Энергосбережение с помощью систем временной теплоизоляции

Потенциальное энергосбережение с помощью роллет, раздвижных и распашных ставней и их конструкция

Из-за роста цен на электроэнергию и с целью сокращения выбросов углекислого газа экономия энергии для отопления и кондиционирования жилых и офисных зданий стала общемировой необходимостью. Во многих странах главным методом снижения энергопотребления является энергетическая санация построенных зданий. Для ее проведения необходимо оценить и проанализировать различные технические и конструктивные возможности и выявить наиболее выгодное решение с экономической точки зрения. Кроме классических и хорошо известных на рынке методов, как замена окон и обеспечение лучшей изоляции внешних стен, междуэтажных перекрытий или крыши, значительно улучшить теплоизоляцию здания поможет установка роллет. В первую очередь это касается стран с континентальным климатом, где, как правило, холодная зима и жаркое лето, а также регионов с малой облачностью. Роллеты, раздвижные или распашные ставни – все эти системы здесь будут полезны вдвойне. Как средство временной теплоизоляции, холодной зимней ночью они сокращают расходы на отопление, а летом, как эффективная солнцезащита, снижают потребность кондиционирования помещений. В данной статье поясняется, какие конструктивные аспекты необходимо учесть, и насколько высок потенциал экономии электроэнергии.

Рис. 1. Роллеты и внешняя солнцезащита в течение всего дня обеспечивают защиту от солнца и звукоизоляцию, а ночью – теплоизоляцию и тепловой комфорт

Физико-технические аспекты

Системы внешней и внутренней солнцезащиты, к которым согласно EN 13659 относятся роллеты, раздвижные ставни, жалюзи и текстильные системы, при определенных условиях при установке на прозрачные поверхности (окна и остекленные площади) холодной ночью могут служить средством тепловой изоляции. В течение дня они применяются достаточно редко, потому что жители домов предпочитают использовать естественное дневное освещение и иметь визуальный контакт с внешним миром. При очень точном расчете потенциала экономии энергии необходимо принимать во внимание различные факторы, влияющие на здание. Во избежание этого, согласно EN ISO 13790 моделирование таких факторов проводится на основе модели одной комнаты (DIN EN ISO 13791). Это упрощает процесс определения потенциальной экономии энергии. В целом, эффективность системы временной теплоизоляции зависит от следующих факторов:

1. Воздухонепроницаемость системы (статичный слой воздуха и сопротивление теплопередаче согласно EN 13125)
2. Показатель теплоизоляции системы (сопротивление теплопередаче и излучение при использовании инфракрасных отражающих покрытий)
3. Уровень теплоизоляции внешней стены и окон/остекления
4. Климатические условия (продолжительность светового дня и температура внешней среды в отопительный период)
5. Вид системы управления и время, необходимое для закрывания системы (в определенные часы или согласно продолжительности светового дня)

Показатель потенциального энергосбережения соотносится с площадью окна, так как все факторы оказывают одинаковое влияние, как на окна, так и на системы временной теплоизоляции, а улучшение физико-технических характеристик ограничено площадью прозрачной поверхности.

Рис. 2. Важные факторы, влияющие на систему временной теплоизоляции

Коэффициент теплопередачи Uw

Для точной оценки потенциального энергосбережения на уровне зданий необходимо учитывать климатические данные, конструкцию здания, окон и отопительной техники. Покупателю окон эта информация, как правило, неизвестна, и для первой оценки она слишком трудоемкая. По этой причине важно также рассматривать уменьшение коэффициента теплопередачи ΔUw – параметр, хорошо известный архитекторам, производителям и строителям. Однако, напрямую определить показатель потенциального энергосбережения в данном случае невозможно, так как коэффициент теплопередачи уменьшается только тогда, когда задействована система временной теплоизоляции. Для определения температуры внутренней поверхности показатель ΔUw,tws (уменьшение коэффициента теплопередачи окна с системой временной теплоизоляции), конечно, имеет немаловажное значение. Ниже приведены расчеты для систем внешней солнцезащиты, установленные на окна стандартного размера согласно EN 14351-1: 1,23 м x 1,48 м, доля оконной рамы 30%.

Уменьшение теплопередачи с помощью системы временной теплоизоляции зависит от сопротивления теплопередаче внешней солнцезащиты ΔR, на которое значительное влияние оказывает воздухопроницаемость системы и показатель теплоизоляции. Суммарная величина зазоров etot (сбоку, сверху и снизу) рассчитывается по следующей формуле:

В зависимости от показателя etot системы внешней солнцезащиты подразделяются на 5 классов согласно EN 13125 (табл. 2). Самый высокий уровень воздухонепроницаемости (класс 5) достигается в том случае, если в роллетном полотне отсутствуют воздушные и световые зазоры, ламели упираются друг в друга или расположены внахлест, а суммарная величина зазоров составляет менее 3 мм. По норме EN 13125 воздухонепроницаемость представляется в виде таблицы, а по норме EN 12835 измеряются ее точные показатели. Стандарт EN 13125 устанавливает классы минимальной воздухонепроницаемости для определенных конструкций. Например, складные ставни (аккордеон) соответствуют 1 классу, раф-шторы с соединенными или зафиксированными ламелями в закрытом положении – 2 классу.

Показатель сопротивления теплопередаче роллетного полотна Rsh или другой системы внешней солнцезащиты должен указываться поставщиком. Он определяется путем испытаний с помощью термокамеры согласно EN ISO 12567-1 или расчитывается по стандарту EN ISO 10077-2 и должен указываться с точностью до сотых. Оба исследования проводятся в Институте оконных технологий г. Розенхайм. Нанесенное на систему внутренней солнцезащиты инфракрасное отражающее покрытие учитывается через показатель k, который зависит от коэффициента излучения ε данного покрытия и умножается на ΔR.

Рис. 3. Снижение коэффициента теплопередачи ΔUw в Вт/(м2•К) для окна с Uw = 2,8 Вт/(м2•К) с системой временной теплоизоляции в зависимости от сопротивления теплопередаче роллетного полотна Rsh и класса воздухонепроницаемости согласно EN 13125

Конструкция системы

Конструкция системы временной тепловой защиты (роллеты, жалюзи и т.д.) должна не только увеличивать теплоизоляцию, но и выполнять ряд других важных функций, например, защищать от солнца, взлома, ливня, града и ветра. На показатель теплоизоляции солнцезащитной системы оказывают влияние: сопротивление теплопередаче материала (роллетного полотна) и воздухонепроницаемость. В наибольшей степени влияет герметичность стыка системы внешней солнцезащиты и временной теплоизоляции с наружной стеной, окном или фасадом так, чтобы между системой временной теплоизоляции и окном образовывался статичный воздушный слой.

Рис. 4. Распределение зазоров согласно EN 13125

Снижение тепловых потерь при нанесении инфракрасного отражающего покрытия на системы внутренней солнцезащиты возможно при соблюдении следующих условий:

1. Слой инфракрасного отражающего покрытия нанесен на места слабой конвекции, как правило, на сторону, обращенную к окну
2. Оптимально – на строительные элементы с низкой теплоизоляцией
3. Обеспечена защита покрытия от загрязнений
4. Покрытие защищено от повреждений при чистке или эксплуатации

В системах внешней солнцезащиты инфракрасное отражающее покрытие не может учитываться согласно EN 13125, а также из-за загрязнения в период эксплуатации.

Пример расчета

Определение возможного уменьшения коэффициента теплопередачи Uw показано на примере окна с роллетой из алюминия. Такая конструкция также обеспечивает более надежную защиту от взлома. Для расчета использовалась роллетная система «RS.AR41» ГК АЛЮТЕХ (см. Протокол испытаний Института оконных технологий № 11-000216-PR03).

Рис. 5. Стыки и зазоры, обеспечивающие 4 класс воздухонепроницаемости согласно EN 13125

Описание продукта и параметры

Роллетная система, состоящая из роллетного полотна с концевым профилем, роллетного короба, боковых направляющих шин и нижней шины. Алюминиевый профиль, заполненный полиуретановой пеной. Боковые и нижняя шины из алюминия с уплотнительным профилем из EPDM и нижним концевым профилем с уплотнительной вставкой из EPDM, прилегающим к нижней шине, обеспечивающей водоотвод. Роллетный короб без уплотнителей сверху.

Величина зазора между роллетным полотном и коробом или строительным элементом

• Величина зазора снизу: 0 мм
• Величина зазора сверху: 5 мм
• Величина зазора сбоку (слева и справа): 1 мм
• Rsh = 0,02 (м2•К)/Вт

Расчет дополнительного сопротивления теплопередаче

Распределение по классам воздухопроницаемости согласно EN 13125:

• Величина зазора снизу: e1 = 0 мм
• Величина зазора сверху: e2 = 5 мм
• Величина зазора сбоку: e3 = 1 мм
• Общая величина зазоров: etot = e1 + e2 + e3 = 6 мм

Воздушные и световые зазоры в роллетном полотне отсутствуют: ламели упираются друг в друга. Согласно требованиям 4 класса воздухопроницаемости согласно EN 13125, суммарная величина зазоров etot должна быть меньше либо равна 8 мм. В этом случае выше упомянутая роллета соответствует 4 классу согласно EN 13125.

Дополнительное сопротивление теплопередаче ΔR при Rsh = 0,02 (м2•К)/Вт рассчитывается при проведении испытаний методом термокамеры следующим образом (см. табл. 1):

ΔR = 0,8 х Rsh + 0,14 = 0,8 x 0,02 (м2•К)/Вт + 0,14 = 0,16 (м2•К)/Вт

При установке системы временной теплоизоляции на старое окно (Uw = 2,8 Вт/(м2•К)) уменьшение теплопередачи = около 0,85 Вт/(м2•К), а при установке такой системы на современное окно согласно Постановлению по энергоэффективности 2009 (Uw = 1,3 Вт/(м2•К)) уменьшение теплопередачи = около 0,2 Вт/(м2•К). В результате этого значительно повышается уровень теплового комфорта вечером и ночью. Потенциальное энергосбережение зависит от климата и показано на рис. 7 для других типов окон.

Рис. 6. Объективные показатели, полученные путем измерений

Энергосбережение в различных климатических регионах

Для точного расчета потенциальной экономии энергии на уровне зданий необходима информация о климатических данных (продолжительности светового дня, температуре окружающей среды), конструкции здания и окон (стандарт теплоизоляции, аккумулирующая тепловая емкость), а также об отопительной технике (снижение отопления ночью). Локальные феномены, такие как: сильный туман, высокая скорость ветра или образование холодного воздуха в низине, конечно, не могут быть приняты во внимание. Учет важных климатических влияний (суммарной радиации, данных о ветре и температуре, а также положении солнца) и климатических данных согласно Метео-стандарту [10] позволяет точно определить показатель возможного энергосбережения. Согласно EN ISO 13790 имитация факторов, влияющих на здание, основана на модели одной комнаты (DIN EN ISO 13791) и проводится Институтом оконных технологий г. Розенхайм для различных климатических регионов.

Рис. 7. Модель одной комнаты для имитации энергетических характеристик окна согласно EN 13790

Потенциальное энергосбережение соотносится с площадью окна. Это позволяет не учитывать факторы, относящиеся к зданию, например, потери тепла при кондиционировании или внутренние источники тепла, так как эти факторы в одинаковой степени распространяются как на окна, так и на солнцезащиту. Влияние тем меньше, чем лучше теплоизоляция здания, окна или стеклопакета.

Для примера определяются показатели энергосбережения для г. Вюрцбург, Минск, Москва и Киев. Для этого важно знать, какое окно используется, так как при установке солнцезащиты на окно с более низким показателем Uw снижение теплопередачи будет менее эффективным. По этой причине в ходе исследования были смоделированы параметры для типичных и наиболее распространенных видов окон (см. табл.).

Рис. 7. Энергосбережение при использовании алюминиевой роллеты, с Rsh = 0,02 м2К/Вт и 4 классом воздухонепроницаемости для различных типов окон и городов Вюрцбург, Минск, Москва, Киев в зависимости от класса воздухонепроницаемости

Вывод

Роллеты и системы внешней солнцезащиты эффективно препятствуют перегреву помещений летом, тем самым обеспечивая значительную экономию энергопотребления систем кондиционирования. Использование подходящих материалов и соответствующая конструкция системы позволяют значительно снизить показатель теплопередачи Uw, в особенности старых окон и стеклопакетов. Кроме энергосбережения, системы солнцезащиты также значительно улучшают тепловой комфорт внутри помещения, так как температура внутренней поверхности ощутимо растет. Однако, это зависит от тщательности проработки конструкции, а также результатов расчета показателя энергосбережения и от проведения испытаний на теплоизоляцию признанными испытательными лабораториями. Учет важных климатических влияний (суммарной радиации, данных о ветре и температуре, а также положении солнца) и климатических данных согласно Метео-стандарту [10] позволяет точно определить показатель возможного энергосбережения. Так, система временной теплоизоляции, установленная на старое окно с простым остеклением, в зависимости от климатических условий, позволяет сэкономить более 140 кВтч на 1 м2 площади окна в год (данные для других типов окон показаны на рис. 8). Если общая площадь окон здания равна 30 м2, то ежегодная экономия электроэнергии составит около 4200 кВтч, что соответствует около 420 л. жидкого топлива. Установка солнцезащиты на старые окна с однокамерными стеклопакетами (2 тип) позволит сэкономить 60 кВтч на 1 м2 площади окна в год, т.е. 1800 кВтч на здание. Кроме того, системы временной теплоизоляции улучшают безопасность и защиту от взлома.