холодного периода года» [1]. Температура внутреннего воздуха принята по СП 60.13330.2020 «СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» [10]. Коэффициенты U₁ и U₂ взяты из источников [8], [4], посчитаны в соответствии с ГОСТ EN 673-2016 «Стекло и изделия из него. Методы определения тепловых характеристик» [9].

Расчёт энергосбережения будет производится по формуле:

                                                                                        (1)

Где:

Q - теплопотери, 

U - коэффициент теплопередачи, 

A - площадь, м²,

∆T - температурная разность,°С,

t - время, ч

Расчёт:

1. Находим разность температур ∆T:

∆T=T₁-T₂                                                                                     (2)

∆T=20-(-1,2)=21,2 °с                                                                               

2. Переводим время, данное нам в сутках, в часы:

t=211∙24=5064 ч                                                                                 

3. Рассчитаем Q для обычного стекла по формуле (1):

4. Рассчитаем так же и Q для низкоэмиссионного стекла по той же формуле:

5. Рассчитаем ∆Q:

∆Q=Q₁-Q₂                                                                                     (4)

По расчётам экономия тепловой энергии за отопительный период составляет 10091,6 кВт/ч

Переходя к выводам, следует отметить, что низкоэмиссионное энергосберегающее стекло позволяет снизить теплопотери через фасады здания примерно на 80% по сравнению с обычным остеклением, что значительно позволяет экономить энергию и денежные средства на её расход.

Особенно такой вид остекления будет очень актуален для зданий со стеклянными фасадами в регионах, где чаще всего умеренный или холодный климат, так как в таких условиях требования к энергоэффективности и энергосбережению значительно выше, чем в тёплых областях.