CC BY
60
ВЕСТНИК 1/2011
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СТЕКЛОПАКЕТОВ В КРАЕВЫХ ЗОНАХ
THE FACTORS DEFINING THE TEMPERATURE MODE OF DOUBLE-GLAZED WINDOWS IN REGIONAL ZONES
A.B. Бушо
A.V. Busho
ГОУ ВПО МГС
В статье выявлены и раскрыты проблемы краевых зон стеклопакетов, рассмоп рены критерии оценки температурного режима краевых зон.
In article problems of regional zones of double-glazed windows are revealed an opened, criteria of an estimation of a temperature mode of regional zones are considered.
Практика эксплуатации современных окон в различных климатических районе показала, что одной из общих проблем, характерных практически для всех окон применением стеклопакетов, является резкое понижение температуры внутренней п< верхности остекления в зоне сопряжения с переплетами - так называемая проблеь-краевых зон. Одним из требований, предъявляемых СНиП 23-02-2003 [1] к светопр( зрачным конструкциям, является ограничение по минимальной температуре внутри ней поверхности окна при расчетных параметрах наружного и внутреннего воздуха
не ниже +3 0 C.
В конструкциях с одинарными переплетами и стеклопакетами по ГОСТ 24866-S [2] данное требование, к сожалению, не обеспечивается на большей части территори РФ.
В холодный период года на поверхности остекления (преимущественно в нижне зоне оконных блоков) имеет место понижение температуры с выпадением конденсат образованием наледей, изморози.
Температурный режим в зоне сопряжения стеклопакетов с переплетами определи ется совместным протеканием ряда взаимосвязанных процессов: передачей тепла ти лопроводностью, конвективным теплопереносом в межстекольном пространстве тепловым излучением.
Передача тепла теплопроводностью происходит по дистанционным рамкам, гермет] кам и, частично, через воздух или газ, заполняющий межстекольное пространство.
Тепловое излучение (волны длиной от 0,4 до 800 мкм), падающее на светопр( зрачную конструкцию, частично поглощается ею, частично отражается и частичв проходит через остекление.
Конвективный теплообмен обусловлен перемещением и перемешиванием возду? или газа, заполняющего межстекольное пространство, и зависит от расстояния меж^ стеклами, их температуры, свойств газового заполнения и др.
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Внутри межстекольного пространства, вследствие разности температур остекления, образуются восходящие и нисходящие потоки, перемещение которых и обуславливает более интенсивное охлаждение нижней части стеклопакета.
ФЛц|.||И |Ч||Щ'Ж ««ЧШК JiKUfllTHrilljLl
1м ФК1| ЧЛИШМч* |№1Ш11Н4 яьлф-lHüimtt шчггн А
¿faicMiyaiiMiimi риш
г > || . |-|||—И Ч||| >Г| >ч |ГЪ in|F4|i
Tl[L-|-:+IHirWiHll ЦЯ1ЦР1Щ Шц
Р -1,
1 ТЛИ III тчинч
шипя nmiufriiiiiui iры «fl IM iwiia*
Щдцлпм ШМЙЦНЙ
1 IM MikMli
Рис.1 Факторы определяющие температурный режим краевых зон стеклопаке-
тов
Критерии оценки температурного режима краевых зон
В качестве критериев для оценки температурного режима краевых зон приняты два показателя [3]:
- разность температур между центральной зоной стеклопакета и минимальной температурой в зоне расположения дистанционной рамки At = Тц — Tmin ;
- коэффициент относительного температурного перепада 0 = А тц /(rint —Text) ;
характеризующий степень изменения (неравномерности) температуры по внутренней поверхности остекления.
Оперируя этими показателями можно проводить сравнение различных конструкций при различных условиях их эксплуатации.
Влияния дистанционных рамок различного конструктивного решения на температурный режим краевых зон
Традиционно при изготовлении стеклопакетов по ГОСТ 24866-99 применяются дистанционные рамки из сплавов алюминия, имеющие достаточно большой коэффициент теплопроводности
X ~ 200- 220 Вт/(м^°С). Наряду с рамками из алюминия, отечественными и зарубежными специалистами разработаны и находят все более широкое применение дистанционные рамки из материалов с существенно меньшей теплопроводностью - легированной стали X ~14-17 Вт/(м^°С), ПВХ X ~0,17 Вт/(м^°С), «Thermix», «TGI-Wave», «Dura Seal», «Super Spacer», «Swiggle Strip» и др. Все более широко применяется технология изготовления стеклопакетов из термопластичного герметика («TPS»). В классическом виде дистанцион-
ВЕСТНИК МГСУ
1/2011
ная рамка полая, со специальными небольшими диффузионными отверстиями. Во внутреннюю часть рамки закладывается адсорбент, необходимый для поглощения влаги и предотвращения выпадения конденсата на внутренних поверхностях стекол.
В качестве материала для дистанционных рамок применяются, как правило, алюминий и оцинкованная сталь. Однако в холодный период года понижение температуры внутренней поверхности остекления приводит к выпадению конденсата по периметру окна, увлажнению профилей и подоконников, а при низких температурах наружного воздуха, к замерзанию конденсата с образованием инея и льда (особенно в нижней части окна). Происходит это по нескольким причинам, но одной из самых существенных - является, так называемый "мостик холода", который появляется при использовании дистанционной рамки из алюминия в стеклопакете.
Решить эту проблему могут современные дистанционные рамки из пластика, с идентичным алюминию коэффициентом термического расширения. Для однокамерного стеклопакета с дистанционными рамками из алюминия коэффициент относительного температурного перепада составляет © ~ 366 (Ат ~ 16,1°); при использовании ра-мокиз ПВХ или «TPS» коэффициент относительного температурного перепада уменьшается до © ~ 191- 227 (Ат ~ 8,4° - 9,6°). Результаты компьютерного моделирования температурного режима однокамерных стеклопакетов из обычного стекла с различными типами дистанционных рамок представлены в таблице 1 (без учета конвекции в межстекольном пространстве).
Таблица 1
Результаты расчета температурного режима однокамерных стеклопакетов с некоторыми типами дистанционных рамок
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
Из проведенного эксперимента видно, что Замена материала дистанционных рамок, существенно приводит к увеличению сопротивления теплопередаче данного оконного блока и увеличению температуры в краевой зоне . В случае расчетов для дистанционных рамок из алюминия в краевой зоне стеклопакета характерно проявление «мостиков холода».
Как показывают проведенные расчеты применение дистанционных рамок из «Thermix», «TGI-Wave», «Dura Seal», «Super Spacer», «Swiggle Strip» ПВХ позволяет
повысить температуру в краевой зоне до 6 0 C .
Применение современных технологий производства стеклопакетов с использованием новых дистанционных рамок снижает потери тепла на краю и препятствует образованию конденсата в краевой области окна. Экономия энергии в целом составляет не менее 5% в зависимости от типа здания и оконной системы.
Оценка влияния конвекции, ширины межстекольного пространства и свойств газа, заполняющего стеклопакет на температурный режим краевых зон
Вопрос о влиянии конвективного теплообмена на температурный режим остекления в краевых зонах является наименее изученным. Испытания окон различного конструктивного решения в натурных условиях показали, что наибольший перепад температур между центральной частью остекления и краевыми зонами наблюдается в нижней части стеклопакетов.
Причем, если перепад температур между центральной частью остекления и краевой
зоной составляет в центре стеклопакета 6-8 0 C, то между центром и нижней частью
стеклопакета может доходить до 12-14 0 C . Таким образом, «вклад» конвекции в понижении температуры поверхности остекления в нижней части стеклопакета составляет ~ 50 - 60%. Анализ результатов испытаний позволил сделать вывод, что основная причина заключается в конвективном переносе тепла в воздушных прослойках. Движение воздуха или газа в прослойках обуславливает дополнительное понижение температуры остекления в нижней части окна со всеми негативными последствиями. Как уже отмечалось, этот процесс происходит независимо от типа и материала дистанционных рамок и определяется плотностью, вязкостью газа, заполняющего воздушную прослойку (таблица 2), ее шириной, температурным перепадом между поверхностями и рядом других факторов.
Данные результатов [4,5] по расчетам для оценки влияния ширины межстекольного пространства и свойств газа, заполняющего стеклопакет представлены в таблице 3.
Таблица 2
Вязкость и плотность инертных газов_
Параметры при T = 21° C и давлении 0.1 МПа криптон аргон воздух
Вязкость х 10 6 (Па ■ с) 25,233 22,493 18,158
Плотность (кг / М 3) 3,43 1,64 1,18
Теплопроводность Вт./м 20С 0,008 0,016 0,024
ВЕСТНИК 1/2011
Таблица 3
Сводная таблица результатов расчета замкнутых прослоек при различных газовых заполнениях
Тип газового заполнения Температура внутренней поверхности 0х103
4-8-4
воздух 1,9 4,7 70
аргон 4,4 5,8 35
криптон 4,3 7,1 70
4-14-4
воздух 1,5 6,2 118
аргон 2,6 6,8 105
криптон 3,7 7,5 95
4-20-4
воздух 0,8 6,3 138
аргон 2,2 7,1 123
криптон 4,3 6,2 48
Анализ результатов показывает, что ширина межстекольного пространства существенно влияет на характер течения воздуха внутри стеклопакетов и соответственно распределение температур.
Результаты расчетов, представленные в таблице 3, для прослойки шириной 8 мм показывают, что при использовании криптона температура в краевой зоне может быть повышена ~ на 2,5 °С по сравнению с заполнением осушенным воздухом. В центральной части наблюдается рост температуры внутренней поверхности соразмерно значению коэффициента теплопроводности газа.
Вывод
Использование дистанционных рамок из ПВХ, «TPS», «Swiggle Strip» и т.п. позволяет повысить температуру в краевых зонах на 5 - 6°, но не дает полного решения проблемы краевых зон, особенно в однокамерных стеклопакетах. Конвекция воздуха в межстекольном пространстве является важнейшим фактором в формировании температурного режима краевых зон стеклопакета. Уменьшение конвективного теплообмена в стеклопакетах возможно при заполнении межстекольного пространства инертными газами. Причем наибольший эффект имеет место при расстоянии между стеклами 10 -12 мм и заполнении межстекольного пространства криптоном.
Рассмотренные решения позволяют лишь снять остроту проблемы краевых зон, однако, ни замена материала дистанционных рамок, ни глубокая посадка стеклопакетов, ни ряд других возможных решений не позволяют полностью исключить понижение температуры поверхности стеклопакетов в зоне их сопряжения с переплетами.
Литература
1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий // Госстрой России - М.:ФГУП ЦПП, 2004. - 26 с.
2. ГОСТ 24866-99. Стеклопакеты клееные строительного назначения // Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000.-38 с.
1/2011 ВЕСТНИК _У20!1_МГСУ
3. Кривошеин А.Д., Харламов Д.А. К вопросу об улучшении температурного режима современных окон в краевых зонах// Светопрозрачные конструкции. 2005.- №1- с.10-14.
4. Мурадян М.Б. и др. Некоторые новые тенденции развития производства современных клееных стеклопакетов / Мурадян М.Б., Саркисов М.М., Спиридонов A.B., Морозов A.M. // Окна и двери.-2001.-№ 3.-е. 32-36.
5. Харламов Д.А. Температурный режим стеклопакетов в краевых зонах //проектирование и строительство в Сибири.-2007.-№6(42).-с. 40-43.
The Literature
1. SNiP 23-02-2003. Thermal protection of buildings//Gosstroy of Russia - M.:FGUP CPP, 2004. - 26
2. GOST 24866-99. Double-glazed windows клееные building appointment//Gosstroy of Russia, State Unitary Enterprise TSPP, 2000.-38 with.
3. Krivoshein A.D., Kharlamov Д.А. To a question on improvement of a temperature mode of modern windows in regional zones//Svetoprozrachnye of a design. 2005. №1 - s.10-14.
4. Мурадян M. B., etc. Some new tendencies of development of manufacture modern клееных double-glazed windows / Muradjan of M. B., Sarkisov M. M, Spiridonov A.V., Morozov A.M.//Windows and dveri.-2001. № 3.-with. 32-36.
5. Kharlamov D.A.temperature a mode of double-glazed windows in regional zones//designing and building in Sibiri.-2007.- № 6 (42).-c. 40-43.
Ключевые слова: Температурный режим, стеклопакет, дистанционная рамка, воздушная прослойка, тепловая защита, энергосбережение, конвекция, теплопроводность, инертные газы.
Keywords: Temperature mode, double-glazed window, remote framework, air layer, thermal protection, the power savings, convection, heat conductivity, inert gases
E-mail автора: story-mi89@,maiLru
Рецензент: Шенгелия A.K., кандидат технических наук, профессор кафедры «Архитектурно-строительного Проектирования» МГСУ
