Исследование окон в разрезе теплопотерь

Сравнительное исследование окон с двумя и тремя остеклениями было произведено в доме VI.

Вначале было тщательно проверено требуемое количество тепла для этого дома без окон, затем в доме были встроены три окна. Два из них были размером 130x70 см, а третье 130x150 см (размеры даны по коробке). В месте установки каждого окна был удален целый элемент стены и укреплены два коротких элемента над и под окном. Окна были установлены в период с 28/I по 7/II 1953 г. и имели сначала три остекления. В наружных переплетах были двойные стекла с промежутком между ними 15 мм. Во внутренних переплетах было одинарное стекло. Стекла были прикреплены окопной замазкой с раскладками. Между переплетами и коробкой оставался зазор в 0,5—1 мм, который сначала совершенно не уплотняли.

Общая площадь окон была 3,5 м², или около 16% площади пола, считая по наружным размерам коробок.

Потребляемое домом без окон количество тепла указано выше. Данные о расходе тепла после установки окон показаны на графике рис. 96.

Чтобы определить точно температуру на поверхности окон, на поверхности стекол каждого окна было прикреплено значительное количество термоэлементов, а во втором окне еще три элемента между стеклами. О расположении точек измерения дано подробное разъяснение в разделе «Температура в различных точках комнаты и ее влияние на тепловые потери». Поскольку таким образом удалось определить температуру внутренней и наружной поверхностей каждого окна, то стало возможным рассчитать значение К для окон следующим образом.

Окно с тремя остеклениями без уплотнения

В литературе для окон дается значение К=1,6+1,2=2,8 ккал/м²·час·град., где величина 1,2 является коэффициентом утечки воздуха. На графике рис. 97 дана средняя температура комнатного воздуха на расстоянии 5 см от поверхности окна t_i) как функция температуры (t_к—t_и).

Для значения t_к—t_и=25°С разность t_i—t_u=24°C.

Из кривой потерь тепла видно, что увеличение количества тепла составляет 920—800=120 ккал/час.

Ко стены равна 0,391 ккал/м²·час·град., т. е. через площадь 3,5 м² проходит 0,391·3,5·25=34 ккал/час тепла.

Через окна проходит таким образом в целом

Отсюда получаем следующее значение K_i для окна:

Это значение несколько больше, чем величина, указанная в литературе (К₀=1,6), но следует заметить, что речь идет о новых, относительно плотных окнах.

Вовремя исследования были проведены периодические исследования влияния ветра.

12/11 1953 г. дул исключительно сильный северный ветер, скорость которого достигала 8 м/сек.; при этом t_к=20,1°С и t_и=—10,5°С. На расстоянии 5 см от поверхности окна средняя t_i=18,6°С. Расход тепла увеличился:

через окно терялось Q_i тепла:

Значит ветер, более сильный, чем обычно, вызвал увеличение К на 0,2 ккал/м²·час·град. Это значение намного меньше, чем поправочный коэффициент, приводимый в литературе (1,2).

Измерения в указанный ветреный день показали также, что температура в комнате под влиянием ветра значительно понижается. На графике рис. 98 показаны значения температуры в середине комнаты в штильный день и в ветреную погоду. Из графика видно, что значение поверхностной температуры в нижней части комнаты несколько понижается. Если, например, температура пола понижается примерно на 0,5°С, это в свою очередь вызывает снижение тепловых потерь, так что влияние ветра не выявляется столь ясно на кривой тепловых потерь. Это явление наблюдали и прежде: при слегка ветреной погоде не отмечалось увеличения тепловых потерь.

Когда рассчитываются величины К на основании тепловых потерь, следует учесть также изменение значений внутренней температуры под влиянием окон. Это показано на графике рис. 99, где имеется температурная кривая без окон и при наличии окон. Как можно заметить, температура в верхней части комнаты остается почти неизменной, в то время как температура пола и в нижней части помещения несколько понижается. Правда, зона теплого воздуха опускается несколько ниже, чем при отсутствии окон; в связи с этим средняя температура стен остается, пожалуй, прежней. Температура пола понижается приблизительно на 0,5°С при t_к—t_и=27°С. Это вызывает увеличение значения на ?Q₁=0,5·21,15·0,4=4,2 ккал/час.

Принимая это во внимание, получаем значение

Соответственно в ветреную погоду

Неуплотненное окно при двойном остеклении

После того как была определена величина К для окна с тремя остеклениями, из внешнего переплета 18/II 1953 г. было удалено внутреннее стекло. Измерения продолжались таким же образом, как описывалось выше, и, кроме того, изучали температурный режим в воздушной прослойке второго окна. Результаты этого последнего исследования показаны на графике рис. 100, на котором также видно расположение точек, где производились измерения. Как видно, в воздушной прослойке теплый воздух находится наверху, а холодный внизу. Таким образом, температура в нижней части внутренней поверхности окна всегда ниже, чем в соответствующем месте стены. Эта разность температур в свою очередь вызывает циркуляцию воздуха перед окном и именно это является частично так называемым сквозняком от окна, который ошибочно считают вызываемым исключительно щелями между оконной рамой и коробкой.

Температура внутренней поверхности внутреннего остекления таким же образом зависит от t_к—t_и. как и при тройном остеклении (рис. 60). Если t_к—t_и=30°С, то t_i—t_и=28,8°С.

Количество тепла, проходящее через окно Q_i равно

Заклеенное окно с двойным остеклением

Третьим объектом исследования было окно с двумя остеклениями, уплотненное приклеенной бумагой. 4/III 1953 г. заклеили бумагой оба переплета. В результате этого тепловые потери стали несколько меньше того значения, которое имелось у окна с тремя остеклениями (рис. 96). В значениях же поверхностной температуры стекол существенной разницы не обнаружилось.

Если t_к—t_и=30°С, то t_i—t_и=28,8°С.

Количество тепла Q_i, проходящее через окно:

Поверхностное сопротивление остеклений

Так как температура измерялась непосредственно на внутренней и внешней поверхностей стекол (термоэлементы без пробирок), то можно рассчитать величину К для окна без учета поверхностных сопротивлений.

8/III 1953 г. были следующие значения температуры внутренней и наружной поверхностей стекол:

Величины термического сопротивления поверхностей, особенно наружных, в весьма большой степени зависят от скорости воздушных потоков. Так как произведенные здесь расчеты основываются на данных, полученных в тихую погоду, то эти значения можно принять в качестве максимальных. Сам же результат кажется вероятным.

Значения К для окон

При изучении показателей различных окон получены следующие значения К:

• для неуплотненного окна с тремя остеклениями 1,88 ккал/м²·час·град.
• для неуплотненного окна с двумя остеклениями 2,1 ккал/м²·час·град.
• для уплотненного окна с двумя остеклениями 1,74 ккал/м²·час·град.

В литературе даются следующие теоретические значения К:

• для неуплотненного окна с тремя остеклениями 1,6+1,2=2,8 кккал/м²·час·град.
• для неуплотненного окна с двумя остеклениями 2,3+1,2=3,5 ккал/м²·час·град.
• для уплотненного окна с двумя остеклениями 2,15+0,15=2,3 ккал/м²·час·град.

Сравнение этих величин дано на диаграмме рис. 101.

В порядке общего замечания следует отметить, что в этих исследованиях разница между окнами с тремя и двумя остеклениями оказалась гораздо меньше предполагавшейся. Это особенно характерно в отношении тепловых потерь, так как разница в тепловых потерях всего дома составила всего около 1,5%. Эта разница настолько незначительна, что, кажется, нет надобности применять окна с тремя остеклениями в малых зданиях. Их применение более оправдано, если рассматривать вопрос с точки зрения поверхностной температуры внутреннего полотна и в то же время с точки зрения радиации. Что же касается заклеивания окон, то следует заметить, что оно уменьшило тепловые потери на 3%, причем в данном исследовании окна были новые и сравнительно плотные. При старых окнах эта разница будет, очевидно, еще больше. Кроме того, следует отметить, что влияние ветра па внутреннюю температуру меньше, если окна уплотнены, уплотнение уменьшает также циркуляцию воздуха около окон. Таким образом, кажется целесообразным уплотнять (заклеивать) щели между оконными переплетами и коробками, во всяком случае в старых окнах.