ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СТЕКЛОПАКЕТОВ

Современное развитие рынка подразумевает производство товаров и услуг высочайшего качества по приемлемым ценам с тенденцией их снижения. Это возможно лишь в случае применения новейших технологий и оборудования, снижения трудоемкости и уменьшения энергетических затрат. Снижение энергетических затрат возможно путем применения энергосберегающих технологий во всех сферах деятельности. Подобная тенденция наиболее ярко проявляется на примере высокоразвитых стран, в частности, Германии.

Так, в рамках различных исследовательских проектов, ФМОИ (Федеральное министерство по образованию, науке, исследованиям и технологии ФРГ) занялось вопросом экономии энергии, поиском новых источников энергии и охраной окружающей среды. Осуществлением проекта занималась фирма INTERPANE в г. Лауэнферде. Результаты исследований были опубликованы в Bine-Project-Info № 5/96.

Снижение потерь тепла в зданиях - это одно из наиболее эффективных мероприятий по уменьшению расходов энергии. Известно, что при современном остеклении жилых зданий порядка 40 % тепловой энергии выбрасывается на улицу именно через остекление. Если в стандартном строительстве за рубежом уже достигнуты коэффициенты теплопроводности (значение Kv) для стен 0,2 W/m^{2 0}К, то у окон они составляют примерно 1,5 W/m^{2 0}К (DIN 52619).

Для уменьшения потерь тепловой энергии через стекло на Западе была проведена большая научно-исследовательская работа по созданию низкоэмиссионных стекол. Фирма INTERPANE потратила на разработку технологии производства таких стекол более 10 лет, и в настоящее время она является одной из ведущих в этой области.

Основные потери тепла через оконные проемы осуществляются путем излучения, что составляет 2/3 от общего баланса этих потерь, и только 1/3 потерь - за счет теплопроводности. Нанесение на поверхность стекла низкоэмиссионного покрытия методом магнетронного распыления (т.н. i-стекло или Double Low-E) позволяет снизить потери на излучение в 20 и более раз [1]. В то время как нанесение пиролитического низкоэмиссионного покрытия (т.н. К-стекло или Low-E) приводит к снижению потерь на излучение менее, чем в 10 раз. Дополнительное снижение потерь тепла возможно путем заполнения межстекольного промежутка инертным газом, что приводит к суммарному увеличению сопротивления теплопередаче приблизительно на 30%, но только для стеклопакетов с низкоэмиссионным стеклом (для простых стеклопакетов это значение находится в пределах 5 - 10%).

Применение стеклопакетов с низкоэмиссионным стеклом позволяет значительно снизить расходы энергоносителей. Так, по данным INTERPANE, жилой дом с общим остеклением 30 м², расположенный в районе Ганновера (4000 градусо-суток) при использовании стеклопакета с i-стеклом (коэффициент теплопроводности Kv = 1,2 Вт/м^{2 0}К) позволяет экономить 700 литров условного топлива по сравнению с остеклением обычными стеклопакетами (Kv = 3,0 Вт/м^{2 0}К) в тех же рамах. При использовании же стеклопакета с К-стеклом (Kv= 1,9 Bт/м^{2 0}К) эта экономия составит величину порядка 437 литров, т.е. в 1,6 раза меньше.

Таким образом, даже для условий Германии изменение значения Kv на 0,1 Вт/м^{2 0}С приводит к экономии в 1,25 л/м² условного топлива за отопительный период.

Удельные потери тепла через оконные проемы можно рассчитать по формуле:
Q = (t_в - t_от.п.) * Z_от.п. * 24/(1000 * R_о), [кВт*ч/(год*м²)] , (1)

где

• t_в - температура внутреннего воздуха, ⁰С,
• t_от.п. - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ⁰С,
• Z_от.п. * 24 - продолжительность отопительного периода в часах,
• R_о - приведенное сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, м2 ⁰С/Вт.

Для условий Москвы формула (1) принимает следующий вид:

Q = 110,42/ R_о, [кВт*ч/(год*м²)]. (2)

Из полученной формулы можно оценить изменение потребления энергии при изменении Rо.

Разница Rо для однокамерных стеклопакетов с низкоэмиссионным i-стеклом и К-стеклом составляет величину порядка 0,14 м2 ⁰С/Вт (без учета рамы).

Q = 110,42 (1/0,52 - 1/0,67) = 47,5 кВт*ч/м₂.

Расчет по формуле (2) показывает, что стеклопакет с i-стеклом с заполнением аргоном более, чем на 47,5 кВт*ч/м² в год экономичнее стеклопакета с К-стеклом.

При остеклении стеклопакетами с энергосберегающими стеклами экономия энергии в помещениях возможна не только в отопительный период, но и летом за счет снижения потерь на кондиционирование, которые могут превосходить в 2-3 раза расходы на отопление. Это возможно при использовании стекол, так называемого, третьего поколения.

Если используется обычный однокамерный стеклопакет, то на южной стороне фасада величина энергетического баланса здания составляет 1,48 Вт/м^{2 0}К. Стеклопакет с К-стеклом имеет значение энергетического баланса (разница между потерями тепла через оконные проемы и поступлением солнечной энергии), равное 0,46 Вт/м^{2 0}К. У стеклопакета с i-стеклом эта величина отрицательная и равна -0,04 Вт/м^{2 0}К.

Фактически это означает выигрыш в энергетическом балансе за счет применения стекла iplus. На северной стороне здания этот стеклопакет также предпочтительнее. Оценки показывают, что даже двухкамерный стеклопакет с К-стеклом (при значении Kv = 1,18 Вт/м^{2 0}К) более чем на 100 % хуже аналогичного стеклопакета с i-стеклом.

В настоящее время фирмой INTERPANE разработано стекло марки ipasol, которое позволяет экономить энергию в зимний период (аналогично iplus), и снижает приток солнечной энергии в помещение до 23% в летнее время (при коэффициенте светопропускания 57%), что позволяет отказаться от кондиционирования.

Не менее важным аспектом применения энергосберегающих технологий является уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива.

По данным INTERPANE, снижение выбросов CO₂ за отопительный период (для коттеджа с остеклением 30 м²) при остеклении стеклопакетами с iplus составляет 1,050 млн. литров, при остеклении стеклопакетами с К-стеклом снижение выбросов СО₂ составляет 0,625 млн. литров.

Косвенную оценку эффективности остекления можно провести, используя значение температуры на поверхности стекла, обращенного в комнату. Так, например, при температуре внешнего воздуха -26 ⁰С и температуре в помещении +20 ⁰С, температура на поверхности стекла у простого стеклопакета составит +4,7 ⁰С, для стеклопакета с К-стеклом +10,5 ⁰С и для стеклопакета со стеклом "iplus" +14,7 ⁰С.

Экспериментальные данные показывают, что увеличение температуры в т.н. "холодной зоне" вблизи окна на 1 ⁰С требует дополнительно около 6 % тепловой энергии.

Ориентировочно коэффициент экономичности остекления для стеклопакета с К-стеклом относительно простого стеклопакета составляет 1,41, для стеклопакета со стеклом iplus - 1,79.

В заключение отметим, что температура на поверхности стекла имеет большое значение для обеспечения комфортности в помещении. От разницы температур в помещении и на поверхности стекла зависит интенсивность конвективных потоков. Наиболее комфортные условия достигаются при температуре на стекле > +14 ⁰С при температуре в помещении +20 ⁰С. Конвективные потоки, вызванные таким перепадом температур, не вызывают неприятных ощущений.

Таблица Сравнительные параметры энергоэкономических и экологических аспектов для одноэтажного дома с площадью остекления 30 м² для условий Москвы (5023 градусо-суток)

	Параметры		Тип стеклопакета
			с i-стеклом		с К-стеклом		с 2 флоат-стеклами
			4-16-4	4-16-4	4-16-4
	Коэффициент теплопроводности, Вт/м2 0С	1,43	1,9	3,0
	Сопротивление теплопередаче, м2 0С/Вт	0,7	0,53	0,33
	Температура на поверхности стекла в помещении (при -26 0С на улице и +20 0С - в комнате), 0С	+14,7	+10,5	+4,7
	Экономия условного топлива за отопительный период 5000 градусо-суток, л/год	750	537	-
	Сокращение выбросов СО2 за счет экономии сжигаемого топлива, млн.л/год	1,125	0,78	-
	Коэффициент экономичности остекления	1,79	1,41	-

Литература

• 1. А. А. Прокофьев, А.М. Иванов, И.А. Румянцева, АН. Щуров. Свойства стеклопакетов с теплосберегающим стеклопокрытием. - "Окна и Двери", М., 1997, №5, стр. 14-16.
• 2. "Gestalten mit Glass". Справочник INTERPANE.
• 3. "Стеклостроитель" Е 1997. Tampere, Interpress Оу, 1997.