Эффективность вентилируемых ограждающих и светопрозрачных конструкцийс активной рекуперацией выходящего теплового потока Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Энергоэффективное строительство

------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Научно-технический и производственный журнал

УДК 699.86

Т.А. АХМЯРОВ, инженер (tagir-a@yandex.ru), В.А. ЛОБАНОВ, инженер, А.В. СПИРИДОНОВ, канд. техн. наук, И.Л. ШУБИН, д-р техн. наук, директор

Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ РААСН) (127238, Москва, Локомотивный проезд, 21)

Эффективность вентилируемых ограждающих и светопрозрачных конструкций с активной рекуперацией выходящего теплового потока

Для оценки эффективности разработанных в соответствии с предложенными авторами новыми принципами проектирования ограждающих и светопрозрачных конструкций с использованием технологий активного энергосбережения, в том числе с активной рекуперацией выходящего теплового потока, в течение 2013-2014 гг. в НИИСФ РААСН были проведены широкомасштабные экспериментальные исследования в климатических камерах института. На основании результатов предварительных исследований, проведенных в 2010-2012 гг., были определены основные параметры нового поколения ограждающих и светопрозрачных конструкций с активной рекуперацией теплового потока. Подтверждена эффективность новых принципов проектирования и принципиальных технических решений энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций зданий на основе механизма активной рекуперации выходящего теплового потока и влаги.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность, вентилируемые светопрозрачные ограждающие конструкции, система «активного» энергосбережения, рекуперация выходящего теплового потока и влаги.

T.A. AKHMYAROV, Engineer ( tagir-a@yandex.ru), V.A. LOBANOV, Engineer, A.V. SPIRIDONOV, Candidate of Sciences (Engineering), I.L. SHUBIN, Doctor of Sciences (Engineering), Director Research Institute for Building Physics (NIISF RAASN) (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation)

Efficiency of Ventilated Envelopes and Fenestration with Active Recuperation of Outlet Heat Flow

To assess the efficiency of new principles of designing envelopes and fenestration with the use of techniques of active energy saving with active recuperation of outlet heat flow proposed by the authors, NIISF RAASN during the 2013-2014 carried out the wide-scale experimental studies in climatic chambers of the institute. On the basis of the results of preliminary studies conducted in 2010-2012 the main parameters of a new generation of envelopes and fenestration with active recuperation of outlet heat flow have been determined. The efficiency of new principles of designing and principal technical solutions for energy efficient ventilated envelopes and fenestration on the basis of the mechanism of active recuperation of outlet heat flow and moisture is confirmed.

Keywords: energy saving, energy efficiency, ventilated envelopes and fenestration, active energy saving system, recuperation of outlet heat flow and moisture.

Для оценки эффективности разработанных в соответствии с предложенными авторами новыми принципами проектирования [1] ограждающих и светопрозрачных конструкций с использованием технологий активного энергосбережения с активной рекуперацией выходящего теплового потока и влаги [2, 3] в течение 2013-2014 гг. в НИИСФ РААСН проведены широкомасштабные экспериментальные исследования в климатических камерах института.

На основании результатов предварительных исследований, проведенных в 2010-2012 гг. [4, 5], были определены основные параметры нового поколения ограждающих (ЭВОК) и светопрозрачных (ЭВСОК) конструкций с активной рекуперацией теплового потока.

Основной целью исследований, представленных в настоящей статье, являлось подтверждение эффективности новых принципов проектирования и принципиальных технических решений энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций зданий на основе механизма активной рекуперации выходящего теплового потока и влаги с использованием турбулентных воздушных потоков наружного воздуха в организованной воздушной прослойке ЭВОК и ЭВСОК, обеспечение специальных граничных условий в этой прослойке, в том числе с применением со-

28| -

временных теплоотражающих экранов. Фактически предлагается заменить традиционные теплоизоляционные материалы мощным теплофизическим процессом, который может работать как в стенах и крышах, так и в светопроз-рачных конструкциях. При этом обеспечивается повышение уровня воздухообмена и комфортности микроклимата помещений в условиях значительного снижения удельного энергопотребления зданий.

Как было показано ранее [1-3], физические процессы, используемые в предложенных авторами ограждающих и светопрозрачных конструкциях, аналогичны. В этой связи для удобства исследований использовались базовая модель и экспериментальный стенд (рис. 1) на основе остекленных деревянных рам с регулируемым расстоянием между стеклами, возможностью дополнительной установки слоев непрозрачных материалов и специальных теплоотражающих экранов (автономных и в виде покрытий), изменяемым направлением воздушного потока из наружного в межстекольное пространство, а также со скоростью и объемом поступающего потока наружного воздуха в широком диапазоне.

Для проведения испытаний был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд со съемными оконными рамами, а также вентиляционная система (вентиляторы,

^^^^^^^^^^^^^ 42015

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

7—:

б 6

7-■

— 12

©

/ /

1 ^—

2u

®

— 3

=4

— 5

©

10

11

13 ®

Рис. 1. Блок-схема модуля, на котором проводились исследования: а — светопрозрачная конструкция; б — вентилируемый фасад: 1 — оконная коробка (дерево); 2 — стекло; 3, 7 — рамные элементы (дерево); 4 — входная щель и распределительное сопло; 5 — до-борные элементы (дерево); 6 — выходная щель и распределительное сопло; 8 — короб из ПВХ размером 55У110мм для входа наружного воздуха; 9 — теплоотражающий экран из алюминиевой фольги; 10 — панель вентилируемого фасада; 11 — короб из ПВХ размером 55х110 мм для выходящего воздуха с вентилятором на торце; 12 — плита утеплителя; 13 — направление движения приточного воздуха

каналы, сопла, расходомеры и т. д.) и измерительная система (оценка тепловых потоков, температур в воздухе и на поверхностях светопропускающего заполнения). Схематически основные варианты экспериментальных стендов приведены на рис. 2.

Испытания ЭВСОК проводились из предположения, что принципиальные решения обеспечения низких уровней теп-лопотерь в светопрозрачных конструкциях могут гарантировать значительное снижение теплопотерь и в непрозрачных ЭВОК (стенах и крышах).

Подробная детализация особенностей первоначальных конструкций экспериментальных стендов приведена ниже:

- экспериментальный стенд № 1 - одно простое стекло М1 в спаренной деревянной раме ОС по ГОСТ 11214-86

«Окна и балконные двери деревянные с двойным остеклением для жилых и общественных зданий. Типы, конструкция и размеры». Воздушный поток направляется снизу, установлены два вентилятора, которые работают на приток и вытяжку. На входе воздушного потока установлено регулируемое распределительное сопло, на выходе - также регулируемое распределительное сопло. В данном варианте экспериментального стенда подача и сбор воздуха происходили из вентиляционных каналов внутренним сечением 58x150 мм, которые были размещены в нижней и верхней частях конструкции. Приток и вытяжка могли меняться местами;

- экспериментальный стенд № 2 - наружное простое стекло М1 и отнесенный на 140 мм однокамерный стекло-пакет 4Их16х4 (внешнее И-стекло с теплоотражающим покрытием, направленным в теплую сторону, внутреннее простое стекло, в межстекольном пространстве - воздух). Два вентилятора установлены для работы на приток и вытяжку с регулируемым расходом воздуха. На входе воздушного потока оборудовано регулируемое распределительное сопло и щель с изменяемой шириной, на выходе воздушного потока также установлено регулируемое распределительное сопло;

- экспериментальный стенд № 3 - наружное простое стекло М1 и отнесенная на 140 мм спаренная рама с двумя простыми стеклами М1. Два вентилятора установлены для работы на приток и вытяжку с изменяемым расходом воздуха. На входе воздушного потока установлены регулируемое распределительное сопло и щель с изменяемой шириной, на выходе воздушного потока также оборудовано регулируемое распределительное сопло. В ряде испытаний использовались стекла с теплоотражающими покрытиями;

- экспериментальный стенд № 4 - наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, а также отнесенная на 140 мм спаренная рама с одним внешним простым стеклом М1. На расстоянии 30 мм от наружного стекла установлен светопрозрачный теплоотра-жающий экран из К-стекла (по бокам щели шириной 30 мм, сверху регулируемое распределительное сопло и щель с изменяемой шириной). Два вентилятора установлены для работы на приток и вытяжку с регулируемым расходом воз-

a

6

2

9

8

8

190 мм

Выход воздуха

г

V 2

©

■■ 7

Ф в

Вход воздуха

| 190 мм

Выход „ воздуха Л

1а/

□

-5 в

140 мм

1

-t

Выход воздуха 1

Л

© е

140 мм

а в7 1

Ш

J

190 мм

№

□с

© ©

[Вход воз- Id I IДуха ь

140 мм

30 мм

190 мм

в

I Выход . I воздуха '

±Ж

Ф е

12 мм

Вход воз-

з-

©

J

Рис. 2. Основные варианты экспериментальных стендов: а — экспериментальный стенд № 1; б — экспериментальный стенд № 2; в — экспериментальный стенд № 3; г — экспериментальный стенд №4; д — экспериментальный стенд № 5: 1 — наружное стекло 780х1300мм (простое стекло или К-стекло, 4мм); 2 — спаренная деревянная рама ОС по ГОСТ 11214—86; 3 — вентиляционные каналы 58х150мм; 4 — вентиляционный короб из ПВХ 55х110мм; 5 — утеплитель 50х58мм; 6 — стеклопакет 4И-16-4; 7 — распределительное сопло; 8 — дополнительный съемный теплоотражающий экран

4'2015

29

д

a

г

5

7

7

7

3

2

4

4

7

4

6

8

6

4

4

7

3

5

5

7

7

7

Энергоэффективное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

духа. На входе воздушного потока установлены регулируемое распределительное сопло и щель с изменяемой шириной, на выходе воздушного потока также оборудовано распределительное сопло;

- экспериментальный стенд № 5 - наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, а также на расстоянии 12 мм от наружного стекла установлен стеклопакет 4Их16х4 (боковые стороны и низ заделаны герметиком, сверху имеется распределительное сопло толщиной 5хмм). Два вентилятора установлены для работы на приток и вытяжку с регулируемым расходом воздуха по приточному и вытяжному расходомеру. На входе воздушного потока установлены регулируемое распределительное сопло и щель с изменяемой шириной, на выходе воздушного потока - регулируемое распределительное сопло.

Всего в ходе экспериментов было исследовано более ста различных ситуаций. В каждом из экспериментальных модулей (рис. 2) была обеспечена возможность установки дополнительных теплоотражающих экранов, изменения расстояния между экранами и светопропускающим заполнением, объема приточного воздуха, размеров распределительных сопел и щелей, а также других параметров испытываемой конструкции.

Испытания были проведены в модернизированной климатической камере ЭК-10 НИИСФ РААСН, позволяющей моделировать процесс активной рекуперации выходящего теплового потока посредством одновременного создания перепада температуры и давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях экспериментального образца, а также специальных условий для активной рекуперации наружным воздухом теплового потока и влаги, выходящих из помещения, за счет использования свойств турбулентных воздушных потоков в воздушной среде и условий для теплоотражения.

Измерения оконного блока проводились в соответствии с ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче». Температурные условия при испытаниях составляли:

- в холодной части климатической камеры -28оС;

- в теплой части климатической камеры +19-20оС.

В исследованиях использовались канальные радиальные вентиляторы 100 VKO VENTS малой мощности (9-14 Вт), расход воздуха в экспериментах изменялся в диапазоне от 56 до 9 м3/ч.

Размеры входных и выходных распределительных сопел могли варьироваться от 0 до 10 мм, ширина входных щелей могла меняться от 3 до 10 мм.

Датчики температуры и теплового потока размещались на поверхностях остекления оконного блока и в межстекольном пространстве по вертикальной и горизонтальной осям в центрах однородных температурных зон. Для получения более полной информации о теплопередаче в ЭВОК и ЭВСОК дополнительно устанавливались датчики температуры внутри конструкции и датчики на наружной поверхности остекления оконного блока, откалиброванные для проведения измерений в зоне отрицательной температуры.

В последующих расчетах энергетической эффективности исследуемой конструкции использовались результаты измерений в областях оконного блока, свободных от влияния краевых эффектов. Результаты измерений в области краевых эффектов использовались при анализе процессов в целом. Для измерения расхода воздуха через ЭВОК и

Рис. 3. Вид экспериментального стенда в НИИСФ с холодной стороны: а — вентилятор и расходомер на выходе (вверху); б — вентилятор на притоке (внизу)

■

Рис. 4. Экспериментальный стенд в НИИСФ (вид с теплой стороны): а — одинарное стекло; б — два стекла и экран из К-стекла на относе в 30 мм

ЭВСОК использовались расходомеры с диаметром входного канала 100 мм.

Для определения общего характера движения воздушного потока устанавливались датчики визуализации потока. Направление воздушных потоков корректировалось соплами, установленными на щелях, а также вентиляторами, установленными на притоке и вытяжке воздушного потока.

Фотографии экспериментального стенда приведены на рис. 3 и 4. В ходе исследований экспериментальные стенды совершенствовались и модернизировались. Установленные в климатической камере вентиляторы моделировали ветровую нагрузку и вытяжную тягу системы вентиляции в здании в целом.

Основными задачами экспериментальных исследований элементов системы «активного» энергосбережения являлись:

- оценка снижения теплопотерь из помещений через ограждающие и светопрозрачные конструкции в различных вариантах исполнения;

- определение наиболее подходящих материалов для использования в новом поколении ограждающих и свето-прозрачных конструкций и их элементах;

- оптимизация расстояний между слоями основных конструкций и специальными теплоотражающими экранами различного исполнения;

- организация оптимизированной продольно-поперечной вентиляции в пространстве между слоями нового поко-

30

42015

Научно-технический и производственный журнал

100

90

80

ja 70

щ

а 60

CD

CD 1= 50

О CD О 40

Ф 1— 30

20

10

0

2 4 6

ления ограждающих и светопрозрачных конструкций;

- разработка эффективного способа подачи наружного воздуха в пространство между наружным ограждающим слоем, экранами и ограждающей конструкцией (в случае со светопроз-рачными конструкциями - в межстекольное пространство);

- разработка способов эффективного использования нагревшегося в пространстве между экранами воздуха с применением современного поколения рекуператоров, в том числе с рекуперацией тепла и влаги вентвыбросов с КПД более 90%.

Как уже отмечалось ранее [1], энергоэффективные вентилируемые ограждающие и светопрозрачные конструкции (ЭВОК и ЭВСОК) невозможно оценивать только по приведенному сопротивлению теплопередаче, так как в процессе эксплуатации они функционируют во внешних условиях, которые изменяются в широком диапазоне. При этом вентилирование и теплосъем в воздушной прослойке непосредственно за внутренней поверхностью внешнего остекления или облицовочной панели осуществляется наружным воздухом в режиме работы приточных устройств системы приточно-вытяжной вентиляции.

Для объективной оценки ЭВОК и ЭВСОК были предложены дополнительно [1] два показателя:

- коэффициент уменьшения плотности выходящего теплового потока (КП при прохождении в центральной зоне ограждающей конструкции (определяет ориентировочно, насколько уменьшается выходящий тепловой поток и соответственно повышаются теплотехнические характеристики модуля ограждающей конструкции):

1

' V

2

v . i

\з л

8

Кп = <7т(ц)Жц);

(1)

- коэффициент рекуперации (возвращения) выходящего теплового потока (Крп), который определяется в процентах от плотности входящего теплового потока:

КВп = (?Т(Д) - ?,(ц)) • 100% / дт(ц),

где дт(ц) и дх(ц) - плотность теплового потока на поверхностях ограждающей конструкции с теплой и холодной стороны (индекс «ц» - в центральной зоне модуля ограждающей конструкции).

Для каждой из испытанных экспериментальных конструкций определялись плотности выходящего теплового потока в различных зонах, а также на всех основных поверхностях.

Свидетельством эффективности предложенного авторами механизма снижения теплопотерь через ограждающие конструкции зданий являются замеры тепловых потоков с холодной стороны экспериментального образца (рис. 5) при выключенном и включенном режимах активной рекуперации выходящего теплового потока.

Испытания, представленные на рис. 5, проводились с использованием одного из вариантов экспериментального стенда (рис. 2, б). При этом, помимо изначального наружного простого стекла М1 и отнесенного на 140 мм от него однокамерного стеклопакета 4Их16х4, в межстекольном

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Номер измерения

Рис. 5. Результаты измерения выходящего теплового потока при выключенном и включенном механизме активной рекуперации. Тепломеры на центральной вертикальной оси ЭВСОК: 1 — вверху; 2 — в центре; 3 — внизу. Тепломеры на центральной горизонтальной оси ЭВСОК: 4 — сбоку

пространстве на относе 64 мм от наружного стекла установлен светопрозрачный экран из К-стекла с теплоотражаю-щим покрытием, обращенным в теплую сторону, а на относе 100 мм от наружного стекла установлен дополнительный светопрозрачный экран из К-стекла с теплоотражающим покрытием, также обращенным в теплую сторону.

На начальном этапе испытаний (измерения 1-10) оба вентилятора (на приток и вытяжку) были отсоединены и убраны из холодильной камеры, на торцы вентиляционных каналов установлены заглушки. Холодильная камера работала до установления стационарного режима. Временной интервал между измерениями составлял 15 мин.

После достижения стационарного режима (без отключения холодильной установки) оперативно установлены и включены оба вентилятора (на приток и вытяжку), которые обеспечивали работу механизма активной рекуперации выходящего теплового потока. На входе воздушного потока оборудовано распределительное сопло толщиной 10 мм и щель 3 мм, а на выходе - распределительное сопло толщиной 10 мм. Вентиляторная стойка в холодной части климатической камеры все время была включена, обеспечивая выполнение требований ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче».

Все остальные измерения (11-40) проводились в условиях функционирования механизма активной рекуперации выходящего теплового потока. На рис. 5 представлены данные измерения выходящего теплового потока с холодной стороны светопрозрачной конструкции в различных областях (сверху, по центру и внизу по центральной вертикальной оси, а также сбоку по центральной горизонтальной оси).

Таким образом, очевидна эффективность влияния предложенного механизма активной рекуперации на величину выходящего теплового потока - в различных областях он снижается (измерения 20-40) в 8-12 раз по сравнению с первоначально установившимся потоком (измерения 2-10).

Результаты исследований наиболее показательных вариантов конструкций ЭВСОК приведены на рис. 6-8.

Вариант 1 (рис. 6) - наружное К-стекло с теплоотра-жающим покрытием, обращенным в теплую сторону, и отнесенная на 140 мм спаренная рама с одним внешним простым стеклом; на расстоянии 30 мм от наружного стекла установлен светопрозрачный теплоотражающий экран из

(2)

Энергоэффективное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

190 мм

пш

ш

б 120

9

140 мм

30 мм

©

100

80

° 60

40

20

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Расстояние от наружного стекла, см

Рис. 6. Схема экспериментального стенда № 4 (а) и результаты экспериментов (б). Экспликация в соответствии с рис. 2.

К-стекла с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону (по бокам щели 30 мм, вверху распределительное сопло 10 мм и щель 5 мм), два вентилятора на приток и вытяжку с расходом 26 м3/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на выходе - распределительное сопло 10 мм. Экран установлен как «стационарное остекление». Вентиляторная стойка включена.

Вариант 2 (рис. 7) - наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, и отнесенная на 140 мм спаренная рама с двумя простыми стеклами; на расстоянии 70 мм от наружного стекла установлен непрозрачный теплоотражающий экран из алюминиевой фольги (по бокам, сверху и внизу экрана оставлены щели); два вентилятора работают на приток и вытяжку с расходом 26 м3/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на

190 мм

к

б 120

100

80

° 60

©

f

140 мм

70 мм

Ф

40

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Расстояние от наружного стекла, см

Рис. 7. Схема экспериментального стенда № 3 (а) и результаты экспериментов (б). Экспликация в соответствии с рис. 2.

выходе - распределительное сопло 10 мм. Вентиляторная стойка выключена.

Вариант 3 (рис. 8) - наружное К-стекло с теплоотража-ющим покрытием, обращенным в теплую сторону, и на расстоянии 140 мм от него спаренная рама с двумя простыми стеклами; на 30 мм от наружного стекла установлен свето-прозрачный теплоотражающий экран из К-стекла (по бокам и внизу экрана щели 30 мм, которые проклеены скотчем, вверху расположено сопло и щель 5 мм); два вентилятора работают на приток и вытяжку с расходом 26 м3/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на выходе - распределительное сопло 10 мм. Вентиляторная стойка включена.

Основные результаты проведенных в 2013-2014 гг. исследований сведены в табл. 1-3.

Анализ исследований нового поколения ограждающих и светопрозрачных конструкций в 2013-2014 гг. (рис. 6-8, табл. 1-3) в климатических камерах НИИСФ РААСН позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Эксперименты подтвердили очень высокую эффективность предложенных авторами [1-3] ограждающих (ЭВОК) и светопрозрачных (ЭВСОК) конструкций. Условное сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций может быть повышено в несколько раз при использовании активной рекуперации выходящего теплового потока.

2. При оптимальном применении ЭВОК и ЭВСОК возможно обеспечить коэффициент рекуперации (возврат обратно в помещение) выходящего теплового потока выше 0,9-0,94, что свидетельствует о практически полном исключении теплопо-терь из помещений через оболочку зданий при последовательном воздействии нескольких эффективных теплоотража-ющих экранов/слоев в зоне действия воздушной завесы.

3. В ходе проведенных исследований для широкого класса ограждающих и светопрозрачных конструкций были установлены оптимальные режимы обеспечения эффективной продольно-поперечной вентиляции воздушной прослойки - определены необходимые скорости потока входящего воздуха, размеры распределительных сопел и щелей на входе и выходе воздушного потока.

4. На основе проведенных исследований определены направления дальнейших необходимых исследований

190 мм

Л

i

б 120

100

f 80 аз —

© t 140 мм ©

t 30 мм

\ *

\ -----У Ir I

1 5

-Г

5 60

40

20

..........

j I I I I i

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Расстояние от наружного стекла, см

Рис. 8. Схема экспериментального стенда № 3 (а) и результаты экспериментов (б). Экспликация в соответствии с рис. 2.

a

4

8

1

a

5

a

2

4

4

8

8

4

0

0

5

1

32

4'2015

Научно-технический и производственный журнал

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальной схемой № 4 (рис. 2, г)

Таблица 1

№ СПК/ЭС № 4 ТЭ П q, q, Лоф Кп К» Примечание

1 Два стекла в рамах Нет 0 115 115 0,4 1 0 № 1

2 К-стекло и стекло в раме К-ст.+К-ст. 26 10 100 4,7 10 90 № 4

3 К-стекло и стекло в раме К-ст.+К-ст. 11 7 95 6,9 14 93 № 5

4 К-стекло и стекло в раме К-ст.+К-ст. 26 6 100 8 17 94 № 4

5 К-стекло+СП (с И-ст.)+ст. К-ст.+И-ст. 11 4 90 12 22 96 № 9

Таблица 2

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальными схемами № 2 и 5 (рис. 2, б, д)

№ СПК / ЭС № 2 и № 5 ТЭ П q, q, Лоф К, Крп Примечание

1 Три стекла Нет 0 80 80 0,6 1 0 № 1

2 Стекло и СП (с И-ст.) И-стекло 33 15 68 3,2 4,5 78 № 10

3 К-стекло и СП (с И-ст.) К-ст.+И-ст. 9 15 61 3,2 4 75 № 3

4 К-стекло и СП (с И-ст.) К-ст.+И-ст. 20 12 65 4 5,4 82 № 2

5 Стекло и СП (с И-ст.) И-ст.+К-ст. 30 8 55 6 7 86 № 6

6 Стекло и СП (с И-ст.) И-ст.+два К-ст. 30 7 55 6,9 8 87 № 7

7 Стекло и СП (с И-ст.) И-ст.+два К-ст. 27 5,4 50 8,9 10 81 № 8

Таблица 3

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальными схемами № 3 и 5 (рис. 2, в, д)

№ СПК / ЭС № 3 и 5 ТЭ П q,, qт Коф Кп Крп Примечание

1 Три стекла Нет 0 80 80 0,6 1 0 № 1

2 Стекло и два стекла в раме Нет 26 32 100 1,5 3 68 № 11

3 К-стекло и два стекла в раме К-стекло 26 16 100 3 6 84 № 12

4 К-стекло и СП (с И-ст.) К-ст.+И-ст. 9 15 61 3,2 4 75 № 3

5 К-стекло и СП (с И-ст.) К-ст.+И-ст. 20 12 65 4 5,4 82 № 2

6 К-стекло и два стекла в раме К-ст.+К-ст. 26 7 87 6,9 33 97 № 4

7 К-стекло и два стекла в раме К-ст.+Кст. 26 4 95 12 85 99 № 4

8 К-стекло и два стекла в раме К-ст.+Кст. 26 3 98 16 24 96 № 4

9 К-стекло и два стекла в раме К-ст.+ж. ал.ф. 26 1 85 47 12 92 № 13

Пояснения к табл. 1-3:

- СПК / ЭС № - описание исследуемой светопрозрачной конструкции / соответствие номеру экспериментального стенда по рис. 2;

- СП - стеклопакет 4И-16-4;

- ТЭ - наличие (или отсутствие) теплоотражающего экрана в межстекольном пространстве и его описание;

- П - показания приточного расходомера, м3/ч;

- qx., qт - плотности выходящего теплового потока с холодной и теплой сторон светопрозрачной конструкции, Вт/м2;

- ^ф - условное сопротивление теплопередаче светопрозрачной конструкции, определяемое в соответствии с [6] как ДТ/?Х, м2оС/Вт;

- Куп - коэффициент уменьшения плотности выходящего теплового потока, отн. ед.;

- Крп - коэффициент рекуперации (возвращения) выходящего теплового потока, %;

- ДТ - разница температур в холодной и теплой частях климатической камеры, оС;

- К-стекло - низкоэмиссионное стекло с твердым теплоотражающим покрытием;

- И-стекло - низкоэмиссионное стекло с мягким теплоотражающим покрытием.

Примечание 1. Данные приведены для конструкции, соответствующей ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия». Примечание 2. Теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 12 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону. Примечание 3. То же, что и в прим. 2, но работал только вытяжной вентилятор, а приточный был выключен; измерения проводились по приточному расходомеру.

Примечание 4. Теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 30 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону. Примечание 5. То же, что и в прим. 4, но работал только вытяжной вентилятор, а приточный был выключен; измерения проводились по приточному расходомеру.

Примечание 6. Теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону. Примечание 7. 1-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в холодную сторону, 2-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 100 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону. Примечание 8. 1-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону, 2-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 100 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону. Примечание 9. На расстоянии 12 мм от наружного остекления в качестве теплоотражающего экрана был временно установлен и зафиксирован однокамерный стеклопакет 4Их16х4 (внешнее И-стекло с теплоотражающим покрытием, направленным в теплую сторону, внутреннее простое стекло, в межстекольном пространстве - воздух); работал только вытяжной вентилятор.

Примечание 10. В данном варианте ЭС № 2 была проведена оптимизация условий подачи воздушного потока и увеличен расход воздуха. Примечание 11. В данном варианте ЭС № 3 были включены вентиляторы на приток и вытяжку с расходом 26 м3/ч.

Примечание 12. В данном варианте ЭС № 3 было установлено наружное К-стекло с покрытием в теплую сторону, работали оба вентилятора с расходом воздуха 26 м3/ч.

Примечание 13. В данном варианте ЭС № 3 на расстоянии 70 мм от наружного К-стекла были установлены жалюзи из полированной алюминиевой фольги толщиной 12 мкм, работали оба вентилятора с расходом воздуха 26 м3/ч.

Энергоэффективное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

ЭВОК и ЭВСОК, а также их использования в зданиях различного назначения для обеспечения реального энергосбережения в строительной отрасли.

Следует отметить также и некоторые проблемные моменты, выявленные в ходе проведенных исследований ЭВОК и ЭВСОК с активной рекуперацией выходящего теплового потока, которые необходимо решать в области совершенствования нормативно-технической документации:

- нуждается в некоторой корректировке нормативная база, традиционная методика и диапазоны регистрации выходящих тепловых потоков в климатических камерах и других лабораторных установках, а также при проведении натурных испытаний;

- в частности, ряд нормативных документов необходимо дополнить положениями о возможности измерений и регистрации теплопотерь и выходящих тепловых потоков через ЭВОК и ЭВСОК с холодной их стороны при наличии и отсутствии ветровой нагрузки, так же как и нормативные документы, касающиеся оценки энергии вентиляционных выбросов.

В 2015-2016 гг. предполагается проведение специальной серии исследований для определения энергетической эффективности элементов комплексной системы «активного» энергосбережения и возможности их использования при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте зданий различного назначения с использованием современных рекуператоров мембранного типа.

Кроме того, на следующем этапе исследований предполагается оценить возможности повышения эффективности различных фасадных ограждающих конструкций за счет дополнения их различными элементами системы «активного» энергосбережения, в том числе оптимизированной активной рекуперацией (АР) выходящего теплового потока и влаги.

Одной из основных задач предстоящих исследований является получение убедительных доказательств того, что замена большинства распространенных на

Список литературы

1. Ахмяров Т.А., Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Принципы проектирования и оценки наружных ограждающих конструкций с использованием современных технологий «активного» энергосбережения и рекуперации теплового потока // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 8-13.

2. Ахмяров Т.А., Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Энергоэффективные вентилируемые ограждающие конструкции с активной рекуперацией выходящего теплового потока // Жилищное строительство. 2014. № 10. С. 38-42.

3. Ахмяров Т.А., Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Энергоэффективные вентилируемые светопрозрачные ограждающие конструкции // Энергосбережение. 2014. № 8. С. 62-65.

4. Беляев В.С., Лобанов В.А., Ахмяров Т.А. Децентрализованная приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла // Жилищное строительство. 2011. № 3. С. 73-77.

5. Ахмяров Т.А., Беляев В.С., Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Система активного энергосбережения с рекуперацией тепла // Энергосбережение. 2013. № 4. С. 36-46.

6. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. Москва: АВОК-ПРЕСС, 2006. 252 с.

отечественном строительном рынке утеплителей на ограждающие конструкции с использованием механизма активной рекуперации выходящего теплового потока и влаги дешевле, долговечнее и перспективнее традиционных подходов.

В ближайшее время в рамках сотрудничества НИИСФ РААСН с рядом региональных администраций предполагается опытное внедрение разработанных авторами ЭВОК и ЭВСОК в зданиях различного назначения (при новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте). При дальнейших исследованиях представляется целесообразным переход к широким натурным испытаниям в связи с тем, что ЭВОК и ЭВСОК следует оценивать в комплексе с системой приточно-вытяжной вентиляции и другими элементами систем «активного» энергосбережения, что практически невозможно осуществить в большинстве существующих климатических камер.

НИИСФ РААСН планирует в рамках выполнения темы по заказу Российской академии архитектуры и строительных наук в 2015-2016 гг. разработать Рекомендации по проектированию, строительству и реконструкции жилых и общественных зданий с использованием технологий «активного» энергосбережения.

Одной из основных проблем строящихся многоэтажных жилых и реконструируемых зданий, где устанавливаются новые светопрозрачные конструкции, является выполнение требований по обеспечению нормируемых условий воздухообмена. При использовании предлагаемого авторами нового поколения ЭВОК и ЭВСОК возможно выполнение всех требований по обеспечению теплозащиты и комфортности микроклимата, причем со значительным превышением. В следующей статье цикла будут представлены результаты исследований воздушного режима помещений и приведены инновационные решения по обеспечению комфортного микроклимата зданий. Исследования проводятся авторами совместно со специалистами Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (ФГУП «ЦАГИ»).

References

1. Akhmyarov T.A., Spiridonov A.V., Shubin I.L. The new principles of design and assessment of external envelopes with use of heat recuperation and other technologies of 'active' energy saving. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 6, pp. 8-13. (In Russian).

2. Akhmyarov T.A., Spiridonov A.V., Shubin I.L. The energy efficient ventilated envelopes with active recovery of the leaving thermal stream. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 10, pp. 38-42. (In Russian).

3. Akhmyarov T.A., Spiridonov A.V., Shubin I.L The energy efficient ventilated fenestration. Energosberezhenie. 2014. No. 8, pp. 62-65. (In Russian).

4. Belyaev V.S., Lobanov V.A., Akhmyarov T.A. The decentralized forced-air and exhaust system of ventilation with recovery of heat. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 3, pp. 73-77. (In Russian).

5. Akhmyarov T.A., Belyaev V.S., Spiridonov A.V., Shubin I.L. System of active energy saving with heat recovery. Energosberezhenie. 2013. No. 4, pp. 36-46. (In Russian).

6. Fokin K.F. Stroitel'naya teplotekhnika ograzhdayushchikh chastey zdanii. Moscow: AVOK-PRESS, 2006. 252 pp.

34

42015