Зависимость характера энергопотоков через оконное стекло от его покрытия

Серьезные улучшения коэффициента теплопередачи стали возможными в результате разработок низкоэмиссионного стекла (с низкой способностью излучать тепло). Низкоэмиссионное стекло может производиться прямо на поточной линии, и тогда это будет стекло с так называемым “твердым” покрытием, либо оно может покрываться после изготовления посредством дополнительных операций, и тогда получают стекло с так называемым “мягким” покрытием.
Покрытие одновременно снижает и уровень проникновения солнечного тепла: в случае с твердым покрытием это снижение незначительно, но при мягком покрытии оно весьма существенно. По этой причине технология нанесения мягких покрытий также применяется и для производства стекла “высокой эффективности”, которое обладает свойствами сокращения теплового воздействия солнечных лучей, а также очень низким коэффициентом теплопередачи.

Технические параметры типичного низкоэмиссионного стекла с твердым и мягким покрытием

Если ограничиться только параметрами термоизоляции, то можно упустить другие не менее важные факторы, прежде всего характеристики нагрева от солнечных лучей, которые в странах с холодными климатическими условиями могут служить очень важным источником тепловой энергии и частично компенсировать тепловые потери сквозь остекление окон.
Низкоэмиссионное стекло с твердым покрытием не достигает таких же хороших показателей теплопередачи, как стекла с мягкими покрытиями, однако оно обладает лучшей способностью пропускать солнечное тепло, что необходимо иметь в виду при оценке общей энергетической эффективности.
В условиях северного климата средний поток солнечного излучения на южные окна может достигать примерно 50 Вт/м2 на протяжении всего отопительного сезона, что сравнимо с уровнями потерь тепла по каналу конвективного теплообмена.
Таким образом, было бы неразумно сбрасывать эти факторы со счетов, как и характеристики стекла, касающиеся пропускной способности солнечного излучения.
Тот факт, что стекло с мягким покрытием снижает проникновение солнечных лучей, может быть использован в позитивном плане в условиях теплого климата или если внутри здания работают кондиционеры.
Когда в 1960-х годах были впервые представлены рынку стекла, контролирующие поток солнечной энергии, то они в основном были либо густо тонированными, либо обладали высоким отражающим эффектом.
В результате — стекла выглядели темными, и внутри зданий было темно из-за слабого проникновения сквозь них солнечного света. По этой причине вид на улицу портился, и приходилось усиленно пользоваться электрическим освещением, что влекло за собой повышенное генерирование тепла внутри зданий, а значит, и рост энергозатрат на кондиционирование.
Появление в 1990-х годах технологии нанесения мягких покрытий дало толчок разработке самых разнообразных покрытий для изготовления солнцезащитных стекол. Эти покрытия не пропускают сквозь себя энергию всех составляющих частей спектра солнечного излучения, за исключением лучей видимого (светового) диапазона. Но поскольку примерно половина тепловой энергии солнечного луча находится как раз внутри светового диапазона, то это означает, что у нас есть возможность подать в здание в два раза больше дневного света при том же уровне проникновения тепловой энергии. Это идеальное соотношение, если требуется стекло, понижающее нагрев от солнца в условиях жаркого климата и при этом не теряющее способности обеспечивать доступ дневного света, а значит, сокращающее затраты электроэнергии на искусственное освещение. Такое покрытие одновременно обладает низким коэффициентом эмиссии, то есть очень небольшой теплопередачей. Энергетический выигрыш от проникающей сквозь окна тепловой энергии получает все большее признание и включается в методики оценки энергетических показателей работы окон. Чаще всего эти методики называют схемами оценки энергетического рейтинга окон. Хорошо продуманные схемы уже существуют в США, Канаде, Австралии и почти всех странах Европейского Союза.
В Великобритании совсем недавно (в течение 2004 года) такая схема была введена в действие. Администрирование британской схемы находится в ведении Британского совета по рейтинговым оценкам оконных пространств (БСРООП).
Рейтинговая оценка БСРООП представляет собой цифровое обозначение суммарной величины трех основных факторов, характеризующих энергетическое качество окна: потерь тепла в результате конвекции (коэффициент теплопередачи — U value), проникновения солнечного тепла (солнечный фактор, или объем излучения — g-объем, или просто g) и потерь тепла из-за физического воздухообмена сквозь оконные конструкции (L). Рейтинг вычисляется по следующей формуле:

Рейтинг БСРООП =
= (218,6 і 0,9g) — 68,5 (U value + L)

Единицей измерения полученной цифры рейтинга является киловатт-час на квадратный метр в год. БСРООП построила формулу рейтинга так, что с учетом типичного расположения на местности обычного британского дома полученная цифра показывает нетто-поток полезной энергии через оконное пространство в течение года. Если цифра рейтинга положительная, то это означает, что данное окно способствует притоку тепловой энергии в помещение в течение года.

Ярлык для обозначения энергетической эффективности окна Энергосберегающее окно “Окно лтд.” XYZ 68/abc Share Некоторые характеристики: Энергетический индекс* (КВт.час/м2/год) -14 КЛИМАТИЧЕСКАЯ ЗОНА: Великобритания Уровень теплопередачи (U) 1,7 Вт/м2К Солнечный фактор (g) 0,50 Утечки воздуха (L) 0,10 м3/м2/час *Энергетический индекс утвержден БСРООП и основан на стандартном британском окне. Реальные уровни потребления энергии в каждом конкретном случае зависят от характера здания, местных климатических условий и температуры, поддерживаемой внутри помещения.

Величина проникновения солнечного тепла (g), которая используется в уравнении, имеет в виду все окно, а не только площадь поверхности стекла. Таким образом окна с тонкими рамами будут иметь более высокий показатель g, чем окна с массивными рамами. Точно так же и коэффициент теплопередачи (U value) в данном уравнении подразумевает всю площадь окна, а не только стекла. Величина L отражает усредненный при нормальных условиях уровень протечек воздуха.
Чтобы сделать эту схему простой и понятной потребителю, рейтинговые цифры БСРООП переводятся в рейтинговые буквенные обозначения от “А” до “G”. Это та же самая буквенная шкала, которая используется для обозначения энергетической эффективности различных потребительских товаров отечественного производства, в том числе холодильников, стиральных машин или осветительных лампочек. Такой тип обозначений на специальной наклейке или на ярлыке дает понять потребителю, что товары с рейтингом “А” очень эффективны с точки зрения расхода электроэнергии, а товары с рейтингом “G” весьма плохи в этом отношении.
Энергетическая эффективность двух разновидностей стекла практически одинакова: более качественные (т.е. более низкие по величине) показатели теплопередачи стекол с мягким покрытием компенсируются более высокой пропускной способностью теплового излучения солнца у стекол с твердым покрытием (это хорошо в условиях британского климата).

Показатели типичного однокамерного британского СП из ПВХ с низким коэффициентом теплопередачи, оснащенного твердым (Н) или мягким (S) покрытием

Таблица иллюстрирует комплексность показателей работы оконного стекла и неправомерность использования только одного какого-то параметра, например, коэффициента теплопередачи. Следует сбалансировать множество эксплуатационных качеств, и правильный их баланс будет зависеть от климата, места расположения здания или окна и типа строения. Акцентировать внимание на каком-то одном аспекте было бы непродуктивно.
По этой причине строительные нормативы в разных странах мира имеют в настоящее время тенденцию описывать общие целевые показатели потребления энергии внутри здания, а не указывать конкретные режимы работы отдельных компонентов, агрегатов, устройств. В ЕС была принята директива (Директива об “Энергетических эксплуатационных качествах зданий”), которая требует от всех 25 стран-членов разработать стандартный метод подсчета энергетической эффективности строений и использовать его в качестве основы для будущих строительных нормативов.
Возвращаясь к вопросу остекления зданий, следует проявлять осмотрительность и не сосредотачиваться исключительно на показателе теплопередачи, в случае заинтересованности в оптимизации энергетических характеристик. Относительная значимость каждого из таких параметров, как теплопотери, солнечный фактор и пропускная способность дневного света, варьируется в зависимости от климатической зоны и от характера здания. Методы оценки и энергетические нормативы, которые бы отражали всю комплексность проблем, разрабатываются в настоящее время по всему миру.

Рик Уилберфорс
компания “ПИЛКИНГТОН”