К серьёзным проблемам строительства относится снижение энергетических ресурсов на эксплуатацию зданий и сооружений при одновременном обеспечении комфортных условий для проживания, работы и нахождения в них. Только на отопление затрачивается до 35 % производимой тепловой энергии, что в 2 раза выше зарубежных показателей. Топливно-энергетическая проблема России усложняется тем, что дорожает производство энергоресурсов на внутреннем рынке.
Снижение расходов тепла на эксплуатацию зданий может быть достигнуто совершенствованием норм строительного проектирования улучшением качества строительства и эксплуатации зданий, комплексом конструктивно-планировочных и инженерных решений, гарантирующих создание благоприятных комфортного режима жилых и производственных помещений. Улучшение теплового и воздушного режимов зданий связано с необходимостью повышения теплозащитных качеств ограждающих конструкций.
Из всего количества энергии, расходуемой на отопление, значительная часть составляют теплопотери через окна. Из зданий различного назначения относительно меньше потери тепла приходятся на окна жилых зданий, что объясняется их меньшей площадью остекления, чем в общественных и промышленных зданиях. Анализом типовых проектов, теплотехническими расчетами и расчетами отопления и вентиляции установлено, что световые проёмы занимают 26 % площади наружных ограждений. а теплопотери через них составляют 30–60 % от общих теплопотерь, из которых около половины приходится на теплопотери вследствие теплопередачи. Наглядно это отображено на рис. 1 для 9-ти этажного жилого дома, расположенного в г. Норильске. Расчет произведен для зимних нормативных условий [3].
Рис. 1. Теплопередача через ограждающие конструкции 9-ти этажного дома: а) — диаграмма относительных потерь тепла вследствие теплопередачи и воздухопроницаемости наружного воздуха; б) — диаграмма относительных площадей наружных ограждающих конструкций, в) — диаграмма теплопотерь через: 1 — окна, 2 — стены, 3 — покрытия, 4 — цокольные перекрытия.
Установлено также, что фактическая площадь окон превышает необходимую, требуемую нормами естественной освещённости. Приведение площади окон до требований норм позволит уменьшить расход тепла на отопление в среднем на 5–10 % (в зависимости от климатических районов). Но поскольку архитектоника фасадов жилых зданий связана с определенным ритмом и размерами окон, они могут принимать большие размеры, чем требуют нормы, тогда снижение расходов тепла на отопление за счет уменьшения размеров световых проемов можно оценить величиной 2–6 %. Снижение площади окон только для снижения потерь тепла целесообразно для южных районов страны.
В средних и северных районах через окна определенную часть года поступает тепло солнечной радиации. Средняя интенсивность суммарной солнечной радиации на окна южной ориентации на широте 60о составляет более 400 Вт/м2, поступления тепла через окна составляет 170 Вт/м2. Для сравнения, теплопотери через окна с тройным остеклением в это же время находятся на уровне 70–90 Вт/м2.
Сопротивление теплопередаче через заполнения световых проемов складывается:
R=Rв + Rк + Rн = 
(1)
Величины Rв и Rн имеют незначительное влияние на увеличение сопротивления теплопередаче, поэтому основные возможности увеличения R с повышением термического сопротивления Rк.
В остеклении основную часть Rк составляет сопротивление теплопередаче воздушной прослойки между стеклами. Передача тепла через воздушную прослойку обусловлена теплопроводностью, конвекцией и излучением. Уменьшение этих составляющих теплопереноса через воздушную прослойку исчерпывает, по существу, все возможные пути повышения теплоизоляционных качеств окон.
К ним следует добавить наиболее очевидное конструктивное мероприятие — увеличение число слоев остекления, а, следовательно, числа воздушных прослоек. При этом должны сохраняться основные функциональные качества окна — сквозная видимость и светопропускание. Современные требования СНиП [1,2]–трехслойное остекление.
Эффективным способом повышения теплозащитных качеств заполнения световых проемов является повышения число слоев остекления, а, значить, и количества воздушных прослоек. В табл.1 приводятся данные о величине R заполнения световых проемов при применении многослойных прослоек стеклопакетов. Однако многослойного остекления связано с повышением расхода стекла, усложнением и удорожанием конструкции окна, а также и снижением коэффициента светопропускания.
Для выяснения возможности повышения теплозащитных качеств заполнения световых проемов, проанализируем величины различных составляющих суммарной теплопередачи через воздушную прослойку межстекольного пространства, приведенные в табл. 1.
Таблица 1
Сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов из стеклопакетов
|
Число воздушных прослоек и их толщина (мм) |
R, м2оС/Вт |
Коэффициент светопропускания, % |
|
1х9 |
0,32 |
85 |
|
1х12 |
0,34 |
85 |
|
2х12 |
0,48 |
80 |
|
4х12 |
0,78 |
70 |
Из табл.2 следует, что эффективным путем повышения теплозащитных качеств заполнения световых проемов является снижение лучистой, Qл, составляющей теплопотерь
Лучистый теплообмен между двумя параллельно расположенными поверхностями определяется по формуле:
(2)
где: 
- приведенная степень черноты, физическая характеристика системы двух плоскопараллельных тел, теплообмен между которыми происходит лучистым путем. Уменьшение приводит к пропорциональному снижению величины лучистого теплообмена. Что в практике достигается нанесением на его поверхности тонких покрытий пленок. В настоящее время широко исследовано применение стекол с окислометаллическими пленками на одной поверхности, в частности, теплоотражающее стекло.
Теплоотражающее стекло — это обычное стекло, на одну поверхность нанесено пленочное покрытие толщиной 0,4 нм состава двуокиси олова с добавкой фтора в сочетании с азотом. Оно имеет степень черноты 
=0,4–0,5 против 
0,95 для обычного стекла. Оно устанавливается во внутреннем переплете с пленкой, обращенной наружу. Пленка обладает высокой отражательной способностью в диапазоне электромагнитных излучений с длиной волны 
7500- 25000 нм и хорошим пропусканием видимых лучей. Применение такого стекла позволяет увеличить сопротивление теплопередаче окна на 30–40 %, а температуру на поверхности остекления на 3–6оС.
Таблица 2
Количество тепла, проходящего через вертикальные воздушные прослойки, при разности температур на их поверхности 5º
|
Толщина прослойки (мм) |
Суммарные теплопотери Вт/м2 |
Передача тепла по составляющим, % |
||
|
Теплопроводностью (QТ) |
Конвекцией (Qк) |
Излучением (Qл) |
||
|
1 |
30,8 |
38 |
2 |
60 |
|
5 |
25,9 |
9 |
29 |
72 |
|
10 |
24,8 |
5 |
20 |
75 |
|
20 |
23,8 |
2 |
19 |
79 |
Конвективную составляющую, Qк, в межстекольном пространстве возможно снизить созданием электронагрева в нем с помощью бытового электронагревателя мощностью 40 в.
Qк можно снизить устройством поперечных прозрачных перегородок в виде сетевых решеток.
Снижение теплопотерь за счет составляющей теплопередачи QТ можно достичь заполнением межстекольного пространства инертными газами с низким коэффициентом теплопроводности.
Уменьшение потерь тепла через окна с одновременным улучшением комфортных условий может быть достигнуто следующими конструктивными мероприятиями:
- устройство теплозащитных экранов, выполненных из высокоэффективных теплоизоляционных материалов с незначительной воздухопроницаемостью, устанавливаемые в ночное время, позволяет повысит теплотехнические качества на 50 %. R двойного остекления возрастает до уровня тройного [3].
- движение теплого воздуха в межстекольном пространстве от отопительных приборов, поступающий через щели в оконной коробке;
- снижение воздухопроницаемости заполнения световых проемов устройством пенополиуретановых прокладок.
Улучшение температурного режима при этом происходит вследствие повышения температуры на поверхности остекления.
Как показали натурные исследования теплового режима жилых зданий средней этажности температура в помещениях нижних этажей бывает часто ниже нормы [3]. Это происходит вследствие повышенной фильтрации наружного воздуха и, особенно, в ветреную погоду. Дискомфортная зона составляла более 50 % площади помещения [4]. В помещениях верхних этажей вследствие эксфильтрации внутреннего воздуха, вытесняемого нагретым воздухом нижних этажей вследствие теплового напора, наблюдалась повышенная температура. Для поддержания благоприятной температуры жители открывали на длительное время форточки. Тем самым «топили улицу» [4, 5]. Для регулирования tв широкое применение в новом строительстве приборов поквартирного (а не в целом по зданию) учета теплопотребления. Жильцы имеют возможность самостоятельно устанавливать уровень температурного режима в комнате, при этом прибор (счетчик) рассчитывает расход тепла.
Литература:
1. СНиП 23–02–2003. Тепловая защита зданий. М.2012.
2. СНиП 23101–2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М.2012
3. Чернов В. А. Тепловой режим в районах Крайнего Севера. Диссертация. М.
4. Богословский В. Н. Строительная теплофизика. М. 2002.
5. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М. АВОК-ПРЕСС. 2011.
