ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ОКОН ЗДАНИЙ В

"Современные окна Сибири" №4, 2006
Г.П. Кузема, к.т.н., доцент кафедры «Архитектура гражданских и промышленных зданий»
ИГУРЭ Сибирского федерального университета
ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ОКОН ЗДАНИЙ
В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ
Среди наружных ограждающих конструкций зданий окна обладают наименьшими теплозащитными качествами. Удельный вес окон в трансмиссионных тепловых потерях зданий зависит от соотношения площадей и термических сопротивлений отдельных видов ограждений и составляет от 35 % до 65
%, что приводит к большим расходам на отопление зданий. Невысокое сопротивление теплопередаче является причиной образования конденсата и обмерзания внутренних поверхностей окон в зимний период.
Согласно табл. 4 СНиП [1] требуемое значение сопротивления теплопередаче окон определяется по величине градусосуток отопительного периода.
Рассмотрим для примера влажностный режим окон в четырех городах с холодным климатом. Исходные данные для расчетов взяты из норм [2] и приведены
в табл. 1.
Таблица 1.
Климатические данные для некоторых городов России
Город
Москва
Новосибирск
Норильск*
Якутск
*
text
- 28
- 39
- 47
- 54
tht
- 3,4
- 8,7
- 14,3
- 20,6
zht
214
230
303
256
tj
- 17,1
- 19,0
- 28,0
- 43,2
По метеостанции г. Дудинка.
Обозначения:
text - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92,
о
С;
tht – температура отопительного периода, оС;
zht - продолжительность отопительного периода, сут.;
tj - средняя температура января, оС.
Рассчитанные согласно исходным данным величины градусосуток и соответствующие им нормируемые сопротивления теплопередаче окон указаны в
графах 2 и 3 табл. 2.
Типы окон, удовлетворяющие этому условию, взяты из Приложения Л
свода правил [3]:
для Москвы - двухкамерный стеклопакет с межстекольным пространством 12 мм в одинарном переплете;
для Новосибирска - двухкамерный стеклопакет с твердым селективным
покрытием и заполнением аргоном в одинарном переплете;
для Норильска и для Якутска - обычное стекло и двухкамерный стеклопакет с мягким селективным покрытием в раздельных переплетах.
Приведенное сопротивление теплопередаче окон, принятых типов, указано в графе 4.
Таблица 2
Характеристики и результаты теплотехнических расчетов окон
Город
τsi1,
о
С
τsi2,
о
С
τsi3,
о
С
τsi4,
о
С
5
6
7
8
0,54
9,7
4,7
12,2
7,2
0,64
0,65
9,1
4,1
13,1
8,1
10696
0,77
0,80
10,4
5,4
13,4
8,3
10650
0,77
0,80
9,3
4,3
11,0
6,0
2
Rreq,
м2 ∙ оС
Вт
3
м ∙ С
Вт
4
Москва
5157
0,54
Новосибирск
6831
Норильск
Якутск
1
Dd
Rо,
2 о
Обозначения:
Dd - градусосутки отопительного периода, оС ∙сут;
Rreq- нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче
окон, м2 ∙ оС/ Вт;
Rо – сопротивление теплопередаче принятого типа окна, м2 ∙ оС/Вт.
Для оценки вероятности увлажнения внутренней поверхности окон вычислим средние значения их температуры τsi по формуле (25) Свода правил [3],
принимая значения сопротивлений теплопередаче по стеклу и по переплетам,
равными приведенному сопротивлению теплопередаче окон:
τsi = tint - [n(tint - text)]/ Rо∙αint,
где tint- расчетная температура воздуха в помещении, равная 21 оС;
text - температура наиболее холодной пятидневки, оС [2];
n – коэффициент, зависящий от положения ограждающей конструкции,
принимаемый по табл. 6 СНиП [1], равным 1;
Rо- приведенное сопротивление теплопередаче окна, м2 ∙ оС/Вт;
αint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности окна, принимаемый по табл. 7 [1], равным 8 Вт/ м2 ∙ оС.
В графе 5 табл. 2 приведены вычисленные значения температуры τsi1
внутренней поверхности окон в период наиболее холодной пятидневки, а в
графе 7 - τsi3 – в течение наиболее холодного месяца.
При расчетных значениях температуры воздуха в помещениях жилых
зданий tint = 21 оС и относительная влажности φ = 55 % температура точки росы τр = 11,6 оС.
Согласно п. 5.10. СНиП [1] температура внутренней поверхности остекления в жилых и общественных зданиях во всех климатических районах должна быть не ниже 3 оС, а температура поверхностей переплетов и коробки не
ниже температуры точки росы. Значения температур, указанных в графе 5,
свидетельствуют о том, что в заданных населенных пунктах в течение наиболее холодной пятидневки на внутренней поверхности стекол и непрозрачных
частей окна будет выпадать конденсат. Но в течение января (см. графу 7) вероятность таких явлений невелика. Эти же результаты позволяют заключить, что
обмерзания поверхностей не будет ни в холодную пятидневку, ни в течение
января.
В действительности картина увлажнения и обмерзания окон намного
сложнее и разнообразнее.
Рассмотрим наиболее частые случаи этих явлений, их причины и возможные пути устранения.
1. На нижних участках внутренних стекол образуется конденсат и лёд.
Первая причина состоит в том, что при конвекции воздуха в межстекольном пространстве нисходящие потоки, опускаясь у наружного холодного стекла, охлаждают нижнюю зону внутреннего стекла. Лабораторные испытания [4]
показали, что температура нижней зоны остекления примерно на 5 оС ниже
средней температуры поверхности стекла. В графе 6 табл. 2 указаны вероятные
значения температуры нижнего участка остекления τsi2 в период наиболее холодной пятидневки, а в графе 8 τsi4 - в течение наиболее холодного месяца. Из
чего можно заключить, что на нижних участках стекол конденсат будет выпадать не только в наиболее холодную пятидневку, но и в течение наиболее холодного месяца.
Вторая причина обусловлена угловой формой сопряжения поверхности
стекла и переплета, что снижает конвективную и лучистую составляющие теплообмена и, тем самым, уменьшает приток тепла из помещения к этому участку окна.
Повышения температуры можно достичь путем обогрева внутренней
поверхности окон потоком воздуха, восходящего от отопительных приборов
через прорези в подоконниках. Эффективной мерой по снижению конвективной составляющей теплообмена является заполнение межстекольного пространства тяжелыми инертными газами. Радикальным способом решения проблемы является применение электронагреваемых стекол.
2. По периметру стеклопакетов образуется лед
Причиной является высокая теплопроводность алюминиевой дистанционной рамки. Для устранения этого явления рекомендуется вместо алюминия
применять материал низкой теплопроводности.
3. На внутренних поверхностях наружных стекол окон с раздельными
переплетами образуются иней и лед
Причина этого явления заключается в том, что воздух помещения, проникающий в межпереплетное пространство, соприкасается с поверхностью
стекла, имеющего температуру, близкую к наружной. Чтобы избежать, или
свести к минимуму вероятность обмерзания поверхностей, рекомендуется устанавливать стеклопакеты в наружном переплете, а одинарное стекло - во
внутреннем. С этой же целью, степень уплотнения притворов внутренней
створки должна быть значительно выше, чем наружной, а в оконном блоке не
должно быть форточек, фрамуг и полустворок, сообщающихся с межпереплетным пространством.
Источники информации:
1. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий/ Госстрой России. - М.,
2004. 27 с.
2. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.
3. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий/ Госстрой
России. - М., 2004. 140 с.
4. О влажности воздуха, вентиляции помещений и характеристиках современных окон. А.Д.Кривошеин, В.С.Нагорный. «Светопрозрачные конструкции», № 2, 2006.