УДК
674:658.512.011.56:69.028(07)
А. С.
Пардаев, к.т.н., доцент; С. П. Трофимов, к.т.н., доцент
Белорусский государственный
технологический университет
энергоэффективные конструкции светопрозрачных
столярно-строительных изделий
Введение. В Республике Беларусь и странах СНГ производства
столярно-строительных изделий (ССИ) развиваются быстрыми темпами. Такие производства
являются крупными потребителями древесины и характеризуются большими объемами
выпуска продукции. Например, годовой выпуск
деревянных оконных блоков только предприятиями концерна «Беллесбумпром»
превышает 170 000 м2.
Изготовление деревянных окон и других
светопрозрачных ССИ, отвечающих требованиям технических нормативно-правовых
актов, в условиях ограничения стоимости объектов массового строительства
является актуальной практической и научной задачей.
Целью данной работы является сбор и анализ информации, а так же подготовка
исходных данных для разработки изделий светопрозрачных ограждающих конструкций
энергоэффективных зданий.
Объектами исследования являются светопрозрачные ССИ (окна, балконные
двери, элементы остекления балконов и лоджий) как составная часть наружных
ограждающих конструкций зданий.
Предметом исследования являются теплотехнические характеристики светопрозрачных
изделий ограждающих конструкции здания.
Основная часть. Светопрозрачные ССИ являются
составной частью наружных ограждающих конструкций зданий, сооружений, некоторых
видов транспортных средств, важным элементом архитектуры и интерьера помещений
[1].
К светопрозрачным ССИ относятся окна и балконные двери (СТБ 939, СТБ
ЕН), мансардные (СТБ 1504) и комбинированные (СТБ 2070) окна, элементы остекления
балконов, лоджий (СТБ 1912) и ряд других изделий, используемых в наружных
ограждающих конструкциях зданий и сооружений.
Функциональные требования к ССИ включают: защиту от воздействий окружающей
среды и проникновения в помещения извне, обеспечение естественного освещения,
звуко- и тепло- и других видов изоляции среды пребывания человека, достаточной
стойкости в действующим внешним и внутренним нагрузкам и воздействиям.
Наряду с критериями теплоизоляции помещений от утечки тепла в окружающее
пространство окна должны оцениваться по функции противодействия нагрева
помещений в летний период, как фактора снижения энергозатрат в системах
кондиционирования.
Дополнительными показателями оценки энергоэффективности ССИ, используемых
в ограждающих конструкциях зданий (окон, дверей и ворот) являются: объемная проницаемость
строительных конструкций (воздухо-, паро- и газопроницаемость), ky, м3 / (с Па); коэффициент
теплопроводности λ (теплопроводность k),
Вт / (м К); коэффициент теплопередачи, K,
Вт / (м2 К); утечка тепла при воздухообмене в режиме проветривания.
В последние годы промышленно развитые страны, близкие Республике Беларусь
по климатическим условиям, приняли кардинальные меры по повышению
энергоэффективности наружных ограждающих конструкций зданий, особенно
значительные в Скандинавии [2]. В соответствии с требованиями EnEV–2009
(немецкий закон об энергосбережении) минимальное сопротивление теплопередаче
окон в ЕС должно составлять 0,7 м2 °C / Вт, а с 01.01.2012 возможно будут
введены еще более жесткие нормы EnEV–2012, по которым оно должно быть не менее
1,1–1,25 м2 °C / Вт.
Однако повышение сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций не в полной мере решает проблему энергосбережения в жилом
доме. Применение окон нового поколения с повышенным термическим сопротивлением
обостряет проблему обеспечения качества воздушной среды в жилых помещениях. При
герметизации окон и монтажных стыков в проемах исключается возможность поддержания
нормативного воздухообмена в помещениях.
Проблему
энергосбережения необходимо решать комплексно за счет совершенствования
конструктивной системы зданий и применения энергоэффективных локальных инженерных
систем воздухообмена или, в их отсутствие, рекуперационных элементов вентиляции
в окнах или в стенах.
В связи с повышением требований к тепловой
эффективности зданий идет поиск решений по увеличению коэффициента термического
сопротивления ограждающих конструкций: совершенствование стеклопакетов,
применение двухслойного остекления стеклопакетами окон раздельной конструкции;
увеличение толщины клееного бруса по направлению перепада температур с 78–84 мм
до 94 мм и более; использование теплоизолирующего материала в среднем слое
брусков (пенополиуретан, дендролайт и др.).
Теплозащитые
свойства светопрозрачных ограждающих конструкций в целом, характеризуются
показателем приведенного термического сопротивления, который для неодногородной ограждающей конструкции определяется
по формуле:
, (1)
где 
– усредненное по
площади расчетной поверхности неоднородной ограждающей конструкции значение
сопротивления теплопередаче, м2 °С / Вт; Fi –
площадь i-ой однородной зоны ограждающей конструкции, м2; Roi
– сопротивление теплопередаче i-й однородной зоны ограждающей конструкции,
м2 °С / Вт.
Сопротивление теплопередаче однородной ограждающей конструкции Rо, м2 °С/Вт определяется по формуле:
, (2)
где tв,
tн – температура окружающей среды по обе стороны ограждающей
конструкции (внутри помещения и наружная), °С; q – плотность теплового
потока через ограждающую конструкцию, Вт / м2.
Термическое сопротивление деревянной части оконного блока зависит от
множества факторов, в частности: от породы, плотности, рабочей влажности, ориентации
годичных слоев древесины и толщины брусков; наличия и состояния защитно-декоративного
покрытия конструкции; пропитки и других видов обработки древесины; комбинации
различных видов конструкционных материалов.
Стекло применяется в ССИ для заполнения светопрозрачной
части многих ССИ. Стекло и изделия из него определяют в значительной мере
тепло-, звукоизоляцию и световой режим помещений, внешний вид зданий, параметры
безопасности, технико-экономические показатели производства, эксплуатации и
многие другие свойства ССИ.
Дополнительным средством повышения энергоэффективности окон является
облицовка их вентилируемыми профилями из алюминия и специальными защитно-декоративными
составами, которые служат защитой древесины от увлажнения и повышения ее
теплопроводности в процессе эксплуатации изделий.
Заключение. Анализ результатов ранее выполненных НИР и конструктивных разработок по
теме энергоэффективности в производстве ССИ позволяет сделать выводы о
возможных направлениях дальнейших исследований:
– рассмотрение эффектов изоляции брусков от увлажнения за счет применения
вклеенных стеклопакетов, вентилируемой облицовки рам недревесными материалами,
пропитки древесины, материалов и конструкции брусков, угловых соединений рам и
других решений;
– анализ роли элементов остекления балконов и лоджий, а также ставней,
роллет, наружных и внутренних жалюзи, которые являются дополнительным элементом
теплоизоляции помещений.
– разработка и исследование средств сокращения теплопотерь при вентиляции
помещений в условиях применения окон и балконных дверей с повышенным
термическим сопротивлением и низкой воздухопроницаемостью при отсутствии вентиляции
в помещениях.
Необходимы дополнительные исследования теплоизоляционных
свойств конструкционных и защитно-декоративных материалов, а также разработка и
освоение специального программного обеспечения для теплотехнического анализа
ССИ. Прогресс в области компьютерных технологий и средств компьютерного
моделирования изделий и процессов производства расширяет возможности
исследования конструкций, на основе метода конечных элементов, разработки и
внедрения новых и эффективных методик расчета и оптимизации объектов проектирования.
Литература
1.
Трофимов
С. П. Конструирование и производство столярно-строительных изделий / С. П. Трофимов, А. С. Пардаев. – Минск: БГТУ, 2011. –
521 с.
2.
Windays 2011. Das Fenster zur Branche. Tagunsunterlagen 24–25 25
März 2011. Biel BFH AHB, 2011 – 212 s.