Статья ВАК: Методика расчёта теплопоступлений через остекления с заданными характеристиками пропускания солнечной энергии

Современные виды стеклопакетов обладают широким диапазоном характеристик пропускания, отражения и поглощения солнечной энергии. Обоснованный выбор модели стеклопакета позволяет значительно повлиять на расчётные значения теплопритоков, что особенно важно при проектировании систем комфортного кондиционирования жилых и общественных зданий.

Отечественная методика расчёта почасовых теплопоступлений через остекления была разработана ещё в 1970-х годах [1] и в усовершенствованном виде [2] до сих пор является основным расчётным вариантом. В то же время в методике [2] не учитываются энергетические характеристики современных стеклопакетов, что не позволяет провести корректный выбор и сравнение различных вариантов для выбора оптимального остекления.

При разработке СП 370.1325800.2017 и проектов изменений к нему были предприняты попытки адаптировать методику [2] для решения задачи расчёта современных стеклопакетов, но, на наш взгляд, сделано это было некорректно, без детального анализа существующих методик и их адаптации к современной нормативной базе.

В данной работе выполняется анализ существующих методик расчёта теплопоступлений через остекление и предлагается адаптированный для практического использования вариант расчётной методики, учитывающий характеристики современного остекления.

Введение

В данной работе рассмотрены четыре методики расчёта теплопоступлений через остекление.

Методика 1. Приведена в СНиП II-33–75, Приложение 12 [1]. Это одна из первых методик расчёта, позволяющих рассчитывать теплопоступления через остекление для каждого часа суток и для различной широты расположения объекта, с учётом индивидуальных характеристик остекления. В некоторых справочниках данная методика называется «Упрощённый графоаналитический метод». До появления этой методики в основном использовались расчёты на базе фиксированных табличных значений поступления тепла от солнечной радиации, с учётом стороны света и широты, и поправочных коэффициентов, например [5, 6].

Методика 2. Появилась в пособии 2.91 к СНиП 2.04.05–91 [2]. В методике предлагается «более обоснованный подход» по методике д.т.н. В. Н. Богословского, чем в применяющейся ранее в Методике 1.

Методика 3. Приведена в книге «Системы вентиляции и кондиционирования» Ю. С. Краснова [3] (глава 19, стр. 111).

Методика 4. Изложена в справочнике проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» [4] (на стр. 49 под заголовком «Полный аналитический метод расчёта» со ссылкой на материалы Б. А. Крупнова).

Общие принципы рассматриваемых методик

В общем случае количество тепла, поступающего через световой проём в помещение, состоит из двух слагаемых:

Qo = Qс + Qт, (1)

где Qo — теплопоступления через остекление; Qс — теплопоступления от солнечной радиации через световой проём (солнечные лучи); Qт — теплопоступления за счёт теплопередачи через световой проём.

Рассмотрим методики определения теплопоступлений Qс и Qт более подробно. Теплопоступления от солнечной радиации Qс состоят из теплопоступлений за счёт прямой и рассеянной солнечной радиации. Теплопоступления от рассеянной солнечной радиации происходят через всю поверхность остекления. Теплопоступления от прямой солнечной радиации осуществляются только через облучённую поверхность.

Соответственно, вертикальные и горизонтальные откосы остекления и различные конструктивные навесы увеличивают площадь затенённой поверхности остекления, что учитывается во всех рассматриваемых методиках.

При определении теплопоступлений от солнечной радиации в Методике 1 [1] выделяют две площади на поверхности остекления — площадь, облучаемую прямой солнечной радиацией, и площадь, не облучаемую прямой солнечной радиацией, как указано в табл. 1:

Fo = Fo′ + Fo″.

Количество теплоты q′ для облучаемой площади остекления учитывает тепло прямой qп и рассеянной qр солнечной радиации, а количество теплоты для необлучаемой (затенённой) площади остекления q″ учитывает только рассеянную солнечную радиацию qр.

Размеры площадей остекления определяют графически, что затрудняет применение данного метода для компьютерных расчётов.

В итоге тепловой поток солнечной радиации по Методике 1 рассчитывается как:

Qс = (q′Fo′ + q″Fo″)C. (2)

Формулу (2) можно записать в виде:

Qс = [(qп + qp)Fo′ + qpFo″]CK1м1K2м1.

Примечание: подробные расшифровки коэффициентов будут приведены далее, также с ними можно ознакомиться в оригинале указанного источника; индекс «м1″ добавлен в рамках статьи для того, чтобы различать коэффициенты с одинаковыми обозначением в оригинале в Методиках 1 и 2.

Основные различия используемых методик

Во всех других методиках нет непосредственного разделения площади остекления. Используются различные коэффициенты для учёта прямой рассеянной солнечной радиации, например, в Методике 2 эти коэффициенты обозначены как K1 и K2.

Для определения K1 в Методике 2 вводятся ещё два коэффициента для горизонтального и вертикального затенения, а в методиках 3 и 4 даются готовые формулы, которые обеспечивают практически идентичные результаты. В общем случае учитывается горизонтальное и вертикальное затенение для прямой и рассеянной солнечной радиации:

K1 = KпгKпв.

Для полностью затенённого светового проёма K1 = 0, а если тень не доходит до остекления, то K1 = 1,0.

Определение коэффициента K2 также идентично:

K2 = KгKв.

Определение коэффициентов K1 и K2 имеет важный практический смысл при расчётах остекления с большими затеняющими поверхностями. Для «стандартных» окон без солнцезащитных устройств (СЗУ) для предварительных расчётов допустимо принимать коэффициенты K1 = 0,9, K2 = 1,0 [3].

Тепловой поток солнечной радиации по Методике 2 рассчитывается как:

Qс = (qпK1 + qрK2)K3K4Aос. (3)

Тепловой поток солнечной радиации по Методике 3 рассчитывается как:

Qс = (qпKинс + qрKобл)Kотнτ2Fок. (4)

Тепловой поток солнечной радиации по Методике 4 рассчитывается так:

Qс = (SKпKинс + 0,75DKобл)KотрKперKзагрKотн.п. (5)

Обозначим как Jв значение, записанное в скобках формул (2)-(5), и назовём его «интенсивность проникающего потока солнечной радиации через стандартное остекление» (индекс «в» обозначает вертикальное остекление, рассматриваемое в данной статье как основной вариант).

Тогда формулы для расчёта теплового потока солнечной радиации будут выглядеть так:

Методика 1: Qс = JвCK1м1K2м1. (2.1)

Методика 2: Qс = JвK3K4Aос. (3.1)

Методика 3: Qс = JвKотнτ2Fок. (4.1)

Методика 4: Qс = JвFIIKотрKперKзагрKотн.п. (5.1)

В табл. 2 приведено соответствие коэффициентов учёта теплового потока при определении Jв в различных методиках.

Коэффициенты учёта влияния различных факторов на поступление тепла солнечной радиации в помещение

Рассмотрим используемые в формулах (2.1)-(5.1) коэффициенты и их влияние на расчётное значение теплопоступлений от солнечной радиации, поступающих через остекление.

В формуле (2.1) по Методике 1: K1м1 — коэффициент, учитывающий затенение остекления световых проёмов переплётами и загрязнение атмосферы (принимается по табл. 4 Приложения 12 [1]); K2м1 — коэффициент, учитывающий загрязнение стекла (принимается по табл. 5 Приложения 12 [1]); C — коэффициент солнцезащиты (принимается по табл. 1 Приложения 12 [1]), учитывающий тип светового проёма и материал солнцезащитного устройства (для материалов солнцезащитных устройств указаны коэффициенты отражения и поглощения прямой солнечной радиации плоским образцом материала).

В формуле (3.1) по Методике 2: K3 — коэффициент теплопропускания солнцезащитных устройств, таких как шторы, маркизы, жалюзи (принимается по Приложению 8 СНиП II-3–79*); K4 — коэффициент теплопропускания остеклением световых проёмов (принимается по табл. 2 [2]).

В формуле (4.1) по Методике 3: Kотн — коэффициент относительного проникания солнечной радиации {табл. 22.5 — усечённая версия (по табл. 1 Приложения 12 [1])}; τ2 — учёт затемнения окна переплётами (Приложение 22.6).

В формуле (5.1) по Методике 4: Kотр — коэффициент, учитывающий тепло отражённой солнечной радиации от земной и других поверхностей перед фасадом (в основном Kотр = 1,0, но в некоторых случая принимается 1,15), этот коэффициент исчез из большинства методик; Kпер — коэффициент, учитывающий затемнение переплётами остекления световых проёмов (который принимается по табл. 7 СНиП II-A. 8–72 «Естественное освещение. Нормы проектирования», но в источнике это «коэффициент, учитывающий потери света»); Kзагр — коэффициент, учитывающий загрязнение остекления и атмосферы; Kотн.п — коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнение светового проёма, отличающегося от «стандартного» остекления, то есть от одинарного остекления толщиной 2,5–3,5 мм.

Все приведённые выше коэффициенты учитывают различные физические факторы, которые влияют на поступление тепла солнечной радиации через световой проём. В различных методиках эти коэффициенты имеют различное название и различный физический смысл. Табл. 3 показывает взаимное соответствие различных коэффициентов.

Рассмотрим коэффициент K4 — коэффициент теплопропускания заполнения светового проёма. В отличие от Методик 1 и 3, этот коэффициент на первый взгляд учитывает только тип заполнения светового проёма, но внизу табл. 2 [2] указано, что коэффициент теплопередачи остекления R приведён с учётом неполного заполнения остекления световым проёмом, то есть при наличии переплётов. Для одинарных переплётов без солнцезащитных устройств K4 = 0,75 и K3 = 1,0, и, если сравнить это значение со значением τ2 = 0,75 и Kотн = 1,0 (в Методике 3), получается, что K4K3 = τ2Kотн, то есть затенение переплётами в Методике 2 учитывается в составе коэффициента K4.

Коэффициент K3 (по Приложению 8 СНиП II-3–79* «Строительная теплотехника» или его современной редакции в виде СП 50.13330.2012 [12]) — коэффициент теплопропускания защитных устройств. В нормативных документах приводится достаточно ограниченное количество значений для этого коэффициента, в основном для жалюзи и штор из светлой или темной ткани. В СП 50.13330.2012 [12] коэффициент теплопропускания солнцезащитных устройств вообще не указан, но приведено только нормируемое значение солнцезащитного устройства — для районов со среднемесячной температурой июля это выше 21°C.

В более современных нормах СП 370.1325800.2017 в табл. Г. 1 приведены характеристики некоторых солнцезащитных устройств, этот коэффициент теплопропускания защитных устройств называется «солнечный фактор солнцезащитных устройств» — gСЗУ, который по содержанию соответствует коэффициенту K3 Методики 2.

Обновлённые справочные значения коэффициентов относительного пропускания солнечной радиации и коэффициента затенения непрозрачными элементами приведены в Приложении Л СП 23–101–2004. По логике таблицы из СП 23–101–2004, коэффициенту K4 из Методики 2 будет соответствовать произведение двух коэффициентов τk.

В итоге в табл. 3 показано, что для того, чтобы учесть все основные факторы снижения теплопоступлений солнечной радиации, достаточно использовать следующую формулу:

Qс = JвgСЗУXτFс. (6)

Согласно полученной формуле (6), влияние характеристик конкретного типа остекления на поступление солнечной радиации определяется коэффициентом X. Как видно из табл. 3, в рассмотренных методиках нет коэффициента, являющегося полным эквивалентом X. Вместе с тем тот коэффициент напрямую определяется свойствами отдельных стёкол и современных стеклопакетов, предлагаемых производителями.

Далее рассмотрим основные характеристики, которые должны предоставлять производители стёкол, и то, как их можно использовать для расчёта теплопоступлений солнечной радиации.

Характеристики современных стёкол и стеклопакетов

В современных нормативных документах [7] приводятся подробные характеристики, связанные с пропусканием солнечной энергии стёклами и стеклопакетами различной конфигурации.

Падающий на рассматриваемое остекление поток солнечного излучения φe делится на три части:

• пропущенная часть — τeφe;
• отражённая часть — ρeφe;
• поглощённая часть — αeφe,

где τe — коэффициент пропускания солнечного излучения; ρe — коэффициент отражения солнечного излучения; αe — коэффициент поглощения солнечного излучения, при этом

τe + ρe + αe = 1.

Коэффициент поглощения солнечного излучения можно определить как

αe = 1 — (τe + ρe).

Поглощённая часть αeφe, в свою очередь, делится на две части — количество энергии, переданной внутрь помещения и наружу в окружающую среду:

αe = qi + qe,

где qi — коэффициент вторичной теплопередачи в помещение (этот коэффициент характеризует теплопередачу за счёт конвекции и длинноволнового инфракрасного излучения части солнечного излучения, которая была поглощена остеклением); qe — коэффициент вторичной теплопередачи наружу в окружающую среду.

В стандарте [7] вводится «коэффициент общего пропускания солнечной энергии» (Total Solar Energy Transmittance) или «солнечный фактор» (Solar Factor) — это общее количество солнечной энергии, пропускаемой стеклом в помещение:

g = τe + qi.

Именно эти данные могут предоставить производители остекления для своей сертифицированной продукции (табл. 4). В документации производителей [10] некоторые коэффициенты могут отсутствовать, но их можно определить по приведённым выше формулам.

Далее рассмотрим, будет ли корректно использовать именно значение солнечного фактора g при расчётах по формуле (6). Для этого для формул (2.1)-(5.1) проанализируем расчёт значения «интенсивности проникающего потока солнечной радиации через стандартное остекление» Jв более подробно.

Использование характеристик стёкол и стеклопакетов для расчёта теплопоступлений солнечной радиации

Например, для формулы (3.1) по Методике 2:

Jв = qпK1 + qрK2,

где qп — поверхностная плотность теплового потока прямой солнечной радиации через остеклённый световой проём, Вт/м²; qр — поверхностная плотность теплового потока рассеянной солнечной радиации через остеклённый световой проём, Вт/м².

Значения qп и qр приведены в различных справочниках и нормативных документах, в том числе в [2–4] и в новом [10].

Именно на этих базовых значениях основаны все расчёты по Методикам 1–3. Важным моментом является то, что значения плотности теплового потока, указанные в таблицах, относятся именно к одинарному остеклению со стеклом толщиной 2,5–3,5 мм (далее будем называть такое стекло «стандартным») и по факту являются пересчитанными значениями интенсивности прямой S и рассеянной D радиации.

В Методике 4 этот вопрос показан подробнее, где для формулы (5.1) определено:

Jв = SKпKинс + 0,75DKобл;

qп = SKп;

qр = 0,75D,

здесь Kп — коэффициент проникания прямой солнечной радиации через одинарное остекление, значение коэффициента приведено в табл. 2.3 [4]. Этот коэффициент учитывает как характеристику самого стекла, так и угол падения солнечного излучения к поверхности стекла, в зависимости от ориентации по сторонам света и географической широты. Именно с учётом этого коэффициента Kп перечитаны значения интенсивности прямой солнечной радиации S в значения теплового потока qп через «стандартное» остекление. Аналогично значения рассеянной солнечной радиации D пересчитаны в тепловой поток qp с постоянным коэффициентом 0,75. Максимальное значение коэффициента проникания Kп согласно [4] составляет 0,88, что соответствует облучению стекла под углом, близким к прямому (90°) к его поверхности.

С другой стороны, согласно данным [7], коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) для стандартного бесцветного стекла толщиной 3–4 мм составляет 0,87. Это значение практически совпадает с максимальным значением Kп.

В стандарте [7] вводится понятие — коэффициент общего затенения SC (вернее, Solar Heat Gain Coefficient, SHGC), который определяется по формуле:

SC = g/0,87.

В стандарте не даётся пояснений относительно назначения и применения коэффициента SC. Согласно приведённым выше обоснованиям, именно этот коэффициент и позволяет использовать значения солнечного фактора g, указанные в технических характеристиках остекления, в сочетании с рассматриваемыми методиками расчёта, основанными на данных о тепловом потоке прямой и рассеянной солнечной радиации, проходящем через стандартное остекление.

В этом случае итоговая расчётная формула примет вид:

И, принимая вариант определения Jв на базе Методик 2 и 3, получаем расчётную формулу для определения поступлений тепла солнечной радиации через остекление с заданным значением солнечного фактора:

где qп, qp, K1 и K2 — то же, что и в Методике 2 [2], для предварительных расчётов остекления без конструктивных элементов затенения можно принимать K1 = 0,9, K2 = 1,0 [3]; Fo — площадь светового проёма, аналогично Методикам 2–4; gСЗУ — солнечный фактор солнцезащитных устройств, принимаемый по табл. Г. 1 СП 370.1325800.2017 {для других типов солнцезащитных устройств можно использовать дополнительные справочные данные, например, из Приложения 8 СНиП II-3–79* (табл. 5), а для объектов, расположенных в районах со среднемесячной температурой июля более 21°C, следует использовать нормативное значение коэффициента теплопропускания солнцезащитных устройств по табл. 8 [12]}; g — коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) остекления, согласно [7] принимается по данным производителя стекла или стеклопакета; τ — коэффициент затемнения переплётами (наиболее актуальные значения коэффициента τ можно принять по данным табл. Л. 1 СП 23–101–2004, однако данный коэффициент справедливо применять для «традиционных» оконных стёкол, например, таких, какие используются в типовых жилых домах традиционных типовых серий П-44 и др., однако для современных панорамных стёкол больших размеров, стёкол встраиваемого остекления и т. п. данный коэффициент будет приближаться к 1,0, поэтому вопрос использования корректных значений коэффициента затемнения переплётами τ требует дополнительно проработки и уточнения).

Учёт показателя поглощения теплового потока солнечной радиации внутренними ограждающими конструкциями, оборудованием, материалами

Ещё один момент, который вызывает вопросы и на который нужно обратить внимание при обзоре методик, — это коэффициент aп, то есть «показатель поглощения теплового потока солнечной радиации».

В Методике 2 расчётное количество тепла солнечной радиации должно определяться по формуле:

Qлр = Qлaп. (8)

Как указано в [2], показатель поглощения учитывает поглощения ограждениями и оборудованием теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации, передаваемого воздуху помещения конвективными потоками. Значения показателя зависят от коэффициентов теплоусвоения стен и покрытий и согласно табл. 5 [2] находятся в диапазоне 0,1–0,6 единиц. Это означает, что найденное, например, по формуле (3) значение Qс следует ещё умножить на коэффициент aп, а это существенно занижает итоговый результат.

В Методике 1 также учитывается аккумуляция тепла внутренними ограждениями и приводится расчётная формула. Но в этой методике дано чёткое указание о том, что аккумуляцию тепла внутренними ограждениями следует учитывать для проникания тепла через световые проёмы без средств солнцезащиты в помещении или межстёкольном пространстве, что выглядит более обоснованно. В Методике 2 таких указаний нет, и это вызывает ряд вопросов у специалистов. Также и в Методиках 3 и 4 показатель поглощения не используется.

Несомненно, что при расчёте переходных процессов аккумуляция тепла должна быть учтена, но для инженерного расчёта системы комфортного кондиционирования такой подход может существенно занизить расчётную производительность оборудования, что подтверждается практическим опытом.

Тепловой поток теплопередачей

Вторая составляющая в формуле (1) — это Qт, то есть «теплопоступления за счёт теплопередачи через световой проём». При этом для всех рассматриваемых методик момент наступления максимальной суточной температуры соответствует 15:00 по среднесолнечному (гражданскому) времени.

Для корректного расчёта Qт по всем рассматриваемым методикам очень важным является то, какие значения температуры воздуха и амплитуды колебаний температуры будут применены в формулах (табл. 6 и 7).

Методика 1 предлагает наиболее простую формулу:

где tн — принимается по приложению «Расчётные параметры наружного воздуха» к соответствующей главе [2].

Методика 2 предлагает формулу, которая учитывает суточные колебания наружного воздуха и лучше подходит для расчёта почасового теплопоступления:

где Aм.с — максимальная суточная амплитуда температуры наружного воздуха в июле, принимаемая по СНиП 2.01.01–82 «Строительная климатология и геофизика»; θ1 — коэффициент гармонического изменения температуры (принимается по табл. 6 [2]), для остекления определяется при ε = ε + 15 и θ1= 15 часам; tнар — средняя за сутки температура наружного воздуха в июле, принимается по графе 8 таблицы «Температура наружного воздуха» из СНиП 2.01.01–82; Aос — площадь остекления.

В Методиках 3 и 4 вводится понятие условная наружная температура, значение которой увеличивается за счёт добавки, которая учитывает дополнительный нагрев стекла за счёт прямой и рассеянной солнечной радиации, поглощаемой объёмом стекла и/или внутренними солнцезащитными устройствами.

Методика 3:

где tн.ср — средняя температура июля по СНиП 23-01-99*; Atн — среднесуточная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха по СНиП 23-01-99*; ρ — приведённый коэффициент поглощения солнечной радиации, который принимается по Приложению 22.5 [3] и приводится для окон без солнцезащитных устройств и для окон с внутренними жалюзи, то есть данный коэффициент учитывает наличие внутренних солнцезащитных устройств; τ2 — учёт затемнения окна переплётами, который принимается из Приложению 22.6 [3] и зависит от типа оконного переплёта; β2 — коэффициент учёта гармонического изменения температуры наружного воздуха [3]; αн — коэффициент теплоотдачи, зависящий от скорости ветра vв:

αн = 5,8 + 11,6КОРЕНЬ(vв).

Примечание: очевидно, что в оригинале в формуле (12) опечатка, так как по тексту Kотн — это коэффициент относительного проникания солнечной радиации, а в формуле должен быть Kобл — коэффициент облучения, как и в аналогичной формуле по Методике 4, что также подтверждается в приведённом примере.

Методика 4 предлагает аналогичную формулу, учитывающую гармоническое изменение температуры наружного воздуха следующим образом:

где tн0 — средняя за сутки температура; Atн — половина полного перепада суточной температуры, взятого по СНиП II-A. 6–72 «Строительная климатология»; ρII — приведённый коэффициент поглощения солнечной радиации, который учитывает тип остекления и наличие внутренних солнцезащитных устройств ([4], стр. 43, табл. 2.3); Kн — коэффициент пропускания тепла солнечной радиации наружной солнцезащитной конструкции, при отсутствии наружной солнцезащитной конструкции Kн = 1,0 ([4], стр. 54), при горизонтальном выступе, полностью затеняющем окно, Kн = 0,25, при брезентовом навесе или тенте Kн = 0,3.

В табл. 8 представлены факторы, которые определяют значение условной температуры и, соответственно, расчётное поступление тепла теплопередачей через остекление. Отметим, что в табл. 8 добавлены две дополнительные графы: в графе «ГОСТ EN 410–2014» показано, что влияние типа остекления определяется одной из нормативных характеристик стекла — коэффициентом вторичной теплопередачи в помещение qi, и этот коэффициент может быть учтён при определении поступлений тепла теплопередачей.

Наибольшую сложность представляет задача корректного учёта внутренних солнцезащитных устройств типа внутренних штор и жалюзи. Именно этот тип солнцезащитных устройств наиболее доступен и наиболее часто используется в жилом секторе и офисных зданиях.

В табл. 9 приведены значения приведённого коэффициента поглощения солнечной радиации ρII для случаев использования штор. Табл. 9 составлена по данным табл. 2.3 [4].

Согласно справочным данным различных источников, для одинарного остекления коэффициент вторичной теплопередачи в помещение qi составляет 0,02–0,07. Для солнцезащитных стеклопакетов с низкими коэффициентами пропускания прямого солнечного излучения τe коэффициент поглощения прямого солнечного излучения αe находится в диапазоне 0,2–0,3, а коэффициент вторичной теплопередачи в помещение qi — в диапазоне 0,1–0,2. Однако, исходя из анализа данных в табл. 9, можно считать, что наличие внутренних солнцезащитных устройств (штор и жалюзи) является определяющим фактором, а приведённый коэффициент поглощения солнечной радиации для расчётов может применяться без дополнительных поправок на реальное значение qi рассчитываемого стеклопакета для двойного и тройного остекления.

Таким образом, расчёт количества тепла, поступающего в помещение за счёт теплопередачи, с учётом сопоставления с табл. 2, может быть предложен в виде:

где tн0 и Atн определяются аналогично, как для Методики 4 (табл. 6 и 7); ρп — приведённый коэффициент поглощения солнечной радиации, который принимается равным ρ по табл. 8 для остекления с внутренними шторами и жалюзи или равным qi по данным производителя остекления для штор без внутренних солнцезащитных устройств; τ = τ2 — коэффициент затемнения переплётами, аналогично формуле (7).

Итоги

В результате есть две альтернативных формулы (10) и (13) для расчёта тепла, поступающего за счёт теплопередачи, которые могли бы использоваться совместно с формулой расчёта тепла солнечной радиации (7) для определения количества тепла, поступающего через световой проём, по формуле:

Qo = Qс + Qт. (1)

Формула (10) более простая и не учитывает в своём составе поглощение тепла внутренними солнцезащитными устройствами (шторами), также в этой формуле не учитывается влияние реальных характеристик конкретного типа остекления.

Если рассмотреть формулу (7):

то можно обратить внимание на то, что, согласно подходу, изложенному в [7], при определении коэффициента общего пропускания солнечной энергии (солнечного фактора) g = τe + qi в его составе уже учитывается коэффициент вторичной теплопередачи в помещение, который учитывает конвекционную составляющую теплопоступлений от нагретого стекла. В этом случае остаётся только учесть тепло первичной теплопередачи, что и происходит при расчёте по формуле (10).

Таким образом, для расчёта по формуле (1) может быть рассмотрен вариант совместного использованы формулы (7) и (10), и формула может быть записана в виде:

Qовар1 = Qc(7) + Qт(10). (10.1)

С другой стороны, в формуле (14) уже учитывается такая характеристика стекла, как коэффициент вторичной теплопередачи, и тогда эта составляющая не должна повторно учитываться в формуле (7). В этом случае в формуле (7) следует использовать только коэффициент прямого пропускания солнечного излучения τe, и формула будет иметь вид:

Это позволяет предложить второй вариант совместного использования формул (7.1) и (14), который также выглядит вполне корректным и обоснованным:

Qовар2 = Qc(7.1) + Qт(14). (10.2)

В итоге получилось два варианта обновлённой методики расчёта теплопоступлений через остекления (табл. 10).

Пример расчётов и сопоставление результатов

Для сравнения и оценки полученных вариантов проведём несколько расчётов остекления, ориентированного на юг, для объекта, расположенного в городе Москве, 56° с.ш., в 12:00 — в полдень, то есть в час максимальной интенсивности солнечной радиации.

Рассмотрим три варианта остекления: окно со шторами из плотной светлой ткани, окно со шторами из плотной темной ткани и окно без внутренних солнцезащитных устройств.

В расчётах применяются следующие значения и коэффициенты:

• Fo = 1 м² — расчётная площадь остекления;
• qп = 398 Вт/м² — табл. 1 [2];
• qр = 92 Вт/м² — табл. 1 [2];
• Sв = 479 Вт/м² — табл. 8а [2];
• Dв = 124 Вт/м² — табл. 8а [2];
• K1 = 0,9 — значение принято для оценочного расчёта, определяется по Методике 2 или 3;
• K2 = 1,0 — значение принято для оценочного расчёта, определяется по Методике 2 или 3;
• gСЗУ.нар = 1,0 — наружные солнцезащитные устройства отсутствуют;
• τ = 0,8 — двухкамерный или однокамерный стеклопакет в однокамерном переплёте по табл. Л. 1 СП 23–101–2004;
• gСЗУ = 0,4 для штор из светлой ткани и 0,8 для штор из темной ткани, поскольку в табл. Г. 1 СП 370.1325800.2017 данные для внутренних штор отсутствуют, и в этом случае данные приняты из Приложения 8 СНиП II-3–79*;
• ρп = 0,4 для плотных штор из светлой ткани и ρп = 1,3 для плотных штор из темной ткани по табл. 10;
• ρп = qi — для остекления без внутренних солнцезащитных устройств;
• tнар = 19,1°C (табл. 6);
• tн0 = 21,1°C (табл. 6);
• Aм.с = 18,9°C (табл. 7);
• Atн = 9,9°C (табл. 7);
• θ1 = β2 = 0,72 для времени 12:00 дня;
• vв = 1 м/с;
• tв = 24°C — расчётная температура внутреннего воздуха для систем комфортного кондиционирования в тёплый период года.

Результаты расчётов для стёкол из табл. 4 представлены в табл. 11. В проведённых расчётах все стекла имеют различные характеристики пропускания и поглощения солнечной энергии. По табл. 11 нельзя сказать, что во всех случаях расчёта по Вариантам 1 или 2 теплопоступления получаются больше или меньше. В обоих случаях расчётное значение зависит от характеристик конкретного стекла.

Наиболее показательным является сопоставление результатов Стекло 2 и Стекло 5, которые имеют одинаковый солнечный фактор g = 0,72, но различные коэффициенты пропускания тепла. Как видно из табл. 11, при расчёте по Варианту 1 результаты для обоих стёкол совпадают, то есть формулы не учитывают то, что Стекло 5 пропускает значительно больше прямой солнечной энергии. При этом при расчёте по Варианту 2 эта разница отражается в результате, как для стёкол с внутренними шторами, так и для остекления без штор. При расчёте остекления по Варианту 2 поступления тепла через Стекло 5 с большим коэффициентом пропускания получается выше, что соответствует физике процесса и ожиданиям.

При расчёте остекления без внутренних солнцезащитных устройств (штор или жалюзи), в помещение будет попадать вся солнечная энергия, проникающая как за счёт солнечной радиации, так и в результате вторичной теплопередачи. В этом случае получается, что Вариант 1 более точно отражает физику процесса, и при отсутствии внутренних солнцезащитных устройств теплопоступления через различные стекла (с одинаковым солнечным фактором и одинаковым термическим сопротивлением) действительно будут одинаковые.

Заключение

В итоге для определения теплопоступлений через современные стеклопакеты предложены расчётные формулы, которые позволяют объективно учитывать все характеристики и особенности стеклопакетов.

В предложенной методике для расчёта теплопоступлений через остекления без внутренних солнцезащитных устройств предлагается использовать расчётные формулы по Варианту 1.

Для остекления с внутренними солнцезащитными устройствами рекомендуется использовать Вариант 2, который наиболее полно учитывает все характеристики и свойства современных стеклопакетов различных производителей.