Тепловое сопротивление стеклопакета характеризует его свойства в дальней инфракрасной области излучения - в диапазоне волн выше 3мкм и не определяет способность стекла пропускать прямое солнечное излучение в диапазоне ближних инфракрасных волн - до 2,5 мкм.
Количество тепла, проходящего через стекло в этом диапазоне волн определяет, так называемый, коэффициент затенения - G. Данный коэффициент был введен в практику более 30 лет назад и характеризует способность стекла пропускать прямое солнечное излучение.
Коэффициент затенения определяется как отношение потока проходящего через данное стекло солнечного излучения в диапазоне волн от 300 нм до 2500 нм (2,5 мкм) к потоку солнечной энергии, прошедшей через стекло толщиной 3 мм.
Коэффициент затенения G показывает долю прохождение не только прямого потока солнечной энергии (ближняя инфракрасная область излучения), но и излучение за счет абсорбирующейся в стекле энергии (в дальней области инфракрасных излучений).
Измерения коэффициента затенения проводятся в следующих условиях:
мощность падающего потока - (ISE) 790 Вт /м2
температура снаружи 32 Со
температура внутри 24 Со
скорость ветра снаружи 12,0 км/час
скорость ветра внутри помещения 0,0 км/час
В таких условиях через стекло толщиной 3 мм проходит 85% прямого солнечного излучения (DET = 0,85 x ISE) и 8% излучения отражается от стекла (ER = 0,08 x ISE). Абсорбируется, т.е. поглощается стеклом (EA) - 7 % солнечного излучения. Так как скорость ветра, а значит и конвекция, снаружи больше, чем внутри, то 73% абсорбированной в стекле энергии излучается наружу, а 27% - внутрь помещения. Общая величина энергии (SF), поступающей в помещение определяется суммой проходящей прямой солнечной энергии (DET) и пассивной энергии, излучаемой в помещение стеклом после поглощения, т.е.:
Количество тепла, проходящего через стекло в этом диапазоне волн определяет, так называемый, коэффициент затенения - G. Данный коэффициент был введен в практику более 30 лет назад и характеризует способность стекла пропускать прямое солнечное излучение.
Коэффициент затенения определяется как отношение потока проходящего через данное стекло солнечного излучения в диапазоне волн от 300 нм до 2500 нм (2,5 мкм) к потоку солнечной энергии, прошедшей через стекло толщиной 3 мм.
Коэффициент затенения G показывает долю прохождение не только прямого потока солнечной энергии (ближняя инфракрасная область излучения), но и излучение за счет абсорбирующейся в стекле энергии (в дальней области инфракрасных излучений).
Измерения коэффициента затенения проводятся в следующих условиях:
мощность падающего потока - (ISE) 790 Вт /м2
температура снаружи 32 Со
температура внутри 24 Со
скорость ветра снаружи 12,0 км/час
скорость ветра внутри помещения 0,0 км/час
В таких условиях через стекло толщиной 3 мм проходит 85% прямого солнечного излучения (DET = 0,85 x ISE) и 8% излучения отражается от стекла (ER = 0,08 x ISE). Абсорбируется, т.е. поглощается стеклом (EA) - 7 % солнечного излучения. Так как скорость ветра, а значит и конвекция, снаружи больше, чем внутри, то 73% абсорбированной в стекле энергии излучается наружу, а 27% - внутрь помещения. Общая величина энергии (SF), поступающей в помещение определяется суммой проходящей прямой солнечной энергии (DET) и пассивной энергии, излучаемой в помещение стеклом после поглощения, т.е.:
SF = DET + 0,27 x EA.
Для 3 мм чистого стекла это составляет 87% .
Для определения доли солнечной энергии, проходящей через стекло любой толщины и цвета, необходимо коэффициент затенения данного стекла умножить на 0,87. Например, для 6 мм стекла и G = 0,64 доля поступающей в помещение солнечной энергии равна:
Существует огромное количество вариантов защиты от солнечного излучения. Прежде всего, это применение так называемых солнцезащитных стекол. Это могут быть поглощающие стекла, уменьшающие прохождение солнечной энергии внутрь помещения путем её поглощения стеклом - это цветные в своей массе стекла, или отражающие, когда на одну из поверхностей стекла наносится тонкий слой металла. Стекла с «зеркальным» отражающим эффектом предпочтительнее обычных цветных стекол, так как они не увеличивают тепловую нагрузку на стекло. У таких стекол снижается вероятность их разрушения при суточном цикле изменения температуры воздуха летом.
Используя несколько слоев напыления можно получать различные цвета и оттенки на стекле. Это повышает эстетическую ценность солнцезащитных стекол. Меняя угол встречи солнечного излучения со стеклом, можно создавать, не только «экономичные» окна, но и менять архитектурный вид здания, используя игру света на зеркально отражающих стеклах.
Чем ниже коэффициент затенения G, тем лучше солнцезащитные свойства стекла. Поэтому, выбирая тип стекла необходимо определить, что важнее - получение дополнительного солнечного подогрева помещения зимой или снижение затрат на охлаждение летом. Оптимальный выбор остекления во многом определяет энергетический и световой баланс в помещении.
Из приведенных данных по разным типам стекла можно сделать следующие выводы:
Величину прямого потока солнечного излучения (для лета принимают равной 630 Вт/м2) умножают на коэффициент затенения G и прибавляют результат от умножения тепловой проводимости U = 1/R на разность температур снаружи (Tнар) и внутри (Твнутр.) помещения (температура на испытательном стенде: 32 - 24 = 8 (Со)), т. е.
Для 3 мм чистого стекла это составляет 87% .
Для определения доли солнечной энергии, проходящей через стекло любой толщины и цвета, необходимо коэффициент затенения данного стекла умножить на 0,87. Например, для 6 мм стекла и G = 0,64 доля поступающей в помещение солнечной энергии равна:
SF = 0,87 x 0,64 = 0,557
Летом мощность теплового солнечного излучения повысится в три...четыре раза, а значит и увеличится подогрев и температура в помещении.Мощность теплового солнечного излучения у верхнего края атмосферы составляет около 1 350 Ватт на один квадратный метр плоскости, перпендикулярной солнечным лучам.
Плотность потока солнечной энергии снижается до (700...900) Вт/м2 у поверхности земли летом.
На широте Киева в январе - марте средняя плотность энергии составляет - 250 Вт/м2. Это означает, что в течении светового дня - 8 часов зимой - через один квадратный метр будет проходить 250 х 8 х 1 = 2 (кВт x часов) энергии, подогревая помещение.
Плотность потока солнечной энергии снижается до (700...900) Вт/м2 у поверхности земли летом.
На широте Киева в январе - марте средняя плотность энергии составляет - 250 Вт/м2. Это означает, что в течении светового дня - 8 часов зимой - через один квадратный метр будет проходить 250 х 8 х 1 = 2 (кВт x часов) энергии, подогревая помещение.
Существует огромное количество вариантов защиты от солнечного излучения. Прежде всего, это применение так называемых солнцезащитных стекол. Это могут быть поглощающие стекла, уменьшающие прохождение солнечной энергии внутрь помещения путем её поглощения стеклом - это цветные в своей массе стекла, или отражающие, когда на одну из поверхностей стекла наносится тонкий слой металла. Стекла с «зеркальным» отражающим эффектом предпочтительнее обычных цветных стекол, так как они не увеличивают тепловую нагрузку на стекло. У таких стекол снижается вероятность их разрушения при суточном цикле изменения температуры воздуха летом.
Используя несколько слоев напыления можно получать различные цвета и оттенки на стекле. Это повышает эстетическую ценность солнцезащитных стекол. Меняя угол встречи солнечного излучения со стеклом, можно создавать, не только «экономичные» окна, но и менять архитектурный вид здания, используя игру света на зеркально отражающих стеклах.
Чем ниже коэффициент затенения G, тем лучше солнцезащитные свойства стекла. Поэтому, выбирая тип стекла необходимо определить, что важнее - получение дополнительного солнечного подогрева помещения зимой или снижение затрат на охлаждение летом. Оптимальный выбор остекления во многом определяет энергетический и световой баланс в помещении.
Из приведенных данных по разным типам стекла можно сделать следующие выводы:
- Прозрачные стекла одинаково хорошо пропускают видимую и инфракрасную часть спектра солнечного излучения. С увеличением толщины стекла незначительно изменяется прохождение света в видимой части солнечного излучения, но значительно увеличивается поглощение стеклом тепла, т. е. чем толще стекло, тем больше оно нагревается летом.
- Цветное в массе стекло уменьшает суммарное проникновение солнечного тепла внутрь помещения, но при этом, увеличиваются тепловые нагрузки на стекло. В этом случае необходимо тщательно подходить к конструкции остекления, так как тепловые перегрузки в стекле могут привести к росту микротрещин, образующихся на кромке стекла при его порезке. Для устранения возможного образования трещин необходимо обрабатывать кромку цветного стекла. Одно из требований к цветному стеклу, применяемом при остеклении фасадов, стекло должно быть закалённым.
- Применение покрытий на стекле, например, Стопсол Суперсильвер, бесцветный позволяет снизить уровень поступающей внутрь помещения энергии без перегрева стекла, так как покрытие наносится на прозрачное стекло. Если напыление наносится на цветное стекло (Стопсол Суперсильвер, бронзовый), то это не устраняет тепловых перегрузок на стекло, хотя уровень теплопередачи через стекло снижается. В этом случае положение покрытия является чрезвычайно важным, потому что именно положение покрытия определяет не только окраску (тон) стекла, но также и его тепловую характеристику. Стекло приобретает наилучшую окраску и внешний вид, когда покрытие находится в положение 2 (#2), т.е. когда оно обращено к внутренней стороне здания. В этом случае стекло должно быть закаленным, т.к. поглощение энергии стеклом в значительной степени увеличивается.
- Цвет стекла или солнцезащитное напыление на стекло не изменяют способность стекла пропускать дальнее инфракрасное излучение, т.е. не влияют на тепловое сопротивление стекла.
Величину прямого потока солнечного излучения (для лета принимают равной 630 Вт/м2) умножают на коэффициент затенения G и прибавляют результат от умножения тепловой проводимости U = 1/R на разность температур снаружи (Tнар) и внутри (Твнутр.) помещения (температура на испытательном стенде: 32 - 24 = 8 (Со)), т. е.
Теплоприток = [630 x G] + [1/R x (Tнар. - Твнутр. )] (Вт / м2)
Второе слагаемое определяет количество тепла, поступающего в помещение за счет излучений в дальней инфракрасной области, т. е. от уже нагретого солнечным теплом воздуха, стен, земли и т. д.
В настоящее время существует несколько направлений в решении задачи по созданию энергосберегающих стекол. Наиболее эффективным и перспективным решением является магнетронное нанесение на стекло нескольких слоев металлических и оксидных покрытий. Такие покрытия иногда называют «селективными» из-за их способности задерживать определённую частоту электромагнитных излучений.
В чём заключается необходимость разработки «селективных» покрытий и какие электромагнитные излучения должны пропускать или не пропускать энергосберегающие стёкла?
Постараемся найти ответ, рассмотрев в качестве примера Соединённые Штаты Америки, территория которых, как и Украина, условно разделена на различные климатические зоны.
Хочется заметить, что охлаждение, в отличие от централизованного отопления, требует больших энергетических затрат.
Таким образом, в холодных климатических зонах, когда до 80% затрат уходит на обогрев помещения, необходимо применять покрытия задерживающие уход из помещения длинноволнового инфракрасного излучения, но хорошо пропускающего в помещение ближнее инфракрасное излучение. В этом случае, солнечное тепло будет беспрепятственно попадать в помещение и дополнительно нагревать его, но уйти из помещения оно уже не сможет.
В жарких климатических зонах, когда температура внутри помещения ниже температуры снаружи, энергосберегающее стекло должно обеспечивать защиту от проникновения в помещение как ближних, так и дальних инфракрасных излучений. Тогда, солнечное тепло будет отражаться от стекла наружу, уменьшая нагрузку на системы охлаждения. Лучшие результаты достигаются при применении зеркально отражающего стекла. Применение цветного стекла, окрашенного в своей массе, снижает нагрузки на систему охлаждения, но увеличивает тепловые перегрузки внутри стекла, так как эффект защиты от солнечного излучения достигается поглощением тепла стеклом.
В смешанных климатических зонах предпочтение отдается энергосберегающим стеклам, хорошо задерживающих длинноволновое инфракрасное излучение, но пропускающих меньшую долю ближнего инфракрасного излучения. Это достигается нанесением на стекло нескольких защитных слоев металла с уменьшением прозрачности стекла и приобретения покрытием цвета.
Ниже в таблице приведен сравнительный анализ потерь тепла через один квадратный метр стеклопакета за один отопительный период. Указана величина экономии средств, не потраченных на оплату за тепло для каждого типа стеклопакета.
В таблице не учтены другие положительные свойства наших стеклопакетов, а именно - предлагаемые стеклопакеты защищают обои, портьеры и обивку на мебели от выгорания под солнцем.
Указанные стеклопакеты могут быть изготовлены с солнцезащитным стеклом любого цвета. В этом случае окно приобретает зеркальность и уменьшается перегрев помещения в жаркий летний период времени. При этом сокращаются затраты на кондиционирование (охлаждение) помещения. Нелишне напомнить, что затраты на охлаждение помещения в три...пять раз выше, чем на привычный нам водяной обогрев помещения. Установка в стеклопакет солнцезащитного стекла увеличивает стоимость квадратного метра стеклопакета на 10...12 долларов США.
Предприятие Технолуч изготавливает теплосберегающее и солнцезащитное стекла на основе прозрачного стекла импортного производства - фирмы Pilkington, Glaverbel, Saint - Gobain.
В настоящее время существует несколько направлений в решении задачи по созданию энергосберегающих стекол. Наиболее эффективным и перспективным решением является магнетронное нанесение на стекло нескольких слоев металлических и оксидных покрытий. Такие покрытия иногда называют «селективными» из-за их способности задерживать определённую частоту электромагнитных излучений.
В чём заключается необходимость разработки «селективных» покрытий и какие электромагнитные излучения должны пропускать или не пропускать энергосберегающие стёкла?
Постараемся найти ответ, рассмотрев в качестве примера Соединённые Штаты Америки, территория которых, как и Украина, условно разделена на различные климатические зоны.
Хочется заметить, что охлаждение, в отличие от централизованного отопления, требует больших энергетических затрат.
Таким образом, в холодных климатических зонах, когда до 80% затрат уходит на обогрев помещения, необходимо применять покрытия задерживающие уход из помещения длинноволнового инфракрасного излучения, но хорошо пропускающего в помещение ближнее инфракрасное излучение. В этом случае, солнечное тепло будет беспрепятственно попадать в помещение и дополнительно нагревать его, но уйти из помещения оно уже не сможет.
В жарких климатических зонах, когда температура внутри помещения ниже температуры снаружи, энергосберегающее стекло должно обеспечивать защиту от проникновения в помещение как ближних, так и дальних инфракрасных излучений. Тогда, солнечное тепло будет отражаться от стекла наружу, уменьшая нагрузку на системы охлаждения. Лучшие результаты достигаются при применении зеркально отражающего стекла. Применение цветного стекла, окрашенного в своей массе, снижает нагрузки на систему охлаждения, но увеличивает тепловые перегрузки внутри стекла, так как эффект защиты от солнечного излучения достигается поглощением тепла стеклом.
В смешанных климатических зонах предпочтение отдается энергосберегающим стеклам, хорошо задерживающих длинноволновое инфракрасное излучение, но пропускающих меньшую долю ближнего инфракрасного излучения. Это достигается нанесением на стекло нескольких защитных слоев металла с уменьшением прозрачности стекла и приобретения покрытием цвета.
Ниже в таблице приведен сравнительный анализ потерь тепла через один квадратный метр стеклопакета за один отопительный период. Указана величина экономии средств, не потраченных на оплату за тепло для каждого типа стеклопакета.
В таблице не учтены другие положительные свойства наших стеклопакетов, а именно - предлагаемые стеклопакеты защищают обои, портьеры и обивку на мебели от выгорания под солнцем.
Указанные стеклопакеты могут быть изготовлены с солнцезащитным стеклом любого цвета. В этом случае окно приобретает зеркальность и уменьшается перегрев помещения в жаркий летний период времени. При этом сокращаются затраты на кондиционирование (охлаждение) помещения. Нелишне напомнить, что затраты на охлаждение помещения в три...пять раз выше, чем на привычный нам водяной обогрев помещения. Установка в стеклопакет солнцезащитного стекла увеличивает стоимость квадратного метра стеклопакета на 10...12 долларов США.
Предприятие Технолуч изготавливает теплосберегающее и солнцезащитное стекла на основе прозрачного стекла импортного производства - фирмы Pilkington, Glaverbel, Saint - Gobain.
|
Вид
стеклопакета |
Тепловое
сопротивление |
Годовая
экономия по затратам на отопление |
Годовые
потери тепла через каждый квадратный метр окна |
|
|
м2 ´
С°/ Вт |
USD / м2 |
(кВт ´
час) / м2 |
|
|
|
|
|
|
Однокамерный |
до 0,4 |
0 |
299 |
|
|
0,5...0,55 |
7,17 |
168 |
|
|
0,55...0,6 |
7,94 |
154 |
|
|
0,6...0,65 |
8,59 |
142 |
|
Двухкамерный |
|
|
|
|
|
0,5...0,55 |
7,17 |
168 |
|
|
0,55...0,6 |
7,94 |
154 |
|
|
0,6...0,7 |
9,15 |
132 |
|
|
0,7...0,75 |
9,64 |
123 |
|
|
0,75...0,85 |
10,43 |
109 |
|
|
0,85...1,0 |
11,33 |
93 |
|
|
1,0...1,2 |
12,8 |
77 |
