Одним из наиболее эффективных и сравнительно малозатратных методов снижения энергопотребления зданий на их отопление, как в нашей стране, так и за рубежом, является применение заполнений светопроёмов с повышенным уровнем теплозащиты [1–5]. Поэтому оценка теплозащитных свойств светопрозрачных конструкций приобретает особое значение в настоящее время — в условиях действия Федерального закона от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ «Об энергосбережении…» и особенно Свода Правил (СП) 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02–2003 “Тепловая защита зданий”» (далее — СП 50) [6–8].

Это связано в первую очередь с тем, что по требованиям ГОСТ 26602.1–99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче» измерение сопротивления теплопередаче оконного блока Rок [м²·К/Вт] производится при расчётной температуре tн, равной температуре наиболее холодной пятидневки, но не выше –20 °C, а расчёт энергопотребления и определение класса энергосбережения здания по СП 50 — при средней температуре за отопительный период tоп, из-за чего появляется заметная погрешность в вычислении тепловых затрат.

В публикации [9] авторами были представлены результаты экспериментальных исследований зависимости величины Rок от относительной безразмерной разности температур Δt/Δtст, где Δt = tв – tн — текущая разность температур внутреннего и наружного воздуха по обе стороны конструкции, соответственно; Δtст — стандартный температурный перепад (tвtн)ст, принятый для сертификационных испытаний. Полученные данные хорошо обобщаются следующей формулой, впервые приведённой также в [9]:

Подтверждение экспериментальной оценки теплозащитных свойств оконных блоков. 4/2018. Фото 1

где Rокст — значение Rок, полученное при Δt = Δtст.

Легко видеть, что данная зависимость имеет достаточно простой и инженерный вид, является физически обоснованной и качественно подтверждается имеющимися результатами других исследователей, в частности, [5–6]. Однако представляется целесообразным для подтверждения соотношения (1) проведение дальнейших экспериментов с целью исключить влияние случайных факторов и специфики конструкции конкретного заполнения светопроёма, использованного авторами ранее. Для этого в течение февраля 2017 года в помещении жилого дома в городе Щёлково Московской области были проведены дополнительные измерения. Как и в работе [9], в качестве испытуемого оконного блока применялся однокамерный стеклопакет в ПВХ-переплёте, установленный в данном случае в одной из жилых комнат. Плотности тепловых потоков q [Вт/м²], проходящих через оконный блок в его различных точках, а также значения tв и tн считывались в автоматическом режиме с помощью прибора ИТП-МГ4.03/Х (У) «Поток».

Работа датчиков прибора основана на принципе «дополнительной стенки», которая образуется при их закреплении на теплообменной поверхности исследуемого объекта. Тепловой поток, проходящий через датчик, создаёт в нём градиент температур и соответствующий термоэлектрический сигнал. В качестве выносных датчиков температуры в измерителе применяются платиновые термодатчики сопротивления, заключённые в металлический герметичный дискообразный корпус или в трубчатый зонд. Датчики были плотно прижаты по всей его поверхности к оконному блоку и закреплены в положении, обеспечивающем постоянный контакт датчика теплового потока с поверхностью исследуемых участков в течение всех последующих измерений.

Подтверждение экспериментальной оценки теплозащитных свойств оконных блоков. 4/2018. Фото 2

Участки поверхности оконного блока, на которые устанавливались датчики теплового потока, были зачищены до устранения видимых и осязаемых на ощупь шероховатостей. Данные, записанные в архив измерителя, с помощью программы производства компании «СКБ Стройприбор» передавались на компьютер. Для передачи данных использовался стандартный СОМ-порт. Схема расположения датчиков приведена на рис. 1, наиболее характерные результаты замеров — в табл. 1.

Подтверждение экспериментальной оценки теплозащитных свойств оконных блоков. 4/2018. Фото 3

Далее, аналогично работе [1] значения q осреднялись, и были найдены значения сопротивления теплопередаче оконного блока:

Подтверждение экспериментальной оценки теплозащитных свойств оконных блоков. 4/2018. Фото 4

Указанный интервал времени (табл. 1) позволил охватить значительный диапазон температур наружного воздуха, возможных в течение отопительного периода, поскольку по данным замеров она в этот период изменялась от –22,5 до –1,9 °C и, таким образом, отношение Δttст колебалось примерно от 0,9 до 1,4, если за Δtст принять некоторый средний уровень, равный 35 °C.

Заметим, что с точки зрения теории подобия при обработке результатов в безразмерном виде можно использовать любое значение Δtст, не обязательно то, которое получается, если брать температуру наружного воздуха, оговорённую в стандартных методиках проведения сертификационных испытаний.

Важно только, чтобы это значение было одним и тем же для каждого отдельного замера.

На рис. 1 показана полученная в ходе испытаний корреляционная зависимость: R = Rок/Rокст от Δttст.

Поле корреляции соответствующих значений R, вычисленных по изложенной выше методике, приведено на рис. 2. Сплошной линией показан график зависимости, выражаемой формулой (1). Легко видеть, что в пределах разброса точек соотношение (1) подтверждается. Коэффициент корреляции при этом составляет 0,997, то есть найденная статистическая связь между измеряемыми величинами является практически достоверной.

Подтверждение экспериментальной оценки теплозащитных свойств оконных блоков. 4/2018. Фото 5

Таким образом, мы получили дополнительное обоснование полученной ранее авторами экспериментальной зависимости теплозащитных свойств современных заполнений световых проёмов от текущих параметров наружного климата. Поэтому её действительно можно использовать в инженерных расчётах для более точной оценки годового энергопотребления зданий и определения их класса энергосбережения в соответствии с методикой СП 50, как это было предложено в работе [9].