Коэффициент теплопередачи U для окон

Добавлено: 20.04.2016 |
Обновлено: 15.03.2017 |
Категория: Полезные статьи

Рынок окон очень богат. В зависимости от наших ожиданий, требований и финансовых возможностей, мы можем свободно рыться в предложениях производителей

Есть много факторов, характеризующих отдельные окна, а теплоизоляция — это главная особенность, которая существенно повышает качество продукта. Окна представляют собой самое слабое с точки зрения применения пространства в наружной конструкции здания. На них приходится до 41% потерь тепла, которые происходят в результате движения воздуха через существующие щели, так называемые «мостики холода» и проникновение тепла через конструкцию окна. Холодный воздух снаружи проникает внутрь дома, а теплый воздух из помещения уходит наружу.

Коэффициентом теплопередачи U называется размер, определяющий количество тепла, которое выходит из дома через окно. Чем значение U меньше, тем лучше. Решив купить окна, именно коэффициент теплопередачи U должен быть одним из самых важных параметров, который мы должны рассмотреть. Коэффициент У в настоящее время производимых, стандартных окон ПВХ составляет в среднем 1,1-1,5 вт/(м2·K). Если мы строим дом энергоэффективный, стоит инвестировать в энергосберегающие окна стоимостью не более 1,0 вт/(м2*K). Окна в пассивных зданиях должны иметь общий коэффициент теплопередачи не выше 0,8 вт/(м2*K) и проницаемость солнечной энергии через окна выше 50%.

Значения коэффициента теплопередачи У окон применяются стекла, рам и всего окна. Коэффициент Ug касается теплопередачи через стекло ( Ug = от слова glass – стекло), коэффициент Uf касается проникновения тепла через рамы ( Uf = от слова frame – рамка), в свою очередь, коэффициент Uw определяет проникновение тепла через все окно ( Uw = window – окно)

На рынке окон предлагается широкий выбор типов окон. Окна ПВХ характеризуются строительством элементов, т. е. в поперечном сечении имеют несколько перегородок, которые делят его на камеры. Чем больше камер имеет оконный профиль, тем жестче окно, а, следовательно, меньше коэффициент теплопередачи U. Окна с малым коэффициентом теплопередачи дороже от других видов окон. Окна звуконепроницаемые имеют коэффициент U, который колеблется в пределах 1,5 — 2,0 вт/(м2*K), в окнах четырех — и пятикратные коэффициент колеблется от 1,2 до 1,5 вт/(м2*K), в свою очередь, в случае окон с большим количеством камер, используемых в строительстве энергосберегающих и пассивных – коэффициент теплопередачи U составляет всего 0,6 — 0,9 Вт/(м2*K).

В настоящее время, для традиционных домов, стандартных, наиболее часто приобретаются окна четырех — и пяти каменные, которые характеризуются хорошими показателями и доступными ценами. Окна в зданиях пассивных уже требуют приобретения окон очень высокого качества шести камеры очень часто заполнены дополнительным изоляционным материалом (например, окна из профилей REHAU Clima-Design).

Пакеты шахтные

От типа стекла, используемого для производства окон (так называемый пакет шахтной печи) зависит коэффициент теплопередачи U для всего окна.

Традиционные, производимые когда-то окна имели очень низкое тепловое сопротивление, потому что для их производства использовались одинарные стекла толщиной от 3 до 5 миллиметров. В настоящее время применяется стеклопакет, с заполнением пространства между стеклами воздухом или специальными газами, такими как: аргоном, ксеноном.

В производстве окон применяются наиболее часто флоат-стекло. На рынке имеются также окна со стеклом powleczonym покрытиями. Коэффициент теплопередачи в такого рода окнах меньше коэффициента стекол примерно на 30%, так что потери тепла значительно снижаются.

Для одного стекла 4 мм, коэффициент теплопередачи составляет 5,0 Вт/(м2*K). Для стеклопакета из стекла float, 4/12/4, коэффициент имеет значение 3,0 вт/(м2*K). В случае стеклопакета 4/15/4 с покрытием низкоуглеродистой и заполненной специальным газом, коэффициент теплопередачи составляет только 1,1 вт/(м2*K).

Оконные профили

Если речь идет об оконные профили, в настоящее время изготавливаются из дерева, пластика (ПВХ), алюминия или из стекловолокна. Все их виды, близкие с точки зрения долговечности и качества. Коэффициент теплопередачи рам деревянных и из ПВХ составляет обычно около 2,0 вт/(м2*K). Улучшены технологически рамы окон из ПВХ с пупырышками воздушными, заполненных пенопластом характеризуются коэффициентом теплопередачи даже примерно 0,7 Вт/(м2*K).

Проницаемость тепла, отвечает, в первую очередь, на вопрос, в какой степени окно, предохраняет от потери энергии, необходимой для обогрева помещений. Чем ниже коэффициент теплопередачи Uw, выраженный в Вт/(м2*K), тем окно лучше защищает от нежелательных потерь тепла.

Сопротивление теплопередаче окон. Самостоятельный расчет.

Окна должны быть теплыми – это, основной критерий при выборе новых окон.

Практически все рекламные компании посвященные окнам, описывают преимущества материалов, из которых выполнены рамы (дерево, пластик, алюминий), различные виды оконных профилей имеющих от трех до восьми камер обладающих отличными теплоизоляционными свойствами.

Но окно состоит не только из рамы, основная площадь окна приходится на остекленную поверхность, выполненную из различных видов стекол либо стеклопакетов, при этом обладающим совершено другим сопротивлением теплопередаче. Давайте рассмотрим, как самостоятельно определить общее сопротивление теплопередаче всего окна Rопр окна.

Напомним, что сопротивление теплопередаче, является основным параметром, определяющим теплоизоляционные свойство материала и показывает способность материала, площадью один квадратный метр, препятствовать потерям тепла. Чем выше Rопр, тем материал имеет лучшую теплоизоляцию.

Окно является неоднородной конструкцией, в состав которого входят материалы с разным Rопр. Для определения общего сопротивления теплопередачи всего окна Rопр окна необходимо знать Rопр и площадь каждой однородной зоны.

В качестве примера возьмем одностворчатое окно шириной W=1400 мм. , высотой H=1000 мм., выполненного с трехкамерного профиля VEKO EUROLINE, имеющего общую ширину рама-створка Wр=113 мм. и сопротивление теплопередаче R опр=0,64 м2С/Вт, с использованием однокамерного стеклопакета с воздушным заполнением, листовыми стеклами толщиной 4 мм., толщиной камеры 16 мм., 4М1-16-4М1 имеющего сопротивление теплопередаче Rопр=0,32м2С/Вт.

Подробней с характеристиками стеклопакетов можно познакомиться в нашей статье Стеклопакеты.

Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородной ограждающей конструкции можно вычислить по формуле.

Rопр = Σ Fi / Σ (Fi/Rоi)

Где Fi– площадь i-той однородной зоны, м2.

Rоi– — Сопротивление теплопередачи i-той однородной зоны, м2С/Вт.

Т. е. для расчета приведенного сопротивления теплопередаче всего окна Rопр окна мы должны знать сопротивление каждой однородной зоны и вычислить площади всех однородных зон.

В нашем случае мы имеем две однородные зоны:

1. Зона рама-створка

2. Зона стеклопакета.

1. Рассчитаем площадь рама-створка.

F1=1,4 x0,113+1,4×0,113+(1-0,113*2)*0,113+(1-0,113*2)*0,113=0,491324 м2

2. Рассчитаем площадь стеклопакета.

F2=(1,4-0,113*2)*(1-0,113*2)=0,908676 м2

имеем:

F1=0,491324 м2

Rо1=0,64 м2С/Вт

F2=0,908676 м2

Rо2=0,32 м2С/Вт

Используя значенияF1, F2, Ro1, Ro2 вычисляем Rопр окна

Rопр окна = (F1 + F2) / (F1 / Ro1 + F2 / Ro2)

Rопр окна=(0,491324 +0,908676)/(0,491324/0,64+0,908676/0,32)=0,3881?0,39 м2С/Вт

Таким образом, не смотря на то, что профиль VEKO EUROLINE имеет Rопр=0,64 м2С/Вт, общее сопротивление теплопередаче всего окна получилось значительно ниже

R опр окна=0,39 м2С/Вт

Для второго примера возьмем самый теплый профиль VEKASOFTLINE 82 имеющий Rопр=1,06 м2С/Вт, и общую ширину рама-створка Wр=124 мм но при этом применив тот, же стеклопакет 4М1-16-4М1 имеющего сопротивление теплопередаче Rопр=0,32м2С/Вт.

F1=1,4 x0,124+1,4×0,124+(1-0,124*2)*0,124+(1-0,124*2)*0,124=0,503487 м2

Rо1=1,06 м2С/Вт

F2=(1,4-0,124*2)*(1-0,124*2)=0,866304 м2

Rо2=0,32 м2С/Вт

R опр окна=(0,503487 +0,866304)/(0,503487 /1,06 +0,866304 /0,32)=0,436?0,44 м2С/Вт

Для третьего примера применим тот же, теплый профиль VEKASOFTLINE 82 имеющий Rопр=1,06 м2С/Вт, и общую ширину рама-створка Wр=124 мм применив двухкамерный стеклопакет с заполнением аргоном и одним энергосберегающим стеклом с мягким покрытием 4М1-Ar16-4М1-Ar16-И4 имеющего сопротивление теплопередаче Rопр=0,8м2С/Вт.

F1=1,4 x0,124+1,4×0,124+(1-0,124*2)*0,124+(1-0,124*2)*0,124=0,503487 м2

Rо1=1,06 м2С/Вт

F2=(1,4-0,124*2)*(1-0,124*2)=0,866304 м2

Rо2=0,8 м2С/Вт

R опр окна=(0,503487+ 0,866304)/(0,503487 /1,06 +0,866304 /0,8)=0,8825?0,88 м2С/Вт

На основании проведенных расчетов, можно сделать однозначный вывод —

Теплосберегающие свойства окон в большей степени зависят от тепловых свойств применяемого стеклопакета.

Методика расчета достаточно проста, при необходимости Вы можете самостоятельно определить площади однородных зон для ваших конкретных условий. Теплотехнические свойства материалов и оконных профилей рамы, а так же стеклопакетов, вы можете найти в соответствующих разделах нашего сайта либо на сайтах предприятий производителей.

Расчет общего сопротивления теплопередаче всего окна можно выполнить на специальных калькуляторах, перейдя по следующим ссылкам:

Калькулятор теплопроводности окон Veka.

Калькулятор теплопроводности окон Rehau.

Калькулятор теплопроводности окон KBE.

Калькулятор теплопроводности окон Kaleva.

Калькулятор теплопроводности окон Salamander.

Калькулятор теплопроводности деревянных окон Galux.

Калькулятор теплопроводности деревянных окон Flora.

Калькулятор теплопроводности деревянных окон Bocchio.

Уравнения коэффициентов теплопередачи поверхности для окон

Связанные ресурсы: теплопередача

Уравнения коэффициентов теплопередачи поверхности для окон

Техника теплопередачи
Термодинамика

5 90
Уравнения коэффициентов передачи для окон

Теплопередача через окно также зависит от конвекции и излучения
коэффициенты теплопередачи между стеклянными поверхностями и окружающей средой.
Влияние конвекции и излучения на внутреннюю и внешнюю
поверхности остекления обычно объединяются в комбинированные конвекционные
и коэффициенты лучистой теплопередачи h _i и h _o соответственно. Под неподвижным
условиях воздуха, комбинированный коэффициент теплопередачи на внутренней поверхности
вертикальное окно можно определить из:

где T _g = температура стекла в K, T _i = температура воздуха в помещении в K, ε _g =
коэффициент излучения внутренней поверхности стекла, обращенного в помещение (принимается
0,84 для стекла без покрытия) и σ = 5,67 x 108 Вт/м ² · K ⁴ это Стефа
постоянная Больцмана. Здесь температура внутренних поверхностей, обращенных
окно считается равным температуре воздуха в помещении. Это предположение
разумно, когда окно выходит в основном на внутренние стены, но это
становится сомнительным, когда окно подвергается нагреву или охлаждению
поверхностей или других окон. Обычно используемое значение h _i для пиковой нагрузки
расчет:

ч _i = 8,29 Вт/м ² · °C = 1,46 БТЕ/ч · фут ² · °F (зимой и летом)

что соответствует зимним расчетным условиям T _i = 22°C и
T _г = -7°C для непокрытого стекла с ε _г = 0,84. Но одно и то же значение h _i может
также может использоваться для летних расчетных условий, так как соответствует летним условиям
T _i = 24°C и Tg = 32°C. Значения h _i для различных температур
коэффициенты излучения стекла приведены в таблице ниже. Обычно используемый
значения ч _или для расчетов пиковых нагрузок такие же, как и для внешних
поверхности стен (34,0 Вт/м ² · °C для зимы и 22,7 Вт/м ² · °C для лета).

Комбинированная конвекция и
коэффициент радиационной теплопередачи
h _i на внутренней поверхности вертикальной
стекло в условиях неподвижного воздуха
(в Вт/м ² · °C)*

Примечания:

* Умножьте на 0,176, чтобы перевести в БТЕ/ч · фут2 · °F.

Различные тепловые коэффициенты окон

Использование коэффициентов теплоизоляции

При проектировании окон и остекленных створчатых дверей и окон возникает множество проблем. В процессе проектирования необходимо учитывать несколько факторов. Среди них два наиболее важных, но на первый взгляд противоречивых:

• Окно должно не только изолировать от холода, но и пропускать свет и сохранять тепло зимой,
• Но оно должно также иметь возможность поддерживать прохладу и уменьшать передачу солнечного тепла летом.

Каждый из этих факторов можно определить с помощью коэффициента , который можно рассчитать для каждого окна в зависимости от его конструкции, материалов и качества монтажа. Нахождение правильного баланса между различными коэффициентами помогает:

• для оптимизации теплоизоляции дома,
• для обеспечения максимального комфорта в любое время года для жильцов,
• для экономии значительного количества энергии за счет сокращения использования отопления и кондиционирования воздуха.

При расчете потерь энергии окна или других створчатых дверей и окон обычно используются различные коэффициенты. Эти факторы учитывают теплоизоляционные характеристики оконной рамы, остекления и влияние теплового моста в зонах контакта между секциями рамы и остеклением. Среднее значение этих различных коэффициентов используется для расчета общий коэффициент теплопередачи окна и, следовательно, средние потери энергии в течение года.

Как выражаются коэффициенты тепловых потерь?

Различные коэффициенты обычно выражаются в Вт/м 2 x К, также указывается как Вт/м 2 .K. В соответствии с этой формулой ватт является единицей энергии, которая также фигурирует в виде киловатт-часов в счетах за электроэнергию или газ. С другой стороны, Кельвин является основной единицей измерения температуры, используемой в международной системе измерения. В этом случае отклонение в 1K эквивалентно отклонению в 1°C . Например, во Франции отклонение в 1К означает ровно то же самое, что и разница температур в один градус. Коэффициент рассчитывается, как показано в формуле, с учетом производительности одного квадратного метра остекления. Это обеспечивает абсолютное значение для расчета потерь энергии каждого стекла по отношению к его собственной площади поверхности. Затем для каждого стеклопакета коэффициент потерь умножается на количество квадратных метров фактической площади поверхности.

Суть в том, что хороший коэффициент имеет низкий коэффициент. Чем меньше коэффициент, тем меньше потери энергии. Хотя попытка найти низкий коэффициент потерь является относительно универсальной, следует отметить, что невозможно получить одинаковые коэффициенты для остекления и рам , изготовленных из разных материалов.

U g, коэффициент потерь остекления

теплопотери остекления

Оконное стекло обычно представляет собой самую большую поверхность обмена между внутренней и внешней частью окна. Процент остекления в раздвижных окнах или дверях внутреннего дворика даже выше , что делает важным получение минимально возможного Ug.

Как и во всех теплопередающих устройствах, потери энергии стеклопакета зависят от теплопроводности материала, из которого он изготовлен. Следовательно, сама природа стекла, его состав и структура определит, как и в какой степени стекло сохраняет энергию или, наоборот, передает ее.

В принципе, стекло является довольно хорошим проводником тепла и холода, но плохим изолятором. Это долгое время имело место в системах одинарного остекления, которые в некоторых очень холодных условиях требовали ограничения размера остекления. К счастью, современные решения для двойного остекления очень эффективны. Во многих случаях застекленная часть окна имеет даже большую теплоизоляцию, чем его рама, а это означает, что в настоящее время часто предпочтительнее оптимизировать соотношение прозрачных поверхностей в створчатой ​​двери и окне.

О двойном остеклении

Двойное остекление предотвращает передачу тепла стеклом непосредственно в самую холодную окружающую среду, а не наружу зимой и внутрь летом. Для этого двойное и тройное остекление включает один или несколько теплоизоляционных слоев между двумя слоями стекла. Обычно это нейтральный газ, наиболее распространенным из которых является аргон. №

Для того, чтобы в зимнее время не уходить немного больше тепла, одно из двух оконных стекол снабжено низкоэмиссионным слоем. Часто это очень тонкий слой серебра, невидимый невооруженным глазом, который улавливает инфракрасное излучение, содержащее высокий уровень тепла внутри дома. В соответствии с действующими стандартами стеклопакеты Ug в метрополии Франции обычно составляет от 1 до 1,4 Вт/м 2 .K.

U f , коэффициент потерь оконных рам

Коэффициент, характерный для рам и многие другие механические и электрические системы. Все эти компоненты составляют непрозрачную часть рамы, неподвижную и подвижную раму вокруг самого остекления. Из-за сложности этих механических факторов и самой конструкции окна створки обычно имеют худший коэффициент потерь, чем само остекление.

Однако U f по-прежнему рассчитывается так же, как U g . Он также выражает количество энергии, которая передается через заданную площадь поверхности оконной рамы в зависимости от перепада температур.

Преимущества алюминиевых окон и дверей

В среднем стальные или алюминиевые рамы имеют более низкое значение Uf, чем окна из дерева или ПВХ, что можно интерпретировать как признак более высокой эффективности. Однако это далеко от истины! Учитывая, что алюминиевые конструкции намного тоньше, чем их аналоги из ПВХ, они занимают гораздо меньшую площадь. При том же размере окна больше места для самого остекления , что обеспечивает лучший коэффициент потерь и лучший вклад света и солнечного тепла. В среднем и в зависимости от размера рассматриваемых окон алюминиевое оборудование с более низким Uf все же может иметь более значимый общий и реалистичный коэффициент.
Узнайте больше о преимуществах алюминиевых окон.

Ψ, коэффициент линейных потерь, который все чаще принимается во внимание

В отличие от других коэффициентов, упомянутых ранее в этой статье, коэффициент линейных потерь выражается не как функция поверхности, а как функция длина соединения между рамой и остеклением. Поэтому термин Вт/м.К используется вместо Вт/м2.К.

В этом случае учитывается теплопроводность между внутренней и внешней частями, которая происходит через различные материалы, так называемый тепловой мост. Современные окна учитывают Ψ, встраивая в свою конструкцию терморазрывные элементы. Это улучшает общий коэффициент окон и предотвращает повреждение хороших Uf и Ug из-за неправильной сборки рамы и остекления.

U w : общий коэффициент теплопередачи

Все упомянутые выше коэффициенты учитываются при расчете общего коэффициента теплопередачи , который также выражается в Вт/м2 x К.