Ночные окна – окна с существенно переменной теплозащитой

Ю. А. Табунщиков, президент НП «АВОК», заведующий кафедрой «Инженерное оборудование зданий» Московского архитектурного института

Рисунок 1. Вид на Дом музыки и гостиницу Swissotel Красные Холмы, Москва

Существует понятие «световой день», длительность которого определяется как разность времени между восходом и заходом солнца. В табл. 1 представлены среднемесячные значения длительности светового дня, отнесенного к длительности суток для ноября, января и марта.

Рассмотрение табл. 1 позволяет сделать обоснованное предположение, что относительная длительность светового дня для отопительного периода Ростова-на-Дону не превышает 45 %, для Москвы – 40 %, для Норильска – 35 %. Следовательно, окно как светопрозрачная конструкция, предназначенная для освещения помещения, например для Москвы, в течение 3 082 ч (или 129 условных суток) отопительного периода представляет собой ограждающую конструкцию, обладающую существенно низкими теплозащитными показателями по сравнению с теплозащитными показателями традиционных ограждающих конструкций наружных стен.

Проблему повышения теплозащиты окон в ночное время можно решить, если рассмотреть окно как конструкцию, обладающую переменной теплозащитой в зависимости от времени суток, т. е. в зависимости от дневного и ночного периодов времени. В качестве средства повышения теплозащитных качеств остекленных конструкций можно использовать межстекольные экраны, выполненные из эффективных теплоизоляционных материалов. Конструктивное решение в упрощенном исполнении выглядит следующим образом: верхняя часть экрана крепится к подвижному барабану, находящемуся между переплетами. Подъем и опускание экрана (на ночь, а в общественных зданиях – на период нерабочего времени) осуществляется посредством барабана, снабженного механическим или электрическим приводом.

С целью выявления эффективности применения теплозащитных экранов и теплоотражающих стекол были проведены натурные испытания оборудованных этими устройствами окон и балконных дверей жилых домов г. Норильска в зимних условиях эксплуатации [1].

Испытания проводились в двух смежных помещениях с одинаковой планировкой и ориентацией, равными параметрами теплового и воздушного режима и сопротивлением воздухопроницанию заполнения световых проемов с двойным остеклением в деревянных переплетах. Внутренние поверхности стен были окрашены известковым раствором одного цвета. Остекление в одном помещении было обычным, световые проемы другого были оборудованы сначала теплозащитными экранами, затем – теплоотражающим стеклом. Температура на поверхности стекол и экранов, а также в межстекольном пространстве измерялась с помощью медь-константановых термопар, устанавливаемых в пяти сечениях по высоте остекления; тепловые потоки определялись тепломерами на внутренней поверхности стекол в тех же сечениях и на обвязке переплетов.

В качестве теплозащитных экранов (размером на всю площадь межстекольного пространства) применялись штора из поролона толщиной 10 мм с термическим сопротивлением R_к = 0,20 м²•°С/Вт, штора из двухслойной синтетической пленки с герметической воздушной прослойкой в 10 мм и R_к = 0,14 м²•°С/Вт, а также жалюзи из пенопласта толщиной 10 мм, R_к = 0,27 м²•°С/Вт.

Теплоотражающее стекло представляет собой обычное стекло, на одну поверхность которого нанесено пленочное покрытие, состоящее из двуокиси олова с добавкой фтора и азота; коэффициент пропускания световых лучей такого стекла на 7–10 % ниже, чем обычного, а механическая прочность пленки выше, чем прочность стекла. Теплоотражающее стекло устанавливается во внутренних переплетах поверхностью с пленкой, обращенной в межстекольное пространство.

Анализ теплотехнических характеристик окна, полученных в результате исследований, показывает, что сопротивление теплопередаче (R_о) окна с теплозащитными экранами в среднем в 1,6 раза больше, чем окна без экрана; значения R_о окон и балконных дверей с теплоотражающими стеклами на 40 % выше, чем окон и дверей с обычными стеклами. Таким образом, устройство теплозащитных экранов позволяет снизить в среднем на 50 % (в зависимости от материала экрана) теплопотери через светопроемы за счет увеличения сопротивления теплопередаче заполнения, а применение теплоотражающего стекла способствует снижению теплопотерь через заполнения проемов примерно на 30 % (без учета воздухопроницаемости). Данные исследований (табл. 2) показывают также, что теплозащитные качества двойного остекления в раздельных переплетах с теплозащитными экранами или с теплоотражающим стеклом выше, чем тройного с обычным стеклом (R_о тройного остекления составляет 0,52 м²•°С/Вт).

Расчет эффективности применения заполнений светопроемов с повышенной теплозащитой показал, что при устройстве экранов теплопотери зданий снижаются на 7–11 %, а при использовании теплоотражающих стекол – в среднем на 9 % (рис. 2). Приведенные затраты на заполнение светопроемов с повышенной теплозащитой на 2–9 % меньше, чем затраты при тройном остеклении.

Рисунок 2. Графики сравнительных теплопотерь через окно с различными теплозащитными экранами

Натурными исследованиями также установлено, что температура на внутренней поверхности остекления проемов с экранами на 4–9 °С выше, чем остекления без экранов, внутренней поверхности теплоотражающего стекла – на 4–5 °С выше, чем обычного остекления. В помещениях с улучшенной теплозащитой заполнения проема увеличивается на 1–3 °С и температура на поверхности стен, что повышает комфортные условия в помещении, уменьшает на 15–20 % площадь дискомфортной зоны около световых проемов.

Литература

1. Табунщиков Ю. А., Чернов В. А. Совершенствование теплоизоляции световых проемов зданий (в условиях Крайнего Севера) // Тепловой режим, теплоизоляция и долговечность зданий: Сб. трудов НИИСФ. – М., 1981. – С. 5–7.