Учебное пособие 1986

фасада, что позволяет ей образовывать «тепловой экран» для комнат, размещаемых за ним.

Фасадная сторона здания с примыкающими вспомогательными помещениями может рассматриваться и как шумовой барьер при ориентации её на сторону с большим уровнем шума.

В промышленных зданиях для более эффективного использования тепла, производственные участки с большими тепловыделениями рекомендуется располагать со стороны противоположной светопроёмам, ориентированных на наиболее солнечную сторону.

«Буферные зоны» в пространственно-объёмной струк-

туре здания. Одним из основных элементов регулирования энергопотребления и формирования микроклимата помещений являются «буферные зоны». Их можно размещать по периметру здания в виде остеклённых дворов, веранд, лоджий, оранжерей, а также внутри сооружения в виде открытых или закрытых светопрозрачным ограждением внутренних двориков.

Как открытые объёмы они обеспечивают поступление в помещение энергии природной среды, а как закрытые – обеспечивают наиболее эффективное использование энергии от внутренних источников, препятствуя потоку тепловой энергии из помещения наружу.

Наиболее высокую эффективность имеет «буферная зона», называемая атриумом, в виде внутреннего двора, закрытого светопрозрачным ограждением.

Атриум как средство регулирования микроклимата и снижения энергозатрат здания. Атриум представляет собой ограниченное от внешней среды пространство, вокруг которого располагаются блоки жилых, общественных или производственных помещений.

Атриум позволяет обеспечить: увеличение ширины здания;

аккумуляцию тепла, выполняя роль климатического фильтра. Помещения теряют через ограждение атриума

51

гораздо меньше тепловой энергии, чем через наружные ограждающие конструкции здания.

Наличие светопрозрачного ограждения, ориентируемого на солнечную сторону горизонта, превращает атриум в энергоактивную объёмно-планировочную ячейку здания.

Втаких зданиях достигается большая компактность формы, а необходимые условия микроклимата создаются в атриуме, благодаря использованию эффективной системы аэрации (проветривания), оптимальной ориентации защитного остекления, применению солнцезащитных элементов (см.

рис. 8.1 и 8.2).

Ватриумах, предназначенных для дополнительного отопления, светопрозрачные ограждения ориентируют преимущественно на юг.

Эффективным архитектурно-строительным мероприятием, улучшающим теплоэнергетическую характеристику атриума, является установка на защитном остеклении теплозащитных штор или экранов, значительно снижающих теплопоступления от солнечной радиации.

Рис. 8.1. Здание с атриумом, покрытым плоским ограждением

52

Атриум может использоваться для оптимизации воздухообмена и охлаждения внутренней среды помещений – эффект ''дымовой трубы''). Данный эффект способствует более быстрому удалению теплого и влажного воздуха. Он особенно заметен в атриуме, устроенном в многоэтажном здании. Для удаления тёплых влагонасыщенных воздушных масс предусматривают приточные отверстия (воздухозаборники) внизу, а вытяжные отверстия или непосредственно под крышей, или в виде устройств вытяжной вентиляции над поверхностью крыши при небольшой высоте здания.

Рис. 8.2. Здание с атриумом, покрытым трансформируемым защитным экраном

В южных климатических районах охлаждение внутренних помещений обеспечивается:

размещением приточных отверстий здания в зоне затенения;

ночное проветривание атриума;

затенение и обеспечение min площади облучения атриума прямыми солнечными лучами. Технико-экономическая эффективность использования

атриумов в архитектурно – строительном проектировании заключается в:

53

более компактном объёмно-планировочном решении здания; обеспечении солнечного отопления;

оптимизации воздухообмена и охлаждения; организации естественного освещения.

Наибольшая эффективность атриумов обеспечивается: в холодном и умеренном климате; в зданиях больших и с большими тепло- и влаговыделе-

ниями, в южных районах; в больших ширококорпусных зданиях.

Экономия энергоресурсов при использовании атриумов достигается в результате:

уменьшения удельных теплопотерь за счёт увеличения ширины корпуса;

снижения нагрузки на систему отопления;

снижения мощности или полного замещения искусственной вентиляции или кондиционирования; частичной замены искусственного освещения на естественное.

9. Энергосберегающие конструкции световых проёмов

Выбор оптимальной площади окон. При разработке объ-

емно-планировочного решения здания определяют оптимальную площадь световых проёмов, влияющую на обеспечение требуемых параметров естественного освещения. Она должна для жилых зданий составлять от 1/5…1/8 площади пола.

Увеличение площади световых проёмов приводит:

к росту теплопотерь зимой и теплопоступлений летом; увеличению эксплуатационных расходов на ограждающие конструкции;

54

увеличение капитальных затрат, т.к. стоимость светопрозрачных участков ограждения в 1,5…3 раза больше стоимости глухих участков;

к уменьшению энергетической нагрузки на систему искусственного освещения;

снижению статической нагрузки на фундамент в следствие уменьшения площади более массивных глухих участков ограждения.

Установлено, что уменьшение площади окон в 2 раза приводит к экономии теплоты для зданий приблизительно на 10…12%. Дальнейшее сокращение площади окон не даёт ощутимой экономии тепловой энергии. Это связано с тем, что одновременно увеличивается площадь глухих участков ограждающих конструкций, через которые тоже происходят теплопотери.

Окончательный выбор площади световых проёмов должен быть подтверждён всесторонним технико-экономическим обоснованием (учёт климатического района строительства, этажности здания, его конструктивного решения).

В промышленных зданиях в зависимости от климатических условий строительства рекомендуется выбирать суммарную площадь окон:

-до 25% площади ограждений – в районах tн5сут = -30оС;

-до 20% площади ограждений – в районах tн5сут = -30…40оС;

-до 15% площади ограждений – в районах tн5сут ≥ -40оС.

Оптимальная площадь верхних световых проёмов – фонарей – для промышленных зданий не зависимо от района строительства составляет 9% площади ограждений, что зависит от высокой стоимости их устройства по сравнению с глухими участками конструкции покрытия.

Энергосберегающие флоат-стекла с твердым К- покрытием и мягким I-покрытием (см. рис. 9.1). Наносимые покрытия обеспечивают отражение теплового излучения и прозрачны в видимой части спектра. Это позволяет не выпускать тепло из дома зимой. Летом стекло отражает внешний

55

тепловой поток солнечных лучей, снижая теплопоступления, зимой – внутренний тепловой поток, идущий от системы отопления, снижая тепловыделения.

К-стекло – энергосберегающий слой оксида олова наносится химическим способом при производстве стекла. Слой твердый, поэтому такое стекло можно применять слоем "наружу".

I-стекло – энергосберегающий слой ионов серебра и диэлектрика наносится в вакуумных установках магнетронным распылением. Покрытие относительно мягкое, поэтому применение стекла возможно слоем "вовнутрь" стеклопакета.

Рис. 9.1. Энергосберегающий механизм К- и I-стеклопакетов [http://otkroyokno.ru]

Сравнение тепловых характеристик окон с энергосберегающими стеклами и с обычными стеклопакетами показывает, что однокамерный стеклопакет с энергосберегающим стеклом эффективнее двухкамерного стеклопакета с обычными стек-

56

лами. При этом стеклопакеты с I-стеклами более энергоэффективны, чем с К-стеклами (см. табл. 9.1 и 9.2).

Преимущества энергосберегающих К- и I-стеклопакетов: снижение нагрева помещения солнечными лучами; повышение теплоизоляции зимой;

экономия расходов на климатическое и отопительное оборудование;

малый вес, следовательно, снижение нагрузки на профиль окна.

Недостатком энергосберегающих К- и I-стеклопакетов является низкий уровень звукоизоляции.

Таблица 9.1 Температура внутреннего стекла различных

конструкций световых проёмов *

*при температуре наружного воздуха tн -26 градусов и температуре внутреннего воздуха tв+ 20 градусов.

Таблица 9.2 Величинв тепловых потерь через различные виды

светопрозрачных ограждений

Энергосберегающие стеклопакеты, заполненные инертными газами (аргон, криптон, ксенон). Самым распространён-

57

ным видом является заполнение стеклопакетов аргоном в связи с низкой стоимостью данного инертного газа. К преимуществам энергосберегающих стеклопакетов, заполненных инертным газом можно отнести:

возрастание сопротивления теплопередаче;

снижение вероятности появления конденсата внутри стеклопакета,

повышение его звукоизолирующих свойств.

Энергосберегающие стеклопакеты, заполненные специ-

альными гелями. В межстекольное пространство помещается специальное вещество с низкой теплопроводностью – прозрачный гель. По предварительным оценкам сопротивление теплопередаче в подобных стеклопакетах может достигать значений 1,5 (м2·°С) / Вт.

Проблемы при создании стеклопакетов с заполнением гелями следующее:

высокая на сегодняшний день стоимость материалов и технологий;

нестабильное пока поведение геля при воздействии солнечного облучения, в том числе снижение видимости и помутнение.

Применение энергосберегающих пленок. Энергосбере-

гающие лавсановые пленки, которые наклеиваются на стекло выполняют функцию «теплового зеркала». Принцип работы энергосберегающей пленки тот, же что у энергосберегающего стекла: отражение света в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, пропуск видимой части спектра.

В качестве «теплового зеркала» используются нанопокрытия редкоземельных металлов, серебра, меди. Для глаза они незаметны. Сама пленка кажется слегка тонированной.

Применение для стеклопакетов совместно энергосберегающей пленки и заполнения инертными газами позволяет

довести сопротивление теплопередаче изделия до 1,2 - 1,5 (м2·°С) / Вт и выше.

58

Электрохромные стекла. Тип стекла, получаемый с помощью напыления ряда металлов в магнетронных установках. При подаче на стекла напряжения 2-10 В они начинают изменять светопропускание и, в частности, пропускание тепловой части солнечной энергии от 100% до 4%. Эти стекла чрезвычайно эффективны в южных регионах и в зданиях, где установлены системы кондиционирования воздуха. По данным фирмы SAGE (США), которая является одним из лидеров в этой области, в настоящее время имеется возможность изготовления электрохромных стекол размером до 1,2 х 1,8 м, при этом к сегодняшнему дню окна с подобными стеклами эффективно работают и после 80000 циклов включенийвыключений электрохромного эффекта. По прогнозам Министерства Энергетики США, при промышленном выпуске большеформатных электрохромных стекол их цена не должна превышать $15-20 за 1 м2.

Греющиеся стекла. Используются в ряде стран, в которых устойчивый снежный покров наблюдается в течение длительного времени (Канада, Финляндия, Норвегия и др.) для очищения от снега стеклянных покрытий атриумов, зимних садов и пр. Принцип действия данных стёкол заключается в нагреве наружной поверхности за счет подведения напряжения к токопроводящим пленкам, нанесенным на внутреннюю поверхность светопрозрачного ограждения. При этом в нормальном состоянии такие пленки должны быть прозрачными.

Недостатками греющиеся стекла являются:

очень большие энергетические затраты на их работу;

значительная стоимость стекла.

Проветриватели. После установки пластиковых окон в квартирах значительно снижается поступление наружного воздуха за счёт инфильтрации. По санитарным нормам приток свежего воздуха в квартиру должен быть не менее 20 м3 в час. Удаление загрязненного воздуха с избытком СО2 через открытые окна и форточки приводит к утечке тепла. Решение описанной проблемы заключено в установке специальных уст-

59

ройств, называемых проветривателями (см. рис. 9.2). В ряде европейских стран эксплуатация помещений без проветривателей запрещена.

Рис. 9.2. Внешний вид и строение проветривателя

[http://проветриватель.рф/?yclid=941947237813197992]

При установке пластиковых окон предлагаются встроенные в окно проветриватели с возможностью подогрева поступающего воздуха в конструктивных элементах окна. Стоимость такого проветривателя невелика, вместе с тем польза от него существенна (см. рис. 9.3).

К преимуществам проветривателей относятся:

обеспечение постоянного притока свежего воздуха в помещение и удаление загрязненного воздуха;

очищение воздуха при прохождении его через фильтры; обеспечение нагрева приточного воздуха от тепла отводимого воздуха во встроенном теплообменнике.

60