XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Энергосбережение – это мероприятия, направленные на грамотное и эффективное использование энергетических ресурсов, а также важная экологическая задача по снижению загрязнения окружающей среды сохранению запасов природных ресурсов, предполагающая возможность снижения стоимости товаров и услуг в области теплоэнергетики.

В связи с ростом цен на основные традиционные виды энергоресурсов и постепенным уменьшением их мировых запасов проблемы энергосбережения являются актуальной темой во всем мире, особенно в странах, которые не обладают достаточными энергоресурсами.

В Российской Федерации в последнее время также уделяется внимание вопросам энергосбережения.

Так статьей 15 Проекта Федерального Закона «Технический Регламент «О Безопасности стекла и изделий из него, применяемых в зданиях и сооружениях» предусматривается, что в части обеспечения энергосбережения выбор стекла и изделий из него должен производиться таким образом, чтобы наружное остекление отвечало установленным требованиям по энергосбережению и энергоэффективности и что для реализации таких целей в наружном остеклении следует применять стекло с низкоэмиссионным покрытием.

Также указанной статьей предусматривается для энергосбережения и энергоэффективности в наружном остеклении для защиты помещения от перегрева применять стекла с солнцезащитным покрытием или стекла цветные (окрашенные в массе), при применении в наружном остеклении стекла с коэффициентом поглощения солнечной энергии более 50% оно должно быть закаленным или механическая безопасность наружного остекления (устойчивость к термическому шоку) должна быть подтверждена результатами расчетов по методикам, аттестованным в установленном порядке. Допускается наклеивать на стекла (стеклопакеты), устанавливаемые в оконные или дверные конструкции, солнцезащитные полимерные пленки, при условии, что стекла (стеклопакеты) с наклеенными солнцезащитными пленками будут соответствовать требованиям настоящего регламента.

Энергосбережение в строительстве

Большое количество тепловой и электрической энергии расходуется на обогрев зданий в холодное время года.

Применение комплекса грамотных и эффективных решений на стадиях проектирования зданий и сооружений позволяет многократно снизить самые крупные статьи расходов энергии, затрачиваемой на отопление и восполнение потерь тепла.

Архитектурные решения

Правильная ориентация зданий и их светопрозрачных ограждающих конструкций относительно сторон света является самым простым и достаточно эффективным способом повышения комфортности и экономичности зданий.

В холодный период года наибольшее поступление солнечной энергии в северном полушарии приходится на стены и окна южной ориентации, а в летний период больше всего облучаются восточные и западные стены и окна.

Поэтому наиболее рациональной ориентацией является расположение зданий длинной частью по широте с таким расчётом, чтобы зимой через южные окна было максимальное поступление солнечной лучей, а летом поступление тепла через окна было минимальным.

Рекомендуется не использовать такие решения планов зданий как Г-образные и П-образные.

При близкой к квадрату форме плана здания, уменьшения количества и площади оконных проемов на восточной и западной частях фасада, и расположения их основной части с южной и северной сторон здания повышается количество естественной тепловой энергии, поступающей от солнца.

Здания должны находиться на определенном расстоянии друг от друга, чтобы избежать затенения светопрозрачных конструкций в зимний период.

Улицы для жилой застройки также следует проектировать в широтном направлении: южные окна домов в таком случае будут выходить на улицу или во двор и, следовательно, не будут затеняться рядом стоящими соседними домами (а также не будут прямо смотреть на соседние смежные участки, что особенно актуально для окон вторых этажей).

Не допускается посадка деревьев (особенно хвойных пород) с густой кроной вблизи от южных и северных окон.

Потеря тепловой энергии через ограждающие элементы
из стекла

Наибольшие потери тепла в зданиях происходят через светопрозрачные ограждающие конструкции (окна, витражи, витрины и т. п.), имеющие высокий коэффициент теплопроводности, определяющийся свойствами материала из которого изготавливаются такие конструкции, небольшой толщиной и часто недостаточной герметичностью данных конструкций.

Предложения по повышению энергосбережения зданий

Выбор оптимальной площади остекления, определенной ориентации по сторонам света, максимально рациональное использование дневного света, и использование оконных систем с высоким уровнем теплозащиты: энергосберегающих стеклопакетов из стекла со специальным покрытием или с наполнением межстекольного пространства тяжёлыми инертными газами, многокамерных пластиковых профилей и профилей из клееного деревянного бруса, качественных уплотнителей, теплосберегающих оконных конструкций
с применением низкоэмиссионного селективного стекла, обладающего высокой светопропускающей способностью и прозрачностью и в то же время обладающих способностью отражать аккумулированное внутри помещений тепло и тепловую энергию от нагревательных предметов, позволяет значительно снизить тепловые потери помещений зданий.

В 1972 году в городе Манчестер в штате Нью-Гэмпшир (США), в качестве эксперимента, который рассматривал улучшение энергосберегающих свойств, было построено здание. Оно имеет кубическую форму, и благодаря этому обеспечивает минимальную поверхность стен. На северном фасаде нет остекления. В общем площадь остекления не превышает 10%, это дает возможность повысить сохранения тепла в помещении.

Примером здания в котором кроме объёмно-планировочного решения, учитывающего особенности местоположения и климата, применена особая система вентиляции, при которой воздух нагревался за счёт солнечной радиации, тепло которой аккумулируется специальными стеклопакетами и жалюзи является комплекс «EСONO-HOUSE» в городе Отаниеми, Финляндия, построенный в 1973—1979 годах.

Также разрабатывается концепция пассивного дома, которая базируется на независимой энергосистеме. Такая система не требует расходов на поддержание комфортной температуры.

В пассивном доме отопления предполагается осуществлять засчет тепла, исходящего от находящихся в нем людей и бытовых приборов, компактной планировочного решения, простой геометрии здания, правильного расположения по сторонам света, энергосберегающих светопрозрачных конструкций.

Профили окон пассивного дома должны соответствовать определенным теплотехническим стандартам.

Конструкции окон запроектированы либо с автоматической функцией открывания и закрывания для проветривания, либо не открывающимися

Тепловые потери через окна делятся на:

- конвекционные потери

-радиационные потери

-тепеловодный перенос тепла

Радиационные потери составляют две трети потерь тепла, остальное приходится на конвекцию и теплопроводность

На стадии проектирования зданий в северном полушарии предлагается предусматривать располажение больших окон на южном фасаде. При таком расположении они в зимний период приносят в среднем больше тепла, чем теряют. Ориентирование окон на восток и запад предусматривается минимизировать для снижения затрат энергии.

Снизить потери тепловой энергии возможно и при эксплуатации оборудования для освещения помещений при помощи естественного солнечного света — световых колодцев. Простейшими решениями с использованием световых колодцев являются отверстие в потолке, например, тюндюк в юрте.

Световой колодец имеет вид трубы, которая передает солнечный свет в помещение с низкими тепловыми потерями

Солнечные колодцы часто используются в промышленных и жилых зданиях, для проникновения дневного света.

При диаметре 300 мм, световой колодец может освещать площадь 8 кв. м. Один колодец, при условиях европейской среды, препятствует ежегодному выбросу в атмосферу до 7,4 тонн углекислого газа. Их применение способствует экономии электроэнергии

Световой колодец на станции метро в Берлине (верхняя часть и нижняя часть колодца).

Энергосберегающие стеклопакеты

Энергосберегающее стекло –это стекло, поверхность которого полируется специальным напылением. Такое напыление содержит свободные электроны, покрытые из полупроводниковых оксидов металлов или цветных металлов.

Энергосберегающие стеклопакеты, которые отлично экономят энергию, являются популярным выбором среди потребителей. Данный тип окон представляют из себя определенный вид остекления, который хорошо удерживает тепло в помещении. Особенность таких стеклопакетов заключается не в раме, а именно в стекле, которые делятся по своим типам на однокамерные и двухкамерные. Однокамерные и двухкамерные состоят из стекол, а именно из обычного стекла, и со специальным покрытием, которое находится внутри помещения, и препятствует выходу длинноволнового теплового излучения от отопительных приборов и отражает его внутрь помещения, при этом пропускает излучение короткими волнами. Благодаря этому беспрепятственно пропускается солнечный свет, а в помещении сохраняется тепло.

Существуют несколько видов теплосберегающих светопропускающих конструкций:

Стеклопакеты энергосберегающие, где межстекольный промежуток наполнятся криптоном или аргоном. Данные газы создают определенное давление внутри системы и препятствуют выходу тепла наружу.

Однокамерный стеклопакет энергосберегающий. Имеет специальное напыление

Двухкамерный стеклопакет энергосберегающий. Имеет специальное напыление, и несет свойства звукоизоляции.

Производство подразумевает под собой применение в процессе их создания нескольких видов стекол:

- стекло с улучшенным энергосберегательным эффектом, абсолютно прозрачное;

- стекло, имеющее на своей поверхности оксид металла, имеет более низкую степень прозрачности.

5. Технические характеристики энергосберегающих стеклопакетов

Технические характеристики энергосберегающих стеклопакетов зависят от их конструкции, а именно: от количества камер и способа изготовления стекла.

Делая анализ с обыкновенным однокамерным окном, можно отметить:

- что уровень его сопротивления теплопередаче составляет — 0,32,

- энергосберегающих однокамерных – 0,59,

- двухкамерного обычного – 0,47,

- двухкамерного энергосберегающего – 0,64.

Исходя из вышесказанного, можно сказать, что в отличие от обычного, энергосберегающий пакет в 1,5 – 2 раза сохраняет тепла.

Для определения таких характеристик, как: качество, практичность и долговечность, на энергосберегающие пакеты устанавливается маркировка, указывающая на тип применяемого стекла, количества камер и уровень энергосбережения.

Главным аспектом для энергосбережения является излучательная способность стекла.

Излучательной способность - (эмиссия) это способность стеклянной поверхности отражать инфрокрасные лучи, длина волны которых меньше 16000 (Нм).

Эмисситент поверхности (Е) определяет излучательную способность стекла
(у обычного он составляет> 0.83, а излучательная способность селективных стекол меньше 0,04) и, следовательно, способность как бы «отражать» обратно
в помещение тепловое излучение.

Главной причиной, влияющей на возникновение излучения, является движение, располагающихся на поверхности стекла свободных электронов атомов, , и плотности движущихся электронов.

Многие металлы не имеют свойства отражать длинноволновое излучение. Поэтому в энергосберегающих стеклопакетах используют меньше эмисситента, чем в обычных.

Самыми востребованными стеклопакетами является I-стекло.

I-стекло – это стекло, содержащее низкий уровень эмиссии, имеет многослойное покрытие, которое наносится плазменным напыление в вакууме.

Данное напыление должно распологаться внутрь стеклопакета. I-стекло представляет из себя трехслойную (или более) структуру из чередующихся слоев серебра диэлектрика.

Данный стеклопакет отражает в квартиру до 90% тепловых волн в зимний период, а в летний не дает проникать инфракрасному солнечному излучению.

Также, на ряду с I-стеклом производится K-стекло, которое имеет меньшую способность сохранения тепла, но при этом дольше срок эксплуатации дольше.

В настоящее время архитектурная выразительность здания осуществляется за счет большой площади остекления фасада. Из-за этого предъявляются высокие требования к характеристикам стекла.

Также здания являются большим источником потребления энергии в мире. Согласно исследованиям, потребление зданий составляет от 40 до 50% всей энергии в мире. Поэтому энергосберегающие стекла вносят большой вклад в сохранение энергоресурсов.

Заключение

Грамотный выбор стекла позволяет уменьшить капитальные вложения, сохранить комфортную температуру в помещении и снизить выбросы парниковых газов. Стекла имеющие энергосберегающие свойства увеличивают возможности архитектурно-художественных решений зданий, минимизируют потребление энергии, являются экономией денежных средств в эксплуатации и сохраняют природные энергетические ресурсы.

Поэтому данные светопрозрачные конструкции являются грамотным решением и расширением возможностей, при строительстве зданий с применением большой площади остекления.

Список литературы:

Проект Федерального Закона «Технический Регламент
«О Безопасности стекла и изделий из него, применяемых в зданиях
и сооружениях»

Статья: Энергосберегающие оконные системы: состояние, тенденции и перспективы. Автор - Лобовко А. В. Опубликовано в журнале: Молодой ученый

Оценка эффективности использования низкоэмиссионного энергосберегающего остекления. Авторы: Морозов Роман Владимирович, Клёнов Юрий Викторович. Опубликовано в: III международная научная конференция «Актуальные вопросы технических наук» (Пермь, апрель 2015).

Стеклопакет - Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82Статья: Защита

Защита от солнца. Серия солнцезащитных продуктов https://docplayer.ru/28908924-Zashchita-ot-solnca-seriya-solncezashchitnyh-produktov-pilkington.htm

Основные типы стекол

http://www.know-house.ru/info_new.php?r=walls2&uid=821

Освещение зданий с помощью световых колодцев https://studbooks.net/2089791/matematika_himiya_fizika/osveschenie_zdaniy_pomoschyu_svetovyh_kolodtsev

Код для цитирования: Скопировать