Содержание к диссертации
Введение
1. Теплообмен в светопрозрачных конструкциях. современное состояние
1.1. Анализ существующего положения 14
1.2. Основные теплофизические требования, предъявляемые к светопрозрачным конструкциям 19
1.3. Факторы, влияющие на теплопередачу окна 20
1.3.1. Влияние воздухопроницаемости 20
1.3.2. Оптимальная толщина замкнутых воздушных прослоек 25
1.3.3. Влияние теплоотражающего покрытия
1.3.4. Влияние газовой среды межстекольного пространства на сопротивление теплопередаче окна 31
1.3.5. Влияние оконных откосов на теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций 34
1.3.6. Влияние конструктивных элементов окна на теплопередачу 36
1.3.7. Влияние расположения окна в проеме стены и ее теплоизоляции на температуру внутренней поверхности ограждения 42
1.4. Общая схема теплопередачи через окна 46
1.4.1. Теплопроводность 47
1.4.2. Конвективный теплообмен у поверхности окон 48
1.4.3. Конвективный теплообмен в межстекольном пространстве окон 50
1.4.4. Влияние лучистого теплообмена на теплопередачу окна 58
1.5. Электрообогреваемые окна 60
1.6. Расчет тепловых потоков, термического сопротивления и температурных полей з
1.6.1. Методика расчета окна НИИСФ 63
1.6.2. Методика расчета окна Европейского общества ЕСО 66
1.7. Основные выводы и направления исследования 68
2. Экспериментальное исследование теплоза щитных свойств окон 69
2.1. Описание экспериментальной установки 69
2.2. Измерение тепловых потоков элементов конструкций в натурных условиях 74
2.3. Экспериментальные исследования различных вариантов заполнений оконных блоков 82
2.3 Л. Исследование одинарного остекления 82
2.3.2. Исследование однокамерного стеклопакета 84
2.3.3. Исследование однокамерного стеклопакета с теплоотра-жагощим покрытием 87
2.3.4. Исследование однокамерного стеклопакета заполненного аргоном 90
2.3.5. Исследование однокамерного стеклопакета с теплоотра-жающим покрытием и заполненного аргоном 90
2.3.6. Исследование двухкамерного стеклопакета 93
2.3.7. Исследование двухкамерного стеклопакета заполненного аргоном 95
2.3.8. Исследование двухкамерного стеклопакета с теплоотра-жающим покрытием и заполненного аргоном 97
2.3.9. Обобщение опытных данных по теплоотдаче свободной конвекцией на внутренней и наружной сторонах стеклопакетов 99
3. Экспериментальное исследование воздухо проницаемости окон 105
3.1. Экспериментальное определение воздухопроницаемости окна 105
3.2. Влияние инфильтрации холодного воздуха на сопротивление теплопередаче стеклопакета 108
4. Влияние обогрева межстекольного пространст ва на сопротивление теплопередаче при тройном остеклении 116
4.1. Обогрев теплой воздушной прослойки при тройном остеклении 116
4.2. Обогрев холодной воздушной прослойки при тройном остеклении 122
4.3. Обогрев теплой воздушной прослойки при тройном остеклении с теплоотражающим покрытием 127
5. Исследование теплового режима оконных откосов и узлов сопряжений оконных блоков с наружными стенами 131
5.1. Влияние толщины оконной коробки на тепловые потери 131
5.2. Влияние местоположения окна по толщине стены на тепловые потери 139
5.3. Влияние конструктивного решения стены на тепловые потери через стены 143
Заключение 150
Список использованной литературы
- Влияние оконных откосов на теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций
- Экспериментальные исследования различных вариантов заполнений оконных блоков
- Влияние инфильтрации холодного воздуха на сопротивление теплопередаче стеклопакета
- Влияние местоположения окна по толщине стены на тепловые потери
Введение к работе
з
Актуальность работы. По прогнозам специалистов мировое энергопотребление ежегодно будет возрастать на 3% и увеличение производства энергии за счет использования природных ресурсов, окажется недостаточным для покрытия растущих энергопотребностей. Проблема энергосбережения актуальна не только для России, ко и для всего мира. Главной причиной повышенного расхода топлива на отопление и вентиляцию зданий является низкий уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Наиболее велики теплопотери в ограждающих конструкциях через окна, которые составляют более половины подводимого к зданию тепла.
В нашей стране в качестве одной из приоритетных поставлена задача экономии топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве, поэтому проблемы энергосбережения при строительстве нового и реконструкции существующего жилья приобретают особую остроту. По оценкам специалистов около 43% всей вырабатываемой тепловой энергии расходуется в нашей стране на содержание жилых и общественных зданий, причем этот процент постоянно возрастает. Большая часть энергии, затрачиваемой на отопление современных зданий, фактически расходуется на компенсацию теплопотерь через наружные ограждения.
Существенным звеном в решении задачи экономии топливно-энер-гетитческих ресурсов является разработка и внедрение в практику строительства новых конструкций светопрозрачных ограждений с высокими теплозащитными качествами.
В связи с тем, что до 50% потерь тепла приходится на оконные проемы, повышаются требования к их сопротивлению теплопередаче. Они нашли отражение в Изменении № 4 СНиП II—3—79* "Строительная теплотехника". Это свидетельствует об актуальности и практической значимости проведения исследований по совершенствованию теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.
Данная работа была включена в программу "Строительство" Министерства общего и среднего специального образования в раздел "Совершенствование технологии строительства". В 1999 г. работа по теме: "Исследование и обоснование путей повышения теплозащиты элементов зданий", № 21-4-5-210, удо-
стоена гранта фундаментальных исследований в области архитектуры и строительства Министерства общего и профессионального образования.
Цель работы состояла в исследовании процессов конвективного и лучистого теплообмена в окнах, выработке научно обоснованных методов влияния на тепловые характеристики оконных заполнений для обеспечения повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий.
Определены следующие задачи исследования:
-
Провести анализ и оценку различных способов повышения теплозащитных свойств окон.
-
Провести лабораторные и натурные экспериментальные исследования тепловых характеристик различных вариантов оконных заполнений.
-
Выполнить экспериментальные исследования по изучению влияния инфильтрации холодного воздуха на тепловые характеристики окон при заполнении их стеклопакегами.
-
Провести экспериментальное изучение влияния обогрева межстекольного пространства при тройном остеклении на его тепловые характеристики.
-
Выявить влияние местоположения окна в проеме стены и влияния оконных откосов на тепловые потери через ограждающие конструкции.
-
Провести оценку экономического эффекта различных способов повышения теплозащиты оконных блоков.
На защиту выносятся:
-
Классификация факторов, влияющих на теплообмен в свегопрозрачных конструкциях.
-
Результаты экспериментальных исследований тепловых характеристик светопрозрачных конструкций в зависимости от рядности остекления, заполнения межстекольных пространств газами, применения тешгаотражающих покрытий в условиях стационарного теплообмена.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния инфильтрации холодного воздуха на тепловые характеристики окон при заполнении их стек-лопакетами.
-
Экспериментальные результаты эффективности повышения тепловых характеристик тройного остекления за счет тепловыделений в межстекольном пространстве.
5. Результаты численных расчетов влияния местоположения окна в проеме стены и оконных откосов на тепловые потери через ограждающие конструкции. Научная новизна работы:
получены новые экспериментальные данные по влиянию различных факторов, таких как: количество слоев остекления, заполнение межстекольных пространств газами, применение теплоотражающих покрытий на локальные тепловые характеристики стеклопакетов;
установлено, что инфильтрация холодного воздуха приводит к увеличению тепловых потерь окон при заполнении их стеклопакетами;
экспериментально установлено влияние тепловыделений в межстекольном пространстве при тройном остеклении на его тепловые характеристики, проанализирована динамика выхода на стационарный режим и мощность обогрева для получения требуемой температуры остекления;
получены новые данные по тепловым потерям через оконные откосы в зависимости от толщины оконной коробки, местоположения окна в проеме стены и ее конструктивного решения.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные экспериментальные данные позволяют определить влияние различных факторов на тепловые характеристики оконных заполнений и разрабатывать конструкции окон с повышенными теплозащитными свойствами. Предложенный метод обогрева межстекольного пространства позволяет улучшить тепловую обстановку вблизи окна и уменьшить тепловые потери из помещения.
Внедрение результатов работы. Результаты выполненных исследований использовались в технологии производства оконных блоков на предприятии "Профиль-С." СПАО "Сибакадемстрой" г. Новосибирска и ЗАО ПСК "Венапласт" г. Томска.
Апробация работы. Результаты работы докладывались: на научно-технической конференции "Материалы, технология, организация строительства" (Новосибирск, 1996 г.), на научно-технической конференции "Строительные материалы и технология" (Новосибирск, 1997 г.), на XV межрегиональной научно-технической конференции "Расчет и конструирование сооружений, автомобильных дорог, технологии и материалы, экологические проблемы региона" (Красноярск, 1997 г.), на I, II и III Международном конгрессах "Ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии реконструкции и ново-
6 го строительства" (Новосибирск, 1998, 1999 и 2000 г.), на международном научно-техническом семинаре "Нетрадиционные технологии в строительстве" (Томск, 1999 г.), на научно-технической конференции, посвященной 100-летию архитектурно-строительного образования в Сибири, на пятой научно-практической конференции "Проблемы строительной теплофизики, систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях" (Москва, 2000).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации составляет 172 страницы, включая 92 рисунка, 14 таблиц. Список литературы содержит 125 наименований.
Влияние оконных откосов на теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций
Одним из важных аспектов проектирования и строительства является остекление зданий и сооружений. Практика эксплуатации зданий свидетельствует о том, что потери тепла через остекление весьма значительны, а недостаточная теплоизоляция ведет к большим затратам тепловой энергии.
Минстрой Российской Федерации постановлением № 18-81 от 11 августа 1995 г. ввел в действие с 1 сентября 1995 г. изменения N 3 к СНиП П-3-79 "Строительная теплотехника", обеспечивающие существенное увеличение уровня теплозащиты зданий. Разработанные нормативы обеспечивают по этапное (с 1996 по 2000 гг.) снижение на 20 и 40% уровня энергопотребления на отопление зданий по сравнению с существующими нормативами. В основу подхода по назначению новых нормативов положены теоретические разра ботки О. Фангера и И.Р. Богословского в части теории комфорта помещений зданий и Ю.А. Табунщикова в части теории рассмотрения здания как единой энергетической системы Такой подход соответствует современной направ работ зарубежных области щтаты здантай
По данным 1992 г. в России [52] было израсходовано около 364 млн. тонн условного топлива (у.т.) тепловой энергии, из которых жилищно-коммунальное хозяйство израсходовало 32%, промышленность — 55%, ,ельское хозяйство - 3% и 11% израсходовали сельские здания. Для сравнения в западных странах на энергопотребление зданий расходуется 20-22% тепловой энергии. Эти цифры доказывают необходимость структурного изменения потребления тепловой энергии и актуальность мероприятий по теплосбереже-нию в зданиях.
Анализ существующего положения в строительном секторе дал следующие результаты [52]. Вновь построенные жилые здания в средней полосе России расходуют на нужды отопления: многоквартирные от 350 до 600 кВт-ч/(м2год); односемейные от 600 до 800 кВт-ч/(м2год). В целом по России расход на отопление и горячее водоснабжение составляют 74 кг у.т./(м2год). Для сравнения: здания в ФРГ расходуют 260 кВт-ч/(м2год), в Швеции и Финляндии - 135кВт-ч/(м2год).Или, если сравнить по расходу условного топлива, то ФРГ - 34 кг у.т./(м2год), Швеции - 18 кг у.т./(м2год). Очевидно, что и по этим показателям в России имеет место существенное превышение расхода топлива.
Следует отметить, что с 1986 по 1995 гг. нормативы в нашей стране не менялись, в то время как западные страны меняли свои нормативы за этот период несколько раз в сторону ужесточения требований. Согласно новым нормам предлагается при выборе уровня теплозащиты руководствоваться: поэлементным нормированием различных видов ограждающих конструкций и системным нормированием здания в целом или его отдельных замкнутых объемов. При проектировании здания в соответствии с новыми нормативами поэлементное нормирование обеспечивает минимальные требования к теплозащите отдельных
Исходя из условий по ограничению энергопотребления зданий, в основу изменений положены фиксированные величины удельных энегрозатрат на отопление зданий в отопительный период, приходящиеся на 1 м2 отопительной площади и одни градусо-сутки, которые нормируют теплозащитные свойства отдельных элементов ограждающих конструкций здания.
Главное внимание при проектировании объектов строительного комплекса следует уделить их эксплуатационным характеристикам. Задача состоит в том, чтобы, не снижая качественных показателей и уровня современных строительных стандартов, минимизировать потери энергии посредством повышения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций и кпд энергопотребляющего оборудования и приборов.
В мировой строительной практике вопросы усиления теплоизоляции окон вставали неоднократно. В условиях острого энергетического кризиса во многих странах были приняты чрезвычайные федеральные программы, позволившие в течение 3-5 лет резко снизить относительное потребление энергии в строительстве [8]. Параллельно с разработкой чисто технических проблем в области энергосбережения за рубежом за первые 3-5 лет был решен ряд законодательных вопросов: разработаны меры стимулирования энергопроизводиQKejfi и лиц вкладывающих средства в энергосбережение подготовлена НОр-мативная база для широкомасштабного внедрения новейших разработок.
При сравнении Изменений № 4 и № 3 СНиП видно, что южные регионы России получили незначительное ослабление требований по приведенному сопротивлению теплопередаче [102]. Это можно считать обоснованной пози цией, так как рекомендуемый норматив Изменения № 3 превышал европей ские нормативы, ограничивая применение окон с двойным остеклением в этих регионах России. Сложнее обстоит вопрос с северной строительной зоной (8000 12000 градусо-суток отопительного периода). Здесь несмотря на по вышение норматива приведенного сопротивления теплопередаче примерно на 30% установленные показатели отстают от показателей наиболее энергоэф фективных конструкций северных зарубежных стран Однако это не прошедших серьезных испытаний на долговечность герметиков и теплоот-ражающих покрытий стекол в условиях сурового климата севера России.
Для того, чтобы наметить пути снижения расхода тепла на отопление жилых и общественных зданий, рассмотрим структуру потерь тепла через отдельные виды ограждающих конструкций [50] (таблица 1.1).
Приведенные в таблице данные получены на основе анализа потерь тепла по типовым проектам зданий. По конкретным проектам, в зависимости от функционального назначения здания, его этажности и остекления, а также от расчетной разности температур внутреннего и наружного воздуха, показатели могут отличаться от приведенных. Так, при расчетной разности температур 60С удельный вес потерь тепла через окна и балконные двери может достигать 30% и более, а потери тепла за счет инфильтрации воздуха более 35%.
Экспериментальные исследования различных вариантов заполнений оконных блоков
При постоянных толщине L и высоте Я прослойки, но переменной разности температур At термическое сопротивление прослойки уменьшается с увеличением At (рис. 1.3). Данные рассчитаны по формуле NuL=0,258GrL 25(H/L) 0,25 при средней температуре в прослойке 283% L=16 мм и Я=500 мм.
Влияние высоты воздушной прослойки Н на величину Lopt при определенной разности температур At имеет слабовыраженный характер, так как в формуле (1.7) высота прослойки входит в степени 0,25. Увеличение высоты, при других постоянных величинах, ведет к незначительному увеличению Lopi.
Таким образом, изменение термического сопротивления воздушного зазора может достигаться изменением основного параметра - толщины воздушного зазора, т.е. расстояния между стеклами. Экспериментально и расчетным путем показано, что минимальное значение теплопотерь воздушного зазора достигается при расстоянии порядка 12-14 мм [89].
Для того, чтобы уменьшить лучистую составляющую теплообмена применяют теплоотражающие покрытия. Стекло в диапазоне длин волн 0,3-2,5 мкм прозрачно для солнечного излучения, а в диапазоне 2,5-16 мкм непрозрачно для теплового излучения, идущего из помещения [42]. График спектральной характеристики стекла представлен на рис. 1.4.
При использовании теплозащитных покрытий [1, 34] происходит существенное уменьшения количества тепловой энергии, теряемой в виде инфракрасного излучения через поверхность оконного стекла, что в свою очередь, обусловлено спектрально-селективными свойствами покрытия, пропускающим видимое и отражающим инфракрасное излучение [106]. Спектральная характеристика покрытия должна обеспечивать высокий коэффициент пропускания в видимой области спектра (0,38-0,76 мкм) до 90%, пропускать коротковолновую ультрафиолетовую солнечную радиацию в диапазоне до 0,38 мкм и высокий коэффициент отражения в инфракрасной области (0,76-16 мкм) 80-90%. За счет снижения величины лучистой составляющей теплообмена теплопотери через окна уменьшаются. Однако теплоотражающие покрытия снижают коэффициент пропускания света через окна.
В качестве теплоотражающих покрытий широко используют покрытия на основе различных металлов, таких как серебро, золото, медь с системой просветляющих окислов, а также полупроводниковые оксиды олова и индия. Условно теплоотражающие покрытия можно разделить на твердые и мягкие. Различаются они по излучательной способности. Покрытия с излучательной способностью до 0,15 считаются мягкими покрытиями, а покрытия с излучательной способностью 0,15-0,25 являются твердыми покрытиями.
По способу нанесения существуют теплоотражающие покрытия Off-line и On-line [70]. Низкая излучательная способность стекол с покрытиями типа Off-line достигается, в основном, благодаря слою серебра, толщина которого порядка 10 нм. Нанесение покрытий производят вакуумными ионно-плазменными методами [34]. Слой серебра защищают слоем оксида металла, в качестве которого используют оксиды алюминия или титана. Чтобы внешний вид стекол был как можно более нейтральным, наносят еще два слоя просветляющих полупроводниковых оксидов BiO? TiO? SiO? Между стеклом и слоем серебра расположен первый слой из полупроводникового оксида задачей КОТОРОГО является ПРОЧНО закрепить слой серебра на стекле
В стеклах с покрытиями типа On-line есть только один относительно толстый слой оксида олова, толщина которого порядка 400-600 нм. В основе метода нанесения слоя покрытия из оксида олова лежит реакция пиролиза, которая происходит на одной из стадий производства стекла. Во время этой реакции слой оксида оседает на поверхность горячего стекла, становясь неотделимой его частью. Слой оксида олова почти бесцветный и незаметный. Значения излучательной способности стекол с покрытиями типа On-line составляют порядка 0,16-0,20, с покрытием типа Off-line порядка 0,04-0,12.
Потери тепла в стеклопакете из двух прозрачных стекол распределены следующим образом: около 2/3 приходится за счет излучения и 1/3 - посредством теплопроводности и конвекции. Самый эффективный способ для ограничения потерь тепла из помещения - это применение таких стекол, излучательная способность которых как можно ниже [89].
Зависимость сопротивления теплопередаче стеклопакетов от коэффициента излучения в случае, когда одним из стекол является обычное строительное стекло, а воздух в промежуточном пространстве шириной 12 мм заменен на аргон, приведена в таблице 1.4 [92]:
Влияние инфильтрации холодного воздуха на сопротивление теплопередаче стеклопакета
Вся экспериментальная программа была выполнена на опытной базе лаборатории термогазодинамики Института теплофизики СО РАН.
Для проведения экспериментальных исследований тепловых потерь окон была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, показанная на рис.2.1. Корпус климатической камеры 1 имел внутренние размеры 910 ммх390 мм и глубину 410 мм. В качестве источника холода использовался вихревой охладитель газа ВОГ-1.
На вход вихревому охладителю подавался сжатый воздух давлением 2-8 атмосфер и температурой 15-20С. На выходе из вихревого охладителя получали два потока. Первый поток - теплый с температурой газа до 90С, второй поток - холодный с температурой газа до минус 40С. Регулировкой аппарата можно было изменять величины температур и расходов теплого и холодного потоков воздуха [54].
С точки зрения охлаждения, вихревая трубка имеет две основные характеристики. Первая - удельная хладопроизводительность qxy кДж/кг qx=/ucp(T0-Тх) где LIZ=GJG0 и G0 Т0 — расход д иемпература аходящего ооздуха a Gx Тх — расход и температура выходящего холодного воздуха. Вторая характеристика - глубина охлаждения ЛТХ=Т0-ТХ.
На рис.2.2 показаны зависимости удельной хладопроизводительности и глубины охлаждения от относительного расхода охлажденного воздуха при разных давлениях воздуха на входе в вихревую трубку. Для работы вихревого охладителя в качестве источника холода климатической камеры он предварительно настраивался на работу в режиме максимальной глубины охлаждения. Для этого режима //=0,2-0,4. При давлении воздуха на входе в вихревой охладитель 6 атмосфер глубина охлаждения достигала 50С. Расход воздуха через вихревую трубку был Go=0t6 м3/мин. Холод а) удельная хладопроизводительность б) глубина охлаждения Холодный воздух, полученный с помощью вихревой трубки, поступал через штуцер 3 (рис.2.1) в верхнюю часть климатической камеры. В камере была установлена перегородка 5, которая обеспечивала равномерное распределение входящего холодного воздуха и направления его движения вниз. Штуцер 4, расположенный в верхней части камеры, служил для отвода воздуха из климатической камеры. В камере были установлены три термопары 7 для измерения температуры воздуха внутри. С боковой стороны камеры по ее периметру через уплотняющую прокладку 8 с помощью шпилек и прижимной планки 9 к камере крепились исследуемые рамы 10 с различными вариантами свегопрозрачных заполнений.
Исследовались различные варианты остекления, которые были изготовлены на ООО "Профиль-С" г. Новосибирска и "Венапласт" г. Томска. Использовались ПВХ рамы. Размер рам составлял 465x970 мм.
На поверхности остекления со стороны помещения и со стороны холодной камеры были установлены термопары вдоль центральной линии остекления (рис.2.4). Термопары были выполнены из хромель-копелевой проволоки диаметром 0,2 мм.
В результате наладочных экспериментов наиболее удачным оказался способ крепления термопар к стеклу с помощью силикатного клея. Такой способ крепления термопар давал наименьшие погрешности в измерении температуры поверхности стекла и был прост при монтаже и демонтаже измерительной системы.
Тепловые потоки измерялись преобразователями тепловых потоков [10, 11] моделей ПТП-0.11.13.14.00 с размерами 027x2 мм и ПТП-0.11.01.14.11 с размерами 0100x2 мм. Преобразователи тепловых потоков изготовлены Институтом технической теплофизики Национальной Академии Украины. В преобразователях тепловых потоков используются технические решения, защищенные авторскими свидетельствами [67].
Действие преобразователей тепловых потоков, выполненных в виде вспомогательной стенки, основано на использовании физической закономер 72
Датчик выполнен в виде монолитной жесткой конструкции и состоит из теплочувствительной батареи термоэлементов 1, заформованной электроизоляционным заливочным компаундом 2 в корпус - металлическое кольцо 3 диаметром 27 мм с двумя отверстиями для выведения двух потенциалосъем-ных проводников 4. Теплочувствительная батарея 1 по периметру окружена охранной зоной 5 из материала заливочного компаунда шириной не менее, чем две высоты батареи термоэлементов.
Согласно ГОСТ 26602-85 [15], тепломеры крепились к стеклу при помощи вазелина. На поверхности остекления со стороны помещения устанавливались датчики теплового потока для каждого варианта остекления (рис.2.4). При проведении измерений четвертый датчик перемещался по поверхности стекла для измерения тепловых потоков в различных точках поверхности. На первом этапе проведения экспериментов сигналы с термопар и тепломеров поступали на многопозиционный переключатель, а с него - на милливольтметр постоянного тока Ф-30. По мере совершенствования методики проведения экспериментов перешли на использование специально созданного устройства - аналого-цифровой преобразователь в виде модуля TermoLab-16. Данный модуль предназначен для сопряжения термопар и датчиков теплового потока с платой LabMaster. Модуль может эксплуатироваться в лабораторных условиях в диапазоне температур окружающей среды от 10С до 50С.
Модуль включает в себя: - 16-канальный мультипроцессор с дифференциальными входами; - схему управления мультипроцессором; - прецизионный дифференциальный усилитель; - датчик температуры холодного спая. Многофункциональная плата LabMaster предназначена для построения малых систем автоматизации, выполненных в конструктиве IBM PC. В плате применен модульный принцип, позволяющий пользователю самостоятельно выбрать и заказать набор размещаемых на плате устройств применительно к своей конкретной задаче.
Модуль 12-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) позволяет проводить многоканальные измерения постоянных и переменных напряжений. Режим работы многоканального АЦП представляет режим опроса нескольких каналов по одному старту с автоматическим переключением с канала на канал через интервал 10 мкс.
Дня данного модуля было создано специальное программное обеспечение под Windows-95, имеющее меню, состоящее из четырех основных разделов. Первый раздел "Файл" имеет набор стандартных функций. Второй раздел "Измерения" предполагает выполнение измерений как в ручном, так и в автоматическом режиме. Третий раздел "Лабмастер" характеризует параметры АЦП. Четвертый раздел "Установки" включает в себя: сценарии выполнения автоматических измерений, в том числе возможность установки времени, через которое выполнять одно измерение количество измерений; сценарий выполнения одного измерения
Влияние местоположения окна по толщине стены на тепловые потери
Воздухопроницаемость окон измерялась в производственных и жилых зданиях г. Новосибирска. В проведенных экспериментах обследовались окна с двойным остеклением без уплотнительных прокладок в притворах. Методика экспериментального определения воздухопроницаемости оконного блока в натурных условиях была следующая [19]. Исследуемый оконный проем закрывался полиэтиленовой пленкой, плотно приклеиваемой по периметру проема к стене. В центре пленки было выполнено отверстие 0 100 мм, в которое устанавливали крыльчатый анемометр АСО-3 для определения скорости воздуха, поступающего через оконный проем в помещение. Между наружной и внутренней поверхностью окна создавался перепад давлений, который измерялся с помощью спиртового наклонного микроманометра. Для получения надежных средних значений скорости воздуха каждое измерение длилось 100 секунд. По измеренной скорости определялся среднемассовый расход воздуха через оконный проем. Полученная в экспериментах воздухопроницаемость сравнивалась с нормативной величиной. Результаты экспериментальных испытаний в административном здании тепловых сетей г. Новосибирска приведены в таблице 3.1.
Средний расход воздуха через оконный проем составил С?=85,9 кг/час. При площади исследуемого оконного проема F=l,45xl,77=2,56 м , расход поступающего через проем холодного воздуха на 1 м2 оконного проема составил ?/F=33,5кг/м2ч.
Перепад давлений Ар между улицей и помещением во время испытаний составил 6 Па. Согласно СНиП [88], воздухопроницаемость окон жилых и общественных зданий при перепаде давлений между улицей и помещением в 10 Па должна быть не более 6 кг/м2ч, а при перепаде 6 Па соответственно должна быть не более 4,3 кг/м2ч. При испытаниях воздухопроницаемость превышала нормативную величину почти в 8 раз.
При проведении экспериментальных исследований на других объектах была выявлена аналогичная картина, показывающая значительное превышение реальной воздухопроницаемости окон по сравнению с нормативной. На рис.3.1 представлен график, показывающий отношение фактической воздухопроницаемости окон G к нормативной GH для различных объектов в г. Новосибирске. На рис.3.2 приведены графики, характеризующие нормативные тепло-потери от воздухопроницания и общие нормативные теплопотери через окна, а также фактические значения этих теплопотерь через реальные окна для различных объектов. Видно, что значительную часть в теплопотерях через окна составляют теплопотери, связанные с инфильтрацией холодного воздуха.
Выполненные экспериментальные исследования позволяют сделать следующий вывод: в экспериментах обнаружено значительное превышение фактической воздухопроницаемости окон по сравнению с нормативными значениями, которое приводит к росту потерь тепла. Так дополнительные потери тепла связанные только с прямым проникновением избыточного холодного воздуха без учета его влияния на снижение сопротивления теплопередаче окна во время испытаний составляли около 500 Вт на 1 м2 оконного проема.
Столь большие уровни теплопотерь за счет инфильтрации воздуха ставят актуальной задачу экспериментального исследования влияния инфильтрации на сопротивление теплопередаче окон при использовании стеклопакетов.
Номер объекта Рис.3.1. Относительное превышение фактической воздухопроницаемости окон над нормативной на различных объектах г. Новосибирска 900 800 700 600 500 400 300 200 100 О 1000 7,Вт/м2 Номер объекта Рис.3.2. Сравнение фактических и нормативных тепловых потерь через окна (fe=20C, /Н=-30С, Ар=10 Па)
Влияние инфильтрации холодного воздуха на сопротивление теплопередаче стеклопакета Теплопотери через окна складываются из трансмиссионных, примерно 15-20%, и 30-35% от общих потерь тепла идет на нагрев поступающего через окна холодного воздуха [12]. Следует отметить, что в принятой схеме вентиляции для жилых зданий массового строительства предусмотрено поступление наружного воздуха в квартиры путем инфильтрации через ограждающие конструкции и удаление отработанного воздуха через вытяжную вентиляцию с естественным побуждением. При этом, фактический воздухообмен в квартирах определяется наружной температурой воздуха, скоростью и направлением ветра, а также воздухопроницаемостью окон и дверей. При низкой герметичности окон весьма часто имеет место избыточная инфильтрация наружного воздуха, которая неизбежно влечет за собой перерасход тепла при эксплуатации зданий. По данным натурных испытаний ЦНИИЭП инженерного оборудования было установлено, что эта величина теплопотерь достигала более 20 процентов от общего расхода тепла на отопление жилых зданий [12].
В связи с этим, представляется целесообразным в экономическом и гигиеническом аспектах максимально герметизировать окна и оборудовать их устройством, регулирующим поступление наружного воздуха.
Инфильтрация холодного воздуха в помещение через окна происходит по трем основным направлениям: - через соединение между наружной стеной и оконной коробкой по периметру оконного проема; - через разъемное соединение - по притвору створок к оконной коробке; - через соединение между переплетами и остеклением. В ходе проведенных исследований выявлено, что инфильтрация холодного воздуха приводит не только к проникновению воздуха через неплотности, но и снижению общего сопротивления теплопередаче окна до 30%, особенно краевых зон, что было показано во второй главе. Эти явления наиболее харак 109 терны для конструкций окон без стеклопакетов. Для окон со стеклопакетами это также имеет место, только в меньшей степени.
Систематическое исследование влияния инфильтрации холодного воздуха между переплетом и остеклением для однокамерного стеклопакета на его сопротивление теплопередаче было выполнено с использованием климатической камеры. В камере создавалась и поддерживалась отрицательная температура до минус 35С и воздухопроницаемость измерялась при отрицательных температурах, создавая естественные условия эксплуатации окна. В камере имелась возможность регулирования температуры и избыточного давления для изменения интенсивности инфильтрация холодного воздуха через испытываемую конструкцию. Увеличение давления в камере моделировало увеличение внешнего давления под действием ветра.
В опытах испытывался однокамерный стеклопакет с теплоотражающим покрытием на основе серебра. Размеры стеклопакета составляли 400x900 мм2. Были проведены эксперименты при различных расходах воздуха, инфильт-рующегося через испытываемую конструкцию. Стеклопакет был вставлен в ПВХ раму и изготовлен на Заводе "Профиль-С" г. Новосибирска.
С целью определения среднего термического сопротивления стеклопакета с теплоотражающим покрытием были измерены тепловые потоки по всей поверхности остекления со стороны помещения. На рис.3.3 показаны точки поверхности стекла, в которых датчиком теплового потока 027 мм и толщиной 2 мм проводились измерения тепловых потоков. В указанных точках приведены значения плотностей тепловых потоков, полученных в испытаниях. На рисунке отмечены положения трех датчиков тепловых потоков, они заштрихованы, которые не перемещались во время испытаний и позволяли контролировать стационарность режима измерения. Кроме того, термопары, установленные с обеих сторон стеклопакета, свидетельствовали о постоянстве с течением времени температурных полей поверхностей остекления. Для анализа поля тепловых потоков по поверхности остекления на рисунке проведена сплошная линия, соединяющая точки поверхности со значением плотности теплового по 2 тока 90 Вт/м Vf3 nncvHKa сirедуеT что наиболыттие теттловкт потоки сТТРТТова по
