Теплопередача и оконные заполнители

Влияние конструктивного решения стены на тепловые потери через откосы

Для определения влияния конструктивного решения стены, а именно спо­соба ее утепления, на температуру откоса вблизи оконного блока и теплопоте­ри, были проведены расчеты при одной и той же толщине оконной коробки 120 мм и при одинаковом местоположении окна по толщине стены Ь2=250 мм от наружной грани. Были рассмотрены следующие варианты наружных стен (рис.5.8):

- обычная кирпичная стена толщиной 640 мм;

- кирпичная стена толщиной 640 мм с утеплением наружного откоса;

- кирпичная стена толщиной 640 мм с устройством термовкладыша в толще стены между стеной и оконной коробкой;

- кирпичная стена толщиной 640 мм с утеплением внутреннего откоса стены толщиной 80 мм;

- кирпичная стена толщиной 640 мм с наружным утеплением 80 мм;

- трехслойная кирпичная стена толщиной 640 мм с внутренним утеплите­лем толщиной 140 мм.

Изменение температуры внутреннего откоса (на расстоянии 1 см от окон­ного блока) в зависимости от конструктивного решения стены приведено на рис.5.9. Из рисунка видно, что при одной и той же толщине оконной коробки, утепление стены дало существенное увеличение температуры внутреннего от­коса. Наиболее эффективным решением оказалось утепление внутренней час­ти оконных откосов за счет устройства термовкладышей, расположенных в стене вдоль внутренней поверхности оконных откосов. В этом случае сток те-
1 LH

пла в наружную стену через откосы существенно ограничивается, что приво­дит к повышению температуры внутренней поверхности откосов и снижению тепловых потерь через них.

Распределение температур вдоль внутренней поверхности стены и окон­ного откоса представлено на рис.5.10 в зависимости от конструктивного реше­ния наружных стен. Видно, что применение внутреннего и наружного утепле­ния стены привело к существенному повышению температуры внутренней по­верхности стены и оконного откоса по сравнению с обычной кирпичной сте­ны. Применение термовкладыша или утепления внутреннего откоса незначи­тельно влияет на температуру внутренней поверхности стены, но существенно повышает температуру внутреннего откоса.

На основе данных, представленных на рис.5.10 были определены тепло­вые потоки через поверхность стены и боковые оконные откосы. Значение те­плопотерь через оконные откосы и гладь стены в зависимости от конструктив­ного решения стены приведено на рис.5.11. Из рисунка видно, что наименьшие теплопотери через боковые оконные откосы имеют место в случае утепления оконного откоса с внутренней стороны.

Сравнение полученных в этих вариантах тепловых потерь через боковые откосы с тепловыми потерями через оконные откосы обычной не утепленной кирпичной стены дает следующие результаты: утепление оконного откоса с внутренней стороны приводит к снижению теплопотерь через боковые окон­ные откосы на 64%, при утеплении наружного откоса - 8%, в случае устройст­ва утепляющего термовкладыша в толще стены, расположенного в плоскости оконного блока снижение теплопотерь составляет - 41%, при устройстве трех­слойной кирпичной стены с внутренним утеплителем - 60% и для случая на­ружного утепления кирпичной стены снижение составляет 57%, Как видно из представленных результатов расчетов наибольшее снижение теплопотерь че­рез оконные откосы имеет место при утеплении самого откоса эффективным утеплителем.

Так как в представленных вариантах наружных стен есть два случая, та­ких как: утепление стены с наружной стороны (5 вариант, рис.5.8) и примене-

1 - обычная кирпичная стена толщиной 640 мм; 2 - кирпичная стена с утеплением наружного откоса; 3 - кирпичная стена с устройством термовкладыша; 4 - кирпичная стена 640 мм с утеплением внутренней части откоса 80 мм; 5 - кирпичная стена 640 мм с наружным утеплением 80 мм; 6 - трехслойная кирпичная стена толщиной 640 мм с утеплителем 140 мм.

ние внутреннего утепления (6 вариант, рис.5.8), ведущие к существенному увеличению термического сопротивления глади стены, то целесообразно про­вести сравнение теплопотерь конструкций откосов вариантов 1, 5 и 6 с тепло­выми потерями этих же конструкций стен, но без оконного проема. По резуль­татам расчетов тепловой поток через обычную кирпичную стену без оконного проема составляет 63,3 Вт, с наружным утеплением стены 23,5 Вт и с внут­ренним утеплителем 16,9 Вт. Для этих же вариантов, но при устройстве окон­ного проема теплопотери увеличиваются за счет уноса тепла через боковые оконные откосы, и эти теплопотери составляют 8,8 Вт, 5,8 Вт и 6,1 Вт соответ­ственно для 1, 5 и 6 вариантов конструктивного решений стен. Как видно, из представленных данных увеличение теплопотерь через боковые оконные отко­сы составляет для первого варианта 14%, для пятого варианта 25% и для шес­того варианта 36%, т. е. в случае увеличения теплозащитных свойств глади стены без дополнительного утепления оконных откосов, увеличивается отно­сительная доля тепловых потерь через оконные откосы наружных стен по сравнению с теми же вариантами стен, но без оконного проема.

Доля теплопотерь через боковые откосы для первых четырех вариантов (см. рис.5.8) относительно тепловых потерь через кпрпичную стену без окон­ного проема имеет следующие значения (на основе данных рис.5.11): при пер­вом варианте доля откоса составляет 26%, во втором варианте - 24%, в треть­ем варианте - 15% и в четвертом варианте - 9% (рис.5.12). Таким образом, применение утепления внутреннего откоса является более эффективным вари­антом с точки зрения снижения тепловых потерь через оконные откосы в од­нослойной кирпичной стене.

На основе проведенных расчетов можно сделать следующие выводы:

1. С уменьшением толщины оконного блока в однослойных кирпичных стенах увеличивается доля потерь через оконные откосы.

2. Выполненные расчеты позволили определить, что оптимальное рас­стояние от наружной грани кирпичной стены до оконного блока с точки зре­ния минимума тепловых потерь составляет 250 мм. Увеличение или уменьше­ние этого расстояния ведет к повышению тепловых потерь.

3. Для оценки влияния того или иного фактора, необходимо обращать внимание не только на изменение температуры стены и оконного откоса, но и на величину теплопотерь через них, так как повышение температуры откоса не всегда ведет к уменьшению общих теплопотерь через рассматриваемую кон­струкцию наружного ограждения.

4. Проведенные расчеты позволили определить, что применение различ­ных способов утепления наружной кирпичной стены ведет к уменьшения теп­ловых потерь через боковые оконные откосы на 8-64%. Наибольшее снижение теплопотерь через боковые оконные откосы имеет место при утеплении их с внутренней стороны эффективным утеплителем.

5. Численные расчеты показали, что увеличение теплопотерь через боко­вые оконные откосы составляет через обычную кирпичную стену 14%, через стену с наружным утеплением - 25% и через стену с применение внутреннего утепления - 36%, т. е. в случае увеличения теплозащитных свойств глади сте­ны без дополнительного утепления оконных откосов, увеличивается относи­тельная доля тепловых потерь через оконные откосы наружных стен.

В рамках представленной работы были получены следующие результаты.

1. Проведены комплексные исследования тепловых характеристик для различных видов современных стеклопакетов, изготовленных по новым тех­нологиям в единых экспериментальных условиях, которые позволили выявить влияние различных факторов на тепловые характеристики оконных заполне­ний, таких как рядность остекления, заполнение межстекольных пространств различными газами, использование теплоотражающих покрытий.

2. На основе выполненных экспериментов найдены соотношения между конвективными и лучистыми потоками и доля вклада в сопротивление тепло­передаче термических сопротивлений газовой прослойки и пограничных сло­ев. Полученные экспериментальные данные по тепловым характеристикам оконных заполнений позволяют определить локальные распределения темпе­ратур и тепловых потоков по высоте конструкции, что более точно характери­зует процессы теплопередачи через окна.

3. Экспериментально установлено влияние инфильтрации холодного воз­духа на тепловые характеристики окон при заполнении их стеклопакетами и показано, что в краевых зонах имеет место значительное увеличение тепловых потоков, приводящее к снижению общего сопротивления теплопередаче стек­лопакета.

4. Установлено влияние тепловыделений в межстекольном пространстве при тройном остеклении на тепловые характеристики окна. Показано, что не­большие тепловыделения (50-100 Вт/м) приводят к существенному повыше­нию температуры внутреннего остекления и увеличению сопротивления теп­лопередаче. Экспериментально определена динамика роста температуры в за­висимости от мощности тепловыделений нагревателя. Установлено, что более оптимальным является нагрев теплой прослойки, а также выявлена большая эффективность обогрева с применением теплоотражающих покрытий. Пред­ставленный метод обогрева межстекольного пространства позволяет улучшить тепловую обстановку вблизи окна и уменьшить тепловые потери непосредст­венно из помещения.

5. С использованием численных методов проведены расчеты влияния бо­ковых оконных откосов на тепловые потери через ограждающие конструкции. Показано, что при увеличении толщины оконной коробки от 60 до 180 мм происходит повышение температуры бокового оконного откоса на 5°С и сни­жение теплопотерь через откосы с 26 до 12%. Установлено, что местоположе­ние окна в стене незначительно влияет на тепловые потери через ограждаю­щие конструкции, а также, что оптимальное расстояние от наружной грани стены до оконного блока с точки зрения минимума тепловых потерь составля­ет 250 мм. Увеличение или уменьшение этого расстояния ведет к повышению тепловых потерь. Установлено, что применение различных способов утепле­ния наружной кирпичной стены ведет к уменьшения тепловых потерь через боковые оконные откосы на 8-64%. Наибольшее снижение теплопотерь через боковые оконные откосы имеет место при утеплении их с внутренней стороны эффективным утеплителем.