Коэффициент сопротивления теплопередачи стеклопакетов

Теплопроводность пластикового окна,теплопроводность стеклопакета по сравнению со стеновыми материалами

Чем лучше утеплен дом, тем меньше нужно его топить в морозы.
Что выгоднее: основательно утеплить дом или не тратиться на это? Деньги вы сэкономите, но зато потом много лет будете зимой, как говорится, обогревать атмосферу, то есть выбрасывать деньги на ветер, в буквальном смысле слова.

Итак, прежде всего нужно разобраться, сколько тепла теряет ваш дом (это относится и к вновь проектируемому жилищу). Если посмотреть на жилой дом через прибор ночного видения, можно увидеть, что называется, своими глазами, как он теряет тепло — через стены не очень сильно, через крышу еще меньше; сильные выбросы тепла идут через окна; в землю тоже уходит тепло, хотя наш прибор этого не покажет.

Тепло уходит через (синие участки «холодные», а красные «горячие»):

• Стены ~ 30%;
• кровлю ~ 14%;
• пол ~ 12%;
• окна ~ 44%.

Важно! Только 30% от всех потерь через окна происходит из-за конвенции (переносу тепла воздушными потоками внутри стеклопакета) и теплопередачи (переносу тепла по твердому материалу окна), а 70% от всех потерь через окна происходит из-за длинноволнового инфракрасного теплового излучения через стекло, которые можно и нужно предотвратить, а о том, как это сделать, можно узнать из данной статьи.

Расчет коэффициента теплопроводности

К или коэффициент теплопроводности выражается количеством тепла в Вт, проходящим через 1 м2 ограждающей конструкции с разницей температур в обеих средах 1 градус по шкале Кельвина. А измеряется он в Вт/м2.
Теплопроводность стеклопакета показывает, насколько эффективными изоляционными свойствами он обладает. Маленькое значение k означает небольшую теплопередачу и, соответственно, незначительную потерю тепла через конструкцию. В то же самое время теплоизоляционные свойства такого стеклопакета являются достаточно высокими.

Однако упрощенный пересчет k в величину Ro (k=1/Ro) не может считаться правильным. Это связано с разницей применяемых методик измерения в РФ и других государствах. Производитель представляет потребителям показатель теплопроводности только в том случае, если продукция прошла обязательную сертификацию.

Самая высокая теплопроводность у металлов, а самая низкая у воздуха. Из этого следует, что у изделия, имеющего много воздушных камер, низкая теплопроводность. Поэтому оно оптимально для пользователей, использующих строительные конструкции.

Сравнительная таблица эффективности стеклопакетов

Пояснения и условные обозначения: В графе «формула стеклопакета» указана толщина в миллиметрах его «составляющих», где 4-миллиметровые стекла отделяют друг от друга воздушные прослойки (камеры), заполненные обычным воздухом или аргоном (где указана литера «а»).

К-стекло – энергосберегающее низкоэмиссионное стекло, отличающееся от обычного специальным прозрачным покрытием из оксидов металлов InSnO2. Данное покрытие отражает тепловое длинноволновое излучение обратно в помещение. Если величина излучательной способности простого стекла составляет 0,84, то у К-стекла обычно около 0,2. Это значит, что К-стекло возвращает в помещение примерно 70% теплового излучения, которое на него попадает. Одновременно К-стекло способно защитить помещение от нагрева в жаркую солнечную погоду, также отражая большую часть тепловых волн.

Существует еще более эффективное низкоэмиссионное i-стекло (их нет в таблице). Оно примерно в полтора раза эффективнее К-стекла и имеет величину излучательной способности до 0,04.

Как проводится измерение показателя (сопротивления теплопередаче коэффициента R0)

Потери тепла иногда количественно определяются с точки зрения теплосопротивления стеклопакета или коэффициента сопротивления теплопередаче R0. Это значение, обратное коэффициенту теплопередачи U. R = 1/U (при переводе Европейских коэффициентов U в Российские R0 не следует забывать, что наружные температуры, используемые для расчетов, сильно отличаются).

В свою очередь, коэффициент теплопередачи U, характеризует способность конструкции передавать тепло. Физический смысл ясен из его размерности. U = 1 Вт/м2С – поток тепла в 1 Ватт, проходящий через кв. метр остекление при разнице температуры (снаружи и внутри) в 1 градус по Цельсию (В Европейских странах коэффициент теплопроводности остекления рассчитывается согласно EN 673). Чем меньше получаемое в результате число, тем лучше теплоизоляционная функция светопрозрачной конструкции.

Надежные компании-производители светопрозрачных конструкций ставят коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакета в зависимость не только от качества самой конструкции, но и от применения особых технологических операций в процессе изготовления продукции, например, нанесения специального магнетронного, солнцезащитного и энергосберегающего покрытия на поверхность стекла, специальных технологий герметизации, заполнения междустекольного пространства инертными газами и т.п.

В результате этот показатель характеризует не только конкретную функцию теплозащиты, но и качество всего производственного процесса, и качество готового продукта. Эту величину рекомендуется держать под контролем и измерять регулярно — и на различных этапах изготовления, и, с особой тщательностью, на готовых образцах продукции.

Выбор окон, в зависимости от региона проживания

Как же выбрать окно в зависимости от региона Вашего проживания?

Какие параметры должны повлиять на Ваш выбор, какая разница между городами находящихся в одной стране, но в абсолютно разных регионах и климатических зонах?

Давайте разберемся по порядку.

Окно – это конструкция состоящая в основном из оконной рамы (рама и створка может быть из ПВХ, дерева или алюминия «теплого») и стеклопакета. Каждый из этих материалов имеет свои показатели энергоэффективности (теплоизоляции), которые необходимо принимать во внимание, выбирая оконную конструкцию именно для Вашего региона.

Основная задача современных окон – это защита помещения от холода и посторонних звуков со стороны улицы не в ущерб светопрозрачности. Защита от холода достигается путем необходимой и достаточной для данного региона теплоизоляции окна.

Теплоизоляция – одна из основных функций окна, которая обеспечивает комфортные условия внутри помещения.

В России для оценки теплозащитных характеристик конструкций принято сопротивление теплопередаче Ro (м²•°C/Вт), величина, обратная коэффициенту теплопроводности k, который принят в нормах DIN.

Коэффициент теплопроводности k характеризует количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1м² конструкции при разности температур по обе стороны в один градус по шкале Кельвина (К), единица измерения Вт/м² К. Чем меньше значение k, тем меньше теплопередача через конструкцию, т.е. выше ее изоляционные свойства.

И наоборот (для России) чем больше сопротивление теплопередаче Ro (м²•°C/Вт), тем лучше теплоизоляционные свойства окна. Необходимо это уяснить и использовать при выборе окна.

Какие же факторы влияют на значение сопротивления теплопередаче окна Ro (м²•°C/Вт)?

•габариты окна (чем больше габариты окна, тем больше будут потери тепла и хуже теплоизоляция);

•поперечное сечение рамы и створки (чем толще сечение створки/рамы, тем больше их сопротивление теплопередачи и всего окна в целом);

•материал оконного блока (разные материалы имеют различные Ro (м²•°C/Вт);дерево, ПВХ, алюминий «холодный», алюминия «теплый» с термомостом);

•тип стеклопакета (в т.ч. ширина дистанционной рамки стеклопакета, наличие селективного стекла и специального газа в стеклопакете, количество камер);

•количество и местоположение уплотнителей в системе рама/створка (чем лучше и плотнее прилегают уплотнители, тем меньше возможных продуваний).

От значения показателей Ro зависит и температура поверхности ограждающей конструкции, обращенная внутрь помещения. При большой разнице температур происходит излучение тепла в сторону холодной поверхности.

Плохие теплозащитные свойства окон неизбежно приводят к появлению холодного излучения в зоне окон и возможности появления конденсата на самих окнах или в зоне их примыкания к другим конструкциям. Причем это может происходить не только, в следствии, низкого сопротивления теплопередачи конструкции окна, но также и плохого уплотнения стыков рамы и створки.

Из этого можно сделать вывод: сопротивление теплопередаче Ro м²•°C/Вт окна в первую очередь влияет на его выбор. Сопротивление теплопередаче Ro для окна рассчитывается исходя из климатических параметров региона проживания, и могут сильно разниться:

Оконные компании при изготовлении продукции в первую очередь принимают во внимание регион, в котором будут эксплуатироваться их изделия. Когда специалисты рассчитывают уровень суровости климата в регионе, они по специальной формуле находят числовое значение продолжительности отопительного периода в градусо-сутках. Чем больше числовое значение этого параметра, тем продолжительнее холода.

Оконный профиль (ПВХ, дерево, алюминий «теплый») должен обладать показателями приведённого сопротивления теплопередаче, соответствующими климату.

Оконная рама, конечно же, важна для изготовления качественного окна, но при этом не стоит забывать про стеклопакет. Он занимает около 80% всей площади окна. В зависимости от того, сколько стекол используется в стеклопакете, различают однокамерный (два стекла и одна воздушная камера между ними), двухкамерный (три стекла и две воздушные камеры).

Обычное стекло служит слабой преградой для потерь энергии, полученной от отопительных приборов (через обычное стекло уходит свыше 40% тепла), и оно слабо препятствует поступлению избыточной солнечной энергии в спальню (обычное стекло пропускает свыше 80% солнечного тепла).

Поэтому однокамерный стеклопакет, изготовленный из двух обычных стёкол, – не самый удачный выбор для России, так как при наружной температуре –26ºС и температуре воздуха в комнате +20ºС температура поверхности стекла со стороны помещения будет не выше +5ºС.

Будет казаться, что из окна дует. На самом деле это – конвекционный (теплообменный) сквозняк, результатом которого станет появление влаги (конденсата) на поверхности окна (о чем писалось ранее).

Чтобы сократить расходы на отопление и кондиционирование помещений были разработаны, так называемые, «селективные» стекла: I, K и другие виды стекла. Технология их изготовления предполагает, что на поверхность обычного стекла промышленным способом наносят специальные оптические (светопрозрачные) покрытия, которые не пропускают холод и жару, а также за счёт отражения инфракрасных (тепловых) лучей сохраняют внутреннюю температуру помещения на комфортном уровне. Различие между ними заключается в химическом составе покрытий и в эффективности их действия.

Более эффективным является I-стекло. На его поверхность в качестве покрытия нанесен оксид серебра. Благодаря этому, материал обладает очень хорошим значением приведённого сопротивления теплопередаче (в 2,5 раза большим, чем у обычного стекла) и отражает почти 80 % длинноволновых (инфракрасных) излучений.

Установка I-стекла в качестве внутреннего в стеклопакет заметно повысит его общую энергоэффективность:

Из таблицы видно, что однокамерный стеклопакет с I стеклом по энергосбережению почти равняется 2-х камерному стеклопакету с обычным стеклом. При этом вес стеклопакета остаётся таким же. Это снижает нагрузку на фурнитуру. А значит, увеличивает срок её эксплуатации. Но необходимо учитывать, что стеклопакет с I стеклом дороже обычного.

Перед покупкой и установкой светопрозрачной конструкции (окна) для начала определитесь с типом оконного профиля (ПВХ, дерево, алюминий «теплый», «холодный»).

Проконсультируйтесь с производителем, подходит ли этот профиль для Вашего региона по сопротивлению теплопередаче Ro (м²•°C/Вт). Выбор стеклопакета является вторым важным моментом, уточните у производителя, какие стеклопакеты могут быть установлены на выбранную Вами профильную систему.

И не забывайте оценку соотношения цены, качества и общей теплоизоляции выбранного Вами окна.

Показатель теплопередачи профильной системы

В ГОСТ 30673-99 указаны требования к энергоэффективности ПВХ конструкций:

• 3-х камерные ПВХ профили — 0,6-0,69 (м2•°С)/Вт.
• 4-х камерные ПВХ профили — 0,7-0,79 (м2•°С)/Вт.
• 5-и камерные ПВХ профили более 0,80 (м2•°С)/Вт.

Так как на рамы со створками уходит приблизительно 30% от всей площади проема, коэффициент теплопередачи окна примерно на треть зависит от того, какие свойства имеет пластиковый профиль. На характеристики ПВХ конструкций влияет то, сколько камер имеет профиль, насколько толстыми являются внешние и внутренние стенки, присутствует ли армирование и на какую глубину установлены окна.

Полезная информация и рекомендации

Важно отметить, что специалисты в области строительства выделяют несколько типов сопротивления, а именно:

• приведенное;
• термическое;
• нормативное.

” alt=””> Они все отличаются характеристиками измерения, а также способом обеспечения теплоотдачи. Разберем детально каждый из них. Первым делом следует сказать, что сегодня на территории нашего государства действует нормативно-техническая документация, которая устанавливает требования к тепловой защите сооружений (Свод правил 50.13330.2012).

Базовые значения необходимого сопротивления для сооружений

Похожие статьи

Об авторе

Приведенное сопротивление теплопередаче окон

Для расчетов характеристик проектируемых и строящихся объектов используется величина, названная приведенным сопротивлением теплопередаче оконных блоков Rпр. Это усредненная величина, в которой учтены СТП пакета стекол, оконного профиля и крепежных элементов. Чем больше Rпр, тем меньше через окно утекает тепла “на сторону”.

Производители, предлагающие свою продукцию для работ по остеклению, обязаны обеспечивать теплоизоляционные параметры в соответствии с ГОСТ 30674-99, действие которого распространяется на оконные блоки из ПВХ профилей. Этот документ задает требуемые уровни Rпр для различных конструкций стеклопакетов на базе трехкамерных профилей.

Типовые значения Rпр представлены в следующей таблице:

Значения Rпр регламентированы для оконных проемов, у которых светопропрозрачная часть составляет 70% от общей площади. В случаях использования профилей другой конструкции (например, иное количество камер) Rпр определяется экспериментально на специальном оборудовании.

Плотность стекла

Необходимо отметить, что плотность стекла зависит от температуры. При нагревании стекла его плотность снижается из-за увеличения объема за счет теплового расширения. В процессе нагрева плотность стекла снижается в среднем на 7,5 кг/м 3 на каждые 50 градусов температуры.

Термообработка также влияет на величину плотности стекла. В процессе закалки и отжига стекла изменяется его внутренняя структура. При закалке фиксируется состояние высокотемпературной структуры расплава, которая обладает большим объемом, чем структура стекла, подвергнутого длительному отжигу. В результате термообработки плотность закаленного стекла становиться ниже на 4-5%, по сравнению с отожженным.

Экспериментально определить плотность стекла или изделия из него можно с высокой точностью по методу пикнометра или с помощью гидростатических весов. Метод гидростатического взвешивания основан на законе Архимеда и сводится к определению объема вытесненной стеклом жидкости.

Плотность стекла в кг/м 3

В следующей таблице представлена плотность оптического бесцветного стекла обычных марок по ГОСТ 3514 при комнатной температуре.

Плотность оптического стекла распространенных марок

Технические характеристики стеклопакетов

Количество камер изделия влияет на теплосопротивление стеклопакета даже, если стекла имеют одинаковую толщину. Чем больше в конструкции предусмотрено камер, тем она будет более теплосберегающей.

Последние современные конструкции отличают более высокие теплотехнические характеристики стеклопакетов. Чтобы добиться максимального значения сопротивления теплопередаче, современные компании-производители оконной индустрии заполнили камеры изделий с помощью специального наполнения инертными газами и нанесли на поверхность стекла низкоэмиссионного покрытие.

Надежные компании-производители светопрозрачных конструкций ставят коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакета в зависимость не только от качества самой конструкции, но и от применения особых технологических операций в процессе изготовления продукции, например, нанесения специального магнетронного, солнцезащитного и энергосберегающего покрытия на поверхность стекла, специальных технологий герметизации, заполнения междустекольного пространства инертными газами и т.п.

Перенос тепла в такой современной конструкции между стеклами происходит благодаря излучению. Эффективность сопротивления теплопередачи при этом увеличивается в 2 раза, если сравнивать данную конструкцию с обычной. Покрытие, обладающее теплоотражающими свойствами, способно намного снизить теплообмен лучей, происходящий между стеклами. Используемый для заполнения камер аргон позволяет уменьшить теплопроводность с конвекцией в прослойке между стеклами.

В результате газовое наполнение вместе с низкоэмиссионным покрытием увеличивают сопротивление теплопередаче стеклопакетов на 80%, если сравнивать их с обычными стеклопакетами, которые не являются энергосберегающими.

Тенденции, наметившиеся в оконной индустрии

Стеклопакет, занимающий не менее 70% от оконной конструкции, был усовершенствован, чтобы максимально снизить теплопотери через него. Благодаря внедрению в производство новых разработок, на рынке появились селективные стекла, имеющие специальное покрытие:

• К-стекло, характеризующееся твердым покрытием;
• i-стекло, характеризующееся мягким покрытием.

На сегодняшний день все больше потребителей предпочитают стеклопакеты с i-стеклами, теплоизоляционные характеристики которых выше, чем у К-стекол в 1,5 раза. Если обратиться к данным статистики, то продажи стеклопакетов с нанесенными теплосберегающими покрытиями увеличилось до 70% от объема всех продаж в США, до 95% в Западной Европе, до 45% в России. А значения коэффициента сопротивления теплопередаче стеклопакетов варьируется от 0.60 до 1.15 м2 *0С\Вт.

Преимущества с/п с энергосберегающим И-стеклом

Во-первых, И-стекло отражает длинноволновые тепловые лучи в сторону их излучателя (то есть зимой в сторону квартиры, где работают отопительные приборы, а летом в сторону улицы, где находятся нагретые солнцем камни, асфальт и т.д.), что значительно снижает расходы на отопление зимой (до 60%) и на кондиционирование летом (до 30%). Иными словами, покрытие оставляет тепло там, где его больше (эффект термоса). Теплоизолирующая способность с/п с И-стеклом значительно выше по сравнению с обычным двухкамерным с/п.

Во-вторых, с/п с И-стеклом имеет значительный выигрыш и в отношении комфортности в помещении. Например, при наружной температуре —26 °С и температуре в помещении +25 °С, у обычного однокамерного с/п температура стекла на внутренней поверхности внутри помещения будет +5° С, у обычного 2-х камерного с/п +11 °С, а у однокамерного с/п с И-стеклом +14° С. А если «как себе» поставить 2-х камерный с/п максимальной толщины 42 мм (возможно при использовании профиля ПВХ монтажной глубиной 70 мм) с И-стеклом, то температура у окна будет больше +17 °С! Это означает, что режим нагрева помещения может быть изменен, т.к. отопительной системе нет необходимости компенсировать значительную «холодную» зону вблизи окна.

Зона вблизи окна из обычного остекления приводит к так называемым эффекту «сквозняка», связанным с заметной конвекцией холодного воздуха вблизи окна (этот же «сквозняк» легко почувствовать рукой, в которой держишь эскимо — даже находясь в квартире, где нет ветра, рука ощущает «холодный ветерок»). Следовательно, использование с/п с И-стеклом увеличивает полезную жилую площадь комнаты за счет комфортного приоконного пространства (в небольшой квартире можно придвинуть стол или кровать ближе к окну), а также не дает влаге осаждаться на стеклах, тем самым исключает появление конденсата.

В-третьих, вес такого однокамерного с/п на 10 кг на 1м.кв. с/п ниже по сравнению с 2-х камерным, что позволяет проектировать большие площади створок окон и дверей, значительно снижает нагрузку на фурнитуру створки Вашего окна и увеличивает срок ее эксплуатации.

В-четвертых, это И-стекло препятствует выгоранию обоев, обивки и предметов интерьера из-за отсутствия солнечного перегрева летом без использования штор или затемненных стекол. При этом прозрачность И-стекла сравнима с прозрачностью обычного стекла. Подобный набор свойств не доступен ни одному другому типу остекления на сегодняшний день.

Чтобы убедиться, что вы являетесь счастливым обладателем окон с таким стеклом, можно в сумерки поднести к окну пламя зажигалки и увидеть среди отраженных одно отражение с оттенком другого цвета как на рисунке.

Подытожив все вышесказанное, скажем, что установив у себя в доме пластиковые окна и двери производства нашей компании Евростиль с энергосберегающими стеклопакетами, вы экономите средства и создаете комфортные условия в помещении, а это хорошее настроение и здоровье у вас и ваших близких!

Выводы

Подводя итог, определяющий, какие окна выбрать — деревянные или пластиковые, нужно взвесить за и против каждого из материалов.

Деревянные окна плюсы и минусы

К достоинствам деревянных окон следует отнести:

• красоту, делающую их эстетичным дополнением к любому интерьеру;
• низкую теплопроводность, позволяющую им лучше сохранять тепло в доме;
• экологичность материала изготовления;
• долгий срок службы;
• способность древесины дышать, нет проблем с проветриванием.

Недостатки деревянных окон заключаются в следующем:

• сравнительно высокая стоимость, (особенно дерево-алюминиевые);
• покрытие рамы не вечно и требует регулярного обновления;
• при некачественной пропитке антипиренами высока вероятность возгорания;
• долго изготавливаются (около месяца);

Как рассчитать теплопроводность стеклопакета

Теплопроводность — это физическая величина, характеризующая способность вещества или тела проводить тепло. Чем ее значение больше, тем быстрее происходит передача тепла от тела с большей температурой к меньшей. То есть коэффициент теплопроводности K является обратной величиной к R0 — СТП, принятому к применению в России.

Чем меньше K, тем лучше теплоизоляционные свойства конструкции. Коэффициент K применяется в стандартах и нормах, разработанных DIN (Институт ФРГ по стандартизации), имеющего статус ведущего органа по стандартизации в Европе.

Для примерных расчетов можно использовать формулу:

K = 1 / R0

Размерность K в системе СИ — [Вт/м2*/ 0С]. Некоторые производители представляют на своих сайтах онлайн-калькулятор, с помощью которого потенциальный покупатель может рассчитать характеристики будущего оконного проема с индивидуальными (“под себя”) параметрами.

Преимущества энергосберегающего И-стекла

Остекление с помощью новинки предлагает следующие выгоды:

1. Способность И-стекла отражать длинные тепловые волны в сторону излучателя минимизирует затраты на отопление зимой (до 2/3) и кондиционирование помещений летом (до 1/3). Теплоизоляция И-стекла намного выше, чем у обычного двухкамерного стеклопакета.
2. Наличие И-стекла в силу отражающих свойств решает сразу несколько проблем: выгорание обоев, обивки мебели и других предметов интерьера; не требует использования штор, жалюзи и других затемняющих помещение предметов. Прозрачность такого стекла ничуть не меньше, чем у обычного.
3. И-стекло обеспечивает максимально комфортный микроклимат во всем пространстве помещения, в том числе и приоконной зоне. Именно здесь рядом с обычным стеклопакетом нередко (в силу разности температур в помещении, на поверхности стекла и за окном) образуются сквозняки. На поверхности И-стекла при температуре за окном +24оС и +20оС внутри образуется комфортные +17оС, тогда как на однокамерном стеклопакете – +5оС, на двухкамерном – +13оС. Небольшая разница температуры И-стекла и воздуха в помещении предупреждает запотевание, не образует сквозняков, позволяя эффективно использовать и пространство у окна.

Удельная теплоемкость стекла

В таблице представлена удельная теплоемкость стекла различных видов и плотности в зависимости от температуры. Теплоемкость стекол дана в интервале температуры от 173 до 1473 К (-100…1200 °С). Размерность теплоемкости в таблице кДж/(кг·град).

Приведена удельная теплоемкость следующих стекол: стекло кварцевое, крон, натриевое, оконное, пирекс, термометрическое стекло, стекло флинт, стекла из природных силикатов: анорит, альбит, волластонит, диопсид, микроклин.

Удельная теплоемкость стекла основных типов находится в диапазоне 490…1125 Дж/(кг·град). К примеру, удельная теплоемкость силикатных стекол находится в диапазоне от 300 до 1050 Дж/(кг·град) и зависит от состава стекла. Низкая теплоемкость характерна для стекол с высоким содержанием тяжелых элементов — таких, как барий или свинец — это относится в первую очередь к тяжелым кронам и флинтам. К стеклам с высокой теплоемкостью при обычных температурах можно отнести такие, как: пирекс, натриевое стекло, термометрическое.

Следует отметить, что удельная теплоемкость стекла зависит от температуры — при нагревании стекла ее значение увеличивается. Например, удельная теплоемкость кварцевого стекла при температуре 1200°С на 25-30% выше этой величины при 20°С.

Конструкция стеклопакета

Обычно стеклопакет состоит из двух или трех листов стекла, которые имеют одинаковую ширину и высоту. При этом толщина стекол может быть как одинаковой, так и различной. Эти стекла устанавливаются на заданном расстоянии друг от друга и склеиваются вместе по их кромкам. Поэтому их называют клееными

стеклопакетами [1]. Между стеклами образуется герметичная полость – камера стеклопакета (рисунок 1).

Рисунок 1 – Конструкция стеклопакета

Эта камера содержит сухой воздух или, иногда, инертные газы аргон или криптон. При этом никакого вакуума в этой полости не создается, как это иногда ошибочно считают.

(О действительно вакуумных

стеклопакетах см. здесь.)

[ссылка на статью 18-03-03 о вакуумных стеклопакетах]

Дистанционная рамка, которая отделяет листы стекол друг от друга, имеет определенное влияние на теплоизолирующие свойства стеклопакета и, особенно, на точку росы на кромках стеклопакета. Часто дистанционные рамки называют спейсерами от соответствующего английского термина «spacer». Ниже для краткости и мы будем их так называть.

Вычисление общей теплопроводности окна

Для определения показателя сопротивления теплопередачи не нужно обладать особыми знаниями. Достаточно будет использования теплотехнической информации о профильных системах наряду со стеклопакетами. Делать акцент нужно сразу на нескольких коэффициентах. Беря во внимание теплопроводность створок с рамами и стеклопакетами, удастся получить точные данные. Во время вычислений обязательно учитываются показатели:

• R sp – коэффициент стеклопакета.
• R p – коэффициент переплета окна.
• β – отношения площади светопрозрачной части изделия к общей оконной площади.

Эти показатели нужны для вычисления теплопроводности конструкции по формуле:

R= R sp×R p/((1- β)×Rsp + β×R p).

У каждого профиля и стеклопакета свои коэффициенты, поэтому определить среднее значение не представляется возможным. В ином случае все окна удерживали бы тепло совершенно одинаково. Для вычисления площади переплета показатель длины составных элементов створок с рамами умножается на ширину профилей, после чего значения суммируются. Площадь остекления приравнивается к площади световых проемов.

Проведение расчетов: самостоятельно или обратиться к специалисту?

Необходимо сказать, что определить сопротивление теплопередаче окон самостоятельно, не имея опыта и навыков в этом деле, не так просто. Лучший и наиболее оптимальный вариант – обратиться за помощью к специалисту, который наверняка знает, как именно проводить расчеты, чтобы в результате не было никаких ошибок, а погрешности были минимальными. Если у вас нет знакомых в строительной отрасли, а финансовое положение не позволяет оплатить услуги профессионалов, то вы можете воспользоваться специальным калькулятором, который в режиме реального времени поможет определить, насколько соответствуют характеристики изделия приведенному сопротивлению. Кроме того, методика расчетов в таком случае весьма проста и понятна. Разобраться в ней можно самостоятельно, поэтому определить площадь однородных зон для каждого конкретного элемента можно будет достаточно быстро. Практически все теплотехнические свойства представлены в тематических таблицах и вырезках из нормативно-технической документации. Они размещены в свободном доступе в Интернете на различных форумах и строительных порталах.

Схема размещения термопар и тепломеров на образце оконного блока (по ГОСТу).

Что такое теплопроводность окна и от чего она зависит?

Если максимально упростить, то теплопроводность окон ПВХ – способность профильной конструкции с закрытыми створками удержать внутри помещения определенное количество энергии. Однако такого определения недостаточно, что понять суть процесса. Ведь через те же стеклопакеты утечка тепла происходит разными способами:

• 30% потерь энергии происходит за счет конвекции внутри стеклопакетов и воздушных камер и теплопередачи через твердые компоненты оконных или дверных блоков;
• 70% тепла уходит за пределы помещения вместе и инфракрасными волнами.

Этот простой анализ позволяет понять, как можно существенно уменьшить утечку энергии. Поскольку инфракрасные волны проходят через стекла, именно этим зонам оконных и дверных блоков требуется уделить двойное внимание. Ведь стеклопакеты занимают самую большую площадь в оконных проемах и через них уходит максимальное количество тепла. Статистика показывает, что значительно повысить энергоэффективность профильных конструкций можно в том случае, если получится задержать инфракрасные волны. При этом нельзя оставлять без внимания ПВХ-системы, так как коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов в определенной мере зависит от их особенностей. Например, форма сечения профилей влияет на глубину посадки и максимальную толщину стеклопакетов. От упомянутых размеров зависит суммарная энергоэффективность окон. Кроме этого, хорошие профили замедляют процесс теплообмена по периметру световых проемов и распространение холода от остывших стен. Эти процессы взаимосвязаны и становятся причиной снижения температуры во внутренних помещениях. Последний фактор, который оказывает влияние на уровень теплопроводность окон – герметичность. Однако этот параметр достаточно сложно рассчитать математически. Поэтому заказчику окон достаточно знать, что для обеспечения герметичности требуются качественная фурнитура и армирование профиля. Также нужно уделить внимание качеству установки. Если монтаж выполнен не по правилам, возможна разгерметизация конструкции по периметру рам. Подробнее о требованиях к установке читайте на ОкнаТрейд.

Как вычислить общую теплопроводность окна

Определить точное сопротивление теплопередаче окон достаточно просто. Для этого потребуется использовать теплотехническую информацию о профилях и стеклопакетах. Причем нельзя ориентироваться только на один из коэффициентов. Чтобы получить достоверные данные, требуется учесть теплопроводность створок, рам и стеклопакетов. При вычислениях потребуется применить:

1. R sp – коэффициент стеклопакета.
2. R p – коэффициент оконного переплета.
3. β – отношение площади светопрозрачной части конструкции к общей площади окна.

Теплопроводность окна с учетом этих данных вычисляется по формуле:

R= R sp×R p/((1- β)×Rsp + β×R p)

У разных профилей и стеклопакетов коэффициенты отличаются. Не существует среднего значения. Ведь в таком случае все окна имели бы одинаковую способность удерживать тепло. Точные значения коэффициентов приведены в этой статье в разделах о ПВХ-системах и стеклопакетах. Чтобы вычислить площадь переплета, нужно умножить длину составных элементов створок и рам на ширину профилей, а затем суммировать полученные значения. Площадь остекления равна площади световых проемов.

Почему важно правильно определить теплопередачу оконной конструкции?

Как уже было сказано, главной функцией любого стеклопакета является удержание тепла в помещениях дома. Существует определенное суждение, что пластиковые изделия в разы теплее, нежели деревянные конструкции. Но это мнение субъективно, потому что материал рамы, как уже было сказано, играет далеко не самую важную роль. Формула, описывающая данный параметр, предельно проста и известна нам еще с программы по физике за 8 класс. Она описывает силу потока энергии, который покидает помещение сквозь преграду в 1 квадратный метр площади при разнице температурных показателей в 1 градус. Стоит отметить, что чем меньше показатель U, тем, соответственно, лучше приведенное сопротивление. Разобраться в расчетах без проблем сможет любой опытный специалист в строительной отрасли, но простой человек может счесть формулу достаточно сложной и замысловатой. Но наши соотечественники привыкли жить по принципу «чем больше показатель, тем лучше» либо же просто доверяют тому, что каждый поставщик указывает класс изделия и его характеристики. Но они не всегда соответствуют действительности, поэтому для уверенности стоит перепроверить эти сведения. Именно поэтому в последнее время в оборот была введена величина, имеющая название «сопротивление теплопередаче». Для того чтобы обозначать ее в формуле, используют символ R.

Минимальный коэффициент теплопередачи окон ПВХ

Формула выглядит следующим образом: R = 1/U.

Основные виды стеклопакетов

Стеклопакет (СП), являясь основной частью окна, конструктивно состоит из нескольких стекол, соединенных металлическими (промежуточными) рамками. Промежуток между стеклами называется камерой.

Чаще всего используются три основных вида стекольных пакетов:

• однокамерные — два стекла (внутреннее и наружное);
• двухкамерные — три стекла (внутреннее, наружное и промежуточное);
• трехкамерные — четыре стекла (внутреннее, наружное и 2 промежуточных).

Толщина используемых стекол варьируется от 4 до 6 мм. Для остекления объектов с повышенными требованиями к прочности (большие ветровые нагрузки) могут применяться стекла толщиной 8-10 мм. Промежуток между стеклами может варьироваться — от 8 до 36 мм. Диапазон толщин стеклопакетов составляет от 14 до 60 мм.

СТП самого стекла сравнительно мало ввиду его большой теплопроводности. Для уменьшения теплопотерь межстекольное пространство, заполняется воздухом или инертным газом (аргоном Ar, криптоном Kr, азотом N2). Газонаполненные камеры дают основной вклад в повышение СТП стеклопакета Rсп. Существенно повысить значение Rсп удается также с помощью создания вакуума в камере, но это приводит к резкому удорожанию конечного изделия.

Теплопроводность стекла при различных температурах

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности стекол различной плотности в зависимости от температуры. Теплопроводность стекла приведена при отрицательной и положительной температуре — в интервале от 4 до 1140 К (-269…867°С).
Теплопроводность стекол различных типов при комнатной температуре лежит в диапазоне от 0,7 до 1,6 Вт/(м·град). Например, теплопроводность кварцевого стекла при комнатной температуре составляет величину 1,36 Вт/(м·град); теплопроводность хрусталя находится в пределах 0,88-0,91 Вт/(м·град); теплопроводность фарфора имеет величину 1,68 Вт/(м·град).

При низких отрицательных температурах стекло обладает теплопроводностью 0,13-0,4 Вт/(м·град). При увеличении температуры стекла его теплопроводность возрастает. При высоких температурах теплопроводность стекла увеличивается до значения 2-2,25 Вт/(м·град).

Примечание: Размерность теплопроводности в таблице Вт/(м·град), все образцы отожженые, теплопроводность стекол соответствует указанным в таблице температурам, возможна интерполяция данных.

Требуемое сопротивление теплопередаче окон

Основная физическая единица характеризующая, теплопроводность окна является приведенное сопротивление теплопередаче Ropr (м2*°С)/Вт.

Обычному человеку значение Ropr (м2°С)/Вт ни о чем не говорит, и при выборе окон часто можно слышать такие советы:

Обращайте внимание на теплоизоляционный показатель выбираемого окна – сопротивление теплопередаче. Величину его брать чем больше, тем лучше. Минимальное R рекомендую не ниже 0,55 (м2°С/Вт) – как для средней полосы России.

Т. е. используется подход чем больше, тем лучше.

Не зная требуемую величину Ropr для Вашего региона Вы совершенно “слепы” при выборе окна.

мы рассматривали физические свойства сопротивления теплопередаче Ropr (м2°С)/Вт.

Согласно СП 50.13330.2012 СВОД ПРАВИЛ ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ

5.1 Теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

• а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);
• б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
• в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).

Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а), б) и в).

Теплоемкость, состав и другие физические свойства фарфора

В таблице представлен состав, тепловые и физические свойства фарфора при комнатной температуре. Свойства фарфора указаны для следующих типов: установочный, низковольтный фарфор, высоковольтный и химически стойкий.

Представлены следующие свойства фарфора:

Следует особо отметить такое свойство фарфора, как теплоемкость. Удельная теплоемкость фарфора составляет от 750 до 925 Дж/(кг·град). Наибольшим значением теплоемкости обладает установочный фарфор, наименьшим — химически стойкий.

Дополнительные способы уменьшения теплопотерь

Внушительного снижения теплопотерь удается достичь с помощью специальных покрытий. Сверхтонкий слой окислов металла наносится на внутреннюю поверхность стекла, что гарантирует его сохранность в процессе эксплуатации. Эта дополнительная пленка полностью пропускает видимый свет, но при этом выступает своеобразным “зеркалом”, отражающим электромагнитное излучение инфракрасного (ИК) диапазона. Как известно из физики, нагретые тела значительную часть своей внутренней энергию излучают в этой области спектра.

Различают два вида стекол с дополнительным напылением:

• k-стекла — получают нанесением оксидов металлов. Покрытие толщиной 0,4-0,5 мкм практически не влияет на светопропускание окна;
• i-стекла — это технология сложнее, а значит стекла получаются дороже. Пленка получается двойным напылением в вакууме нескольких чередующихся слоев: между оксидных слоев наносятся слои чистого металла (обычно используется серебро толщиной 10-15 нанометров).

Применение таких покрытий позволяет снизить расходы на отопление на 15-20%.

Роль окна из ПВХ профиля в теплозащите помещения

На сегодняшний день большая часть предприятий, занимающихся изготовлением пластиковых окон и дверей использует 3-х камерный профиль (различных производителей) и двухкамерный стеклопакет (далее с/п) (4М—10—4М—10-4М). Согласно ГОСТ 30674-99 «Блоки оконные из поливинилхлоридных профилей» сопротивление теплопередаче оконной конструкции изготовленной из 3-х камерного профиля с двухкамерным с/п 4М—10—4М—10—4М (наиболее распространенный и часто используемый с/п) составляет 0,51 (м2•°С)/Вт.

Однокамерные стеклопакеты

От чего зависят эти тепловые потери

Они тем больше, чем больше разность температур в доме и на улице. Они тем меньше, чем выше теплозащитные свойства стены (или, как говорят, ограждающей поверхности). Стена сопротивляется утечке тепла, поэтому ее теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередаче.

Сопротивление теплопередаче показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр стены при определенном перепаде температур (или наоборот: какой перепад температур возникнет при прохождении заданного количества тепла через квадратный метр стены).

Формула проста, как закон Ома:

• R=д/q

где:

• q — это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (стены, крыша и т. д.). Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м2);
• д — это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, наконец;
• R — это сопротивление теплопередаче (размерность (м2•°С)/Вт).

В качестве примера: сколько будет стоить комфорт зимой хозяину остекленной и идеально утепленной лоджии? Не будем учитывать потери на нагрев свежего воздуха из форточки и потери тепла через стены, пол и потолок. Только через самое лучшее на сегодняшний день остекление с R=0,8 площадью 10 кв.м при разнице температур от -20 до +20 будет теряться 0,5 кВт в час, т.е. теплый пол накрутит примерно 360 кВт в морозный месяц!

Подобно тому как электрическое сопротивление R характеризует способность проводника препятствовать прохождению электрического тока, так и тепловое сопротивление R показывает, насколько поверхность, ограждающая жилой объем, препятствует утечке тепла наружу.

Эта аналогия не случайная — мы имеем дело с законом подобия: прохождение тока под действием разности потенциалов и теплового потока через вещество под действием разницы температур описываются одинаковыми математическими уравнениями.

Если речь идет о многослойной стенке, то сопротивления отдельных слоев просто складывают (в точности как последовательные сопротивления в электрической цепи). Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:

• R(сумм.) = R(дер.) + R(возд.) + R(кирп.).

При проектировании и строительстве жилых зданий начиная с 2003 года необходимо соблюдать требования СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», иначе построенное здание не будет разрешено заселять и использовать. Поскольку требования к сопротивлению стен теплопередаче по этому документу очень высокие, в последнее время разрабатывается значительное количество строительных материалов, обладающих низким коэффициентом теплопроводности.

Это всевозможные утеплители, газосиликатные и пенобетонные блоки, поризованная и сверхпоризованная керамика, многопустотные крупногабаритные блоки. Для нашего Урало-Сибирского региона сопротивление теплопередаче для внешних стен жилых домов должно составлять от 3,5 (м2•°С)/Вт (k = 0,29 Вт/(м2•°С)). До 1995 года требуемое сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей в жилых домах составляло 0,45 (м2•°С)/Вт (k = 2,22 Вт/(м2•°С)). Согласно современным нормам требуемое сопротивление теплопередаче окон составляет 0,6 (м2•°С)/Вт (k = 1,67 Вт/(м2•°С)).

Коэффициент теплопроводности полнотелого керамического кирпича равен в среднем 0,6 Вт/(м2•°С), а силикатного 0,8 Вт/(м2•°С). Если рассчитать требуемую толщину стены, сложенной только из этого кирпича, то для керамического кирпича она составит от 2,1 метра, а для силикатного — от 2,8 метра. Это уже не коттедж, а средневековая крепость! А, например, для газосиликатных блоков с коэффициентом теплопроводности 0,14 Вт/(м2•°С) толщина стены будет составлять всего 50 сантиметров.Однако, прочность газосиликатных блоков такова, что их нельзя использовать как несущий материал.

Лукавые рекламщики окон пытаются облукавить покупателя: «В новой кухне-гостиной никогда не будет холодно: окно из профилей «таких-то» с 5-ти камерным строением и системной глубиной 70 мм по теплотехническим характеристикам эквивалентно кирпичной стене толщиной 90 см!» Увы, но самое лучшее современное окно примерно в три раза «холоднее» стены, иначе стеклянные стены перестали бы быть экзотикой и расточительством в наших домах.

Теплоизоляционные свойства материалов

В рекламных материалах часто, в качестве аргумента качества окна, оконного профиля либо стеклопакета приводится толщина кирпичной стены эквивалентная по теплопередаче рекламируемой продукции, при этом звучат цифры порядка 500 — 900 мм. кирпичной кладки. Предлагают сравнить эти значения с толщиной стены в вашей квартире. Этот аргумент очень убедительно действует на заказчика.

Давайте рассмотрим, насколько это соответствует, истине.

Немного теории.

Теплоизоляционные свойства ограждающей конструкции (стены, окна, двери и т.д.) характеризуются сопротивлением теплопередаче Rопр , которое показывает способность материала, площадью один квадратный метр, препятствовать потерям тепла. Чем выше Rопр, тем конструкция имеет лучшую теплоизоляцию.

В то же время, сопротивление теплопередаче Rопр зависит от материала, из которого изготовлена конструкция и толщины конструкции.

Коэффициент теплопроводности материала λ , показывает требуемую толщину стены H (в метрах) для достижения сопротивления теплопередаче Rопр = 1.

Между собой эти три величин связаны, как и закон Ома.

Rопр = H / λ

Соответственно H = Rопр * λ

Т. е. толщина стены равняется, требуемое сопротивление теплопередаче Rопр умноженное на коэффициент теплопроводности материала λ.

В качестве примера рассмотрим оконные профили концерна Rehay применяемые на рынках России, итак:

• профиль REHAU BLITZ имеет Rопр = 0,63, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 510 мм.;
• профиль REHAU EURO-Design имеет Rопр = 0,64, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 518 мм.;
• профиль REHAU SIB-Design имеет Rопр = 0,71, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 575 мм.;
• профиль REHAU DELIGHT-Design имеет Rопр = 0,80, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 648 мм.;
• профиль REHAU BRILLANT-Design имеет Rопр = 0,79, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 640 мм.;
• профиль REHAU INTELIO имеет Rопр = 0,95, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 770 мм.;
• профиль REHAU GENEO имеет Rопр = 1,05, что эквивалентно кирпичной стене толщиной 851 мм.;

Как говорил один классических персонаж: «Все это так, но есть один нюанс».

Так в чем же он?

Все дело в том, что в качестве эквивалента используется кирпичная кладка из силикатного кирпича, имеющего не высокие теплоизоляционные свойства, который используется в основном, в качестве облицовочного и несущего материала. Внутри кладки из силикатного кирпича обязательно находится теплоизоляционный слой, придающий требуемые тепловые качества стене.

Для кирпича λ = 0,81

Если в качестве эквивалента возьмем стену из пенопласта ПС-4, у которого λ = 0,04 то получим совершенно другие значения:

• профиль REHAU BLITZ имеет Rопр = 0,63, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 25 мм.;
• профиль REHAU EURO-Design имеет Rопр = 0,64, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 26 мм.;
• профиль REHAU SIB-Design имеет Rопр = 0,71, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 28 мм.;
• профиль REHAU DELIGHT-Design имеет Rопр = 0,80, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 32 мм.;
• профиль REHAU BRILLANT-Design имеет Rопр = 0,79, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 32 мм.;
• профиль REHAU INTELIO имеет Rопр = 0,95, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 38 мм.;
• профиль REHAU GENEO имеет Rопр = 1,05, что эквивалентно пенопластной стене толщиной 42 мм.;

Т. к. теплопроводность пенопласта в двадцать раз ниже чем у силикатного кирпича то и толщина эквивалентной стены будет в двадцать раз меньше.

Для справки ниже приводятся коэффициенты теплопроводности ? некоторых материалов.

Зная формулу Rопр = H / λ

вы всегда можете, определить требуемое значение по двум другим.