LANGŲ ŠILUMINĖS SAVYBĖS · Langai tapo efektyvesni, jų gamybai pradėtas naudoti stiklas su mažo išspinduliavimo dangomis, inertinių dujų užpildai [1]. Tačiau ir šiuo

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETO ARCHITEKTŪROS IR STATYBOS INSTITUTAS

Juozas Ramanauskas Raimondas Bliūdžius Vytautas Stankevičius

LANGŲ ŠILUMINĖS SAVYBĖS

Monografija

UDK 697.692.8 Ra-164 Monografija parengta Kauno technologijos universiteto Architektūros ir statybos institute. Monografija atitinka Švietimo ir mokslo ministro 2001 m. gruodžio 22 d. įsakymu Nr. 1704 patvirtintas „Reikalavimų mokslinėms monografijoms nuostatas“. Monografiją išleisti rekomenduoja KTU Architektūros ir statybos instituto Taryba (Tarybos posėdžio protokolas 2005-12-09, Nr. 8). Monografijoje pateikti KTU Architektūros ir statybos instituto Statybinės šiluminės fizikos laboratorijoje 1998 – 2005 metais atliktų langų mokslinių tyrimų rezultatai. Monografijoje panaudota B.Samajauskienės ir A.Burlingio langų šiluminių savybių tyrimo medžiaga. Monografija bus naudinga moksliniams darbuotojams, dirbantiems pastatų langų tyrimo srityje, aukštųjų mokyklų statybos srities studentams, projektuotojams ir langų gamintojams. Autoriai – KTU Architektūros ir statybos instituto mokslo darbuotojai:

dr. Juozas Ramanauskas vyr. mokslo darbuotojas dr. Raimondas Bliūdžius vyr. mokslo darbuotojas prof. habil dr. Vytautas Stankevičius laboratorijos vedėjas

Recenzavo:

prof. habil dr. Česlovas Ramonas Lietuvos žemės ūkio universiteto Statybinių konstrukcijų katedros vedėjas doc. dr. Julius Gajauskas Lietuvos statybos inžinierių sąjungos Vilniaus skyriaus pirmininkas

© J. Ramanauskas, R. Bliūdžius, V. Stankevičius, 2005

ISBN 9955-09-983-6

Turinys

3

TURINYS Įvadas ...................................................................................................... 5

1. Šilumos nuostolių per langus dalis pastato šilumos nuostolių balanse8

2. Langų šiluminių savybių įvertinimo metodai ......................................11

3. Langų šiluminių savybių tyrimai .........................................................30

3.1. Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo langų rėmų, įstiklinimo ir matmenų .........................................................

30

3.1.1. Rėmų įtaka langų šilumos perdavimo koeficientui ................30

3.1.1.1. Plastikiniai langai ................................................................31

3.1.1.2. Mediniai langai ...................................................................45

3.1.1.3. Aliumininiai langai .............................................................48

3.1.2. Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo įstiklinimo .....................................................................................

52

3.1.2.1. Stiklo paketo sandara ..........................................................52

3.1.2.2. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo atstumo tarp stiklų ......................................

53

3.1.2.3. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo tarpo tarp stiklų užpildymo dujomis .........

54

3.1.2.4. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo stiklų padengimo mažos spinduliavimo gebos dangomis ..........................................................................

55

3.1.3. Rėmo ir įstiklinimo plotų santykio įtaka lango šilumos perdavimo koeficiento vertei .........................................................

59

3.2. Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo aplinkos sąlygų ................................................................................

64

3.3. Stiklo paketų įlinkio poveikis šilumos perdavimui ........................69

Turinys

3.4. Šiluminiai tilteliai ...........................................................................76

3.4.1. Pagrindinės šiluminių tiltelių langų konstrukcijose vietos ir jų įvertinimas..............................................................................

76

3.4.2. Šiluminių tiltelių stiklo paketo pakraštyje eksperimentiniai tyrimai ........................................................................................

90

3.4.2.1. Langas su aliumininiu skiriamuoju rėmeliu ........................91

3.4.2.2. Langas su plastikiniu skiriamuoju rėmeliu .........................95

3.4.2.3. Eksperimentinių tyrimų rezultatų apibendrinimas ..............98

3.4.3. Šiluminių tiltelių angokraščiuose tyrimai ..............................102

3.4.3.1. Šiluminių tiltelių priklausomybė nuo lango montavimo vietos .....................................................................................

103

3.4.3.2. Šiluminių tiltelių priklausomybė nuo sienos konstrukcijos .........................................................................

112

3.5. Šilumos taupymo priemonių ekonominis įvertinimas ...................115

4. Langų pasirinkimas ..............................................................................129

Literatūra ......................................................................................... 133

Įvadas

5

ĮVADAS Šiuolaikinis langas yra svarbus ir sudėtingas pastato elementas.

Langas skiriasi nuo kitų atitvarų tuo, kad atlikdamas vidinės erdvės atitvėrimo nuo išorės funkciją, jis palieka vizualinį ryšį tarp vidaus ir išorės. Per langus patenka dienos šviesa ir šviežias oras, per juos matoma aplinka, vidaus erdvės vizualiai sujungiamos su išore. Per langus žiemos metu prarandama šiluma, o vasarą patalpos perkaitinamos. Tačiau šiandieninės langų technologijos iš esmės keičia langų reikšmę energijos taupymo procese. Didėja ne tik gamybai naudojamų medžiagų ir technologijų, bet ir langų panaudojimo pastatuose reikšmė.

Iki antrojo pasaulinio karo gyvenamųjų namų projektavimas priklausė nuo krašto klimato. Tradicinė namų projektavimo kryptis buvo gauti maksimalią naudą iš natūralių šaltinių – saulės, vėjo, augmenijos. Nors langai ne itin taupė energiją, vis dėlto jie turėjo aprūpinti pastatą išorės oru, dienos šviesa ir saugoti nuo šalčio. Pietiniuose kraštuose pastatytų namų langai skyrėsi nuo šiauriniuose kraštuose esančių namų langų. Langų projektavimas buvo nukreiptas į tai, kaip apsaugoti patalpas nuo saulės šilumos vasarą ir nuo šaltų skersvėjų žiemą.

Nuo 1950-ųjų metų nebrangi energija ir galingų šildymo bei vėdinimo įrengimų sukūrimas ir panaudojimas sudarė sąlygas projektuoti nejautrius klimatui namus, kurių komforto sąlygoms palaikyti reikėjo didelių energijos kiekių. Daugelis namų nebuvo statomi taip, kad maksimaliai naudotų saulės šviesą, taupytų šilumą ir būtų natūraliai vėdinami. Langai šiuo laikotarpiu nebuvo tobulinami.

1970 m. staigus energijos kainų padidėjimas sukėlė susirūpinimą pastatų projektavimo, statybos ir eksploatavimo poveikiu aplinkai. Atsiradęs energijos taupymo ir aplinkos saugojimo poreikis sudarė prielaidas naudoti efektyvesnes atitvarines konstrukcijas ir šildymo sistemas. Šiuo laikotarpiu įvyko tikra langų technologijų revoliucija. Langai tapo efektyvesni, jų gamybai pradėtas naudoti stiklas su mažo išspinduliavimo dangomis, inertinių dujų užpildai [1].

Tačiau ir šiuo metu stiklo panaudojimas pastatuose kelia daug klausimų ir prieštaravimų, kuriuos reikia numatyti ir išspręsti. Tai visų pirma didesni šilumos nuostoliai, kadangi stiklo konstrukcijos vis dar labiau laidžios šilumai palyginti su kitomis pastato atitvaromis. Naudojant daugiau langų, iškyla patalpų perkaitimo nuo saulės šiltuoju metų

Įvadas

6

laikotarpiu problemos. Taip pat tenka spręsti apsaugos nuo triukšmo, drėgmės kondensacijos ant stiklų paviršių, stiklų valymo, patalpų vėdinimo klausimus ir t.t. Apibendrinto požiūrio į visus šiuos klausimus nebuvimas yra viena didžiausių stiklo naudojimo statyboje problemų.

Lietuvoje šiuo metu vienas iš aktualiausių klausimų, susijusių su stiklo panaudojimu pastatuose, yra šilumos nuostoliai. Nuo 1992 m., patvirtinus naujus reikalavimus šilumos taupymui per pastatų atitvaras reglamentuojantį dokumentą RSN 143-92 „Pastatų atitvarų šiluminė technika” [2] ir vėliau 1999 m. STR 2.05.01:1999 bei 2005 m. STR 2.05.01:2005 „Pastatų atitvarų šiluminė technika” [3; 4], sienų, stogų ir grindų šilumos perdavimo koeficientai sumažėjo keletą kartų, o reikalaujamos langų šiluminės savybės pasikeitė mažiau. Taip atsitiko todėl, kad techninės galimybės mažinti langų šilumos perdavimo koeficientą buvo ribotos, o diegiamų priemonių kainos didelės, taigi tai buvo ekonomiškai netikslinga. Tačiau, keičiantis ekonominei situacijai šalyje ir tobulėjant technologijoms, didėja galimybės langų konstrukcijose panaudoti vis daugiau šilumą taupančių priemonių.

Taigi, langas yra sudėtingas statybinis elementas, sudarytas iš skirtingų savybių medžiagų (stiklo, dujų, metalo, plastiko, medienos, hermetikų), kurios turi savyje derinti prieštaringus reikalavimus: šviesos laidumą ir šilumos nelaidumą, stiprumą, ilgaamžiškumą, sandarumą, elastingumą ir t.t. Šilumos pralaidumas yra labai svarbi langų savybė, nes šiuolaikiniai langai, praleidžiantys dvigubai mažiau šilumos už prieš penkerius ir daugiau metų gamintus langus, ir toliau lieka viena iš laidžiausių šilumai atitvarų. Dabartinių dažniausiai gaminamų langų šilumos perdavimo koeficiento vertė yra 1,4 – 1,5 W/(m2⋅K) [1], ji apie 5 ir daugiau kartų didesnė už kitų atitvarų normines šilumos perdavimo koeficientų vertes (gyvenamųjų pastatų sienų UN = 0,20 W/(m2⋅K), stogų UN = 0,16 W/(m2⋅K)) [4]. Kita vertus, langų ir kitų stiklo konstrukcijų kiekis šiuolaikinėje statyboje turi tendenciją didėti, todėl vis didesnė lyginamoji šiluminės energijos dalis iš pastatų prarandama per įstiklintas atitvarines konstrukcijas [5; 6]. Brangstant energijai, didėja poreikis kurti ir naudoti šilumą taupančias medžiagas ir technologijas, taip pat svarbiu uždaviniu tampa tikslesnis šilumos nuostolių apskaičiavimas projektuojant šildymo ir vėdinimo sistemas, pagrindžiant vidaus mikroklimato komforto sąlygas, prognozuojant pastato eksploatavimo išlaidas. Ypač svarbu kuo tiksliau įvertinti šilumos nuostolius per lango konstrukciją ir šalia lango

Įvadas

esančius šiluminius tiltelius. Turi būti įvertinti šilumos nuostoliai per šiuos tiltelius ir vidinio paviršiaus temperatūros sumažėjimas šiluminių tiltelių vietose, kadangi tai gali būti drėgmės kondensacijos ir diskomforto šalia esančiose zonose priežastis. Šiluminių tiltelių poveikio įvertinimas nepakankamai aprašytas normatyvinėje literatūroje, apie juos mažai žino langų projektuotojai, gamintojai ir vartotojai. Šiluminių tiltelių poveikio sumažinimo priemonės dažnai nenaudojamos todėl, kad nežinoma jų svarba. Tačiau tyrimais nustatyta, kad, neįvertinus šiluminių tiltelių poveikio šilumos perdavimui per langą, tikrieji šilumos nuostoliai gali būti dvigubai didesni už apskaičiuotus, o šiluminių tiltelių vietose nepalankiais atvejais gali susidaryti sąlygos ne tik vandens garų kondensacijai, bet ir šerkšnui (neigiamose temperatūrose) arba pelėsiams (ilgiau neišgaruojant kondensacinei drėgmei) susidaryti.

Šiame leidinyje pateikiami langų gamybai naudojamų medžiagų ir komponentų, langų sumontavimo konstrukcinių sprendimų poveikio šilumos nuostoliams tyrimų rezultatai ir apibendrintos šilumos taupymo požiūriu efektyvių langų projektavimo, gamybos ir panaudojimo pastatuose rekomendacijos.

1. Šilumos nuostolių per langus dalis pastato šilumos nuostolių balanse

8

1. ŠILUMOS NUOSTOLIŲ PER LANGUS DALIS PASTATO ŠILUMOS NUOSTOLIŲ BALANSE

Visus šiuo metu Lietuvoje esančius pastatus galima suskirstyti į dvi

grupes. Tai pastatai, pastatyti iki 1995 m., kai jų projektavimui buvo taikomos Tarybų Sąjungos Statybos normos ir taisyklės, ir per paskutiniuosius 10 metų pastatyti pastatai. Pirmajam periodui priskiriamų pastatų sienų šilumos perdavimo koeficientai buvo nuo 0,5 iki 1,4 W/m2K, stogų – nuo 0,5 iki 0,8 W/m2K, langų – nuo 2,2 iki 2,7 W/m2K. Gyvenamasis fondas sudarė apie 73,27 mln. m2 šildomojo ploto [5]. Vidutiniai metiniai iki 1995 m. pastatytų gyvenamųjų namų šilumos nuostoliai, įskaitant ventiliacijos ir oro infiltracijos nuostolius, sudaro apie 307 kWh/m2. Vidutiniai metiniai šilumos nuostoliai per pastato atitvaras pateikti 1.1 lentelėje ir 1.1 pav.

1.1 lentelė. Iki 1995 m. pastatytų gyvenamųjų namų atitvarų plotai ir vidutiniai

metiniai šilumos nuostoliai Eil. Nr.

Atitvara

Ativarų plotai mln. m2

Vidutiniai metiniai šilumos nuostoliai

×1012 Wh 1. Sienos 81,92 8,61 2. Stogai 47,18 3,21 3. Langai 15,40 3,74 4. Ia. grindys 47,02 2,48 Iš viso 191,52 18,04

Pastaba. Skaičiavimuose buvo priimta: infiltracija + vėdinimas –

0,8 karto/h; patalpų aukštis H = 2,55 m; θi =20 oC; t = 220 parų; θe,vid. = +0,5 oC; šildymo sezono pradžios/pabaigos temperatūra θe.pr. = +10 oC; mėnuo = 30,5 dienos. Skaičiavimuose neįvertinti vidiniai šilumos išsiskyrimai ir pritekėjimai nuo saulės spinduliavimo [5].


9

1.1 pav. Esamų pastatų šilumos nuostoliai per atitvaras Šilumos nuostoliai per langus sudaro apie 21 % visų pastato

šilumos nuostolių, nors langai užima 15,40 mln. m2, t.y. 8 % visų atitvarų ploto. Pastatų langų plotas sudaro 15–20 % grindų ploto. Esant šiluminės energijos kainai 0,12 Lt/kWh, gyvenamųjų namų apšildymas kainuoja apie 2,2 milijardus litų per metus, iš jų 0,45 milijardus litų kainuoja per langus prarandama šiluma. Šiuose skaičiavimuose neįvertinta infiltracijos (eksfiltracijos) įtaka. Nustatyta, kad šio statybos laikotarpio pastatų šilumos nuostoliai dėl infiltracijos per langus siekia 25 % visų pastato šilumos nuostolių.

1.2 pav. Daugiabučio pastato termovizinė nuotrauka (aut. E. Jogioja, Estija).

0

10

20

30

40

50

Atitvaros, % 42,9 24,6 8,04 24,5

Šilumos nuostoliai, % 47,8 17,8 20,7 13,7

Sienos Stogai Langai I a. grindys


10

Didelė dalis langų yra nesandarūs ir fiziškai susidėvėję (1.2 pav.). Tarkime, kad 1 m2 lango kainuoja 500 Lt., kuras brangsta po 5 % per metus, infliacija sudaro 3 % ir palūkanų norma – 8 %, tada visų senų langų Lietuvoje pakeitimas naujais kainuotų 7,7 milijardo litų, o ši investicija atsipirktų per 30 metų. Suprantama, kad tokia programa ekonomiškai nepasiteisina. Problemą reikia ir galima spręsti etapais, pasirenkant techniškai ir ekonomiškai naudingiausius prioritetus ir atsižvelgiant į pagrindinių veiksnių, darančių įtaką langų gamybai ir eksploatacijai, visumą.

Paskutiniuosius 10 metų pastatuose buvo montuojami langai, kurių šilumos perdavimo koeficiento norminė vertė UN = 1,9 W(m2⋅K). Tai pasiekiama esant trigubam lango įstiklinimui arba panaudojus specialų izoliacinį (su mažo išspinduliavimo danga) stiklą ir stiklo paketų ertmes užpildant inertinėmis dujomis. Per dešimtmetį pastatytų pastatų šildomasis plotas sudarė apie 2 mln. m2, langų plotas apie 16 % šildomojo ploto, o šilumos nuostoliai per langus – apie 60 MWh.

Šiuo metu galiojančiame Statybos techniniame reglamente STR 2.05.01:2005 pateikti dar griežtesni reikalavimai langų šiluminėms savybėms. Gyvenamųjų ir viešosios paskirties pastatų langų norminė šilumos perdavimo koeficiento vertė turi būti 1,6 W(m2⋅K). Jeigu gyvenamųjų pastatų langų ir kitų skaidrių atitvarų plotas didesnis už 25 % pastato sienų ploto, skaidrių atitvarų šilumos perdavimo koeficiento norminė vertė turi būti 1,3 W(m2⋅K). Kadangi langų plotai pastatų atitvarose didėja, per juos prarandama šiluma ir šiuo metu sudaro reikšmingą pastato šilumos nuostolių dalį. Tai vaizdžiai iliustruoja Lietuvoje populiariausio 5 aukštų gyvenamojo namo šilumos nuostolių analizės rezultatai. Iki 1992 m. pastatyto pastato šilumos nuostoliai per visas atitvaras sudarė apie 150 kWh/m2 per metus. Per šio pastato langus kasmet netenkama 30 kWh/m2 šilumos, tai sudaro 20 % pastato šilumos nuostolių. Pagal STR 2.05.01:2005 „Pastatų atitvarų šiluminė technika“ suprojektuoto tokio pat 5 aukštų pastato šilumos nuostoliai per atitvaras sudaro apie 50 kWh/m2 per metus, o per šio pastato langus kasmet netenkama 20 kWh/m2, tai sudaro 40 % pastato šilumos nuostolių. Todėl langų šiluminių savybių analizė, langų gamybai naudojamų medžiagų ir konstrukcinių sprendimų tyrimai, skaičiavimo metodų tobulinimas yra vis dar svarbus uždavinys sprendžiant energijos suvartojimo mažinimo ir kitas su tuo susijusias problemas.

2. Langų šiluminių savybių įvertinimo metodai

11

2. LANGŲ ŠILUMINIŲ SAVYBIŲ ĮVERTINIMO METODAI

Langų, kaip ir kitų atitvarų, šilumos pralaidumo savybės įvertinamos šilumos perdavimo koeficientu Uw, W/(m2⋅K), kuris apibendrintai parodo šilumos perdavimą per lango konstrukciją visais trimis šilumos perdavimo būdais: laidumu, konvekcija ir spinduliavimu. Kadangi langas yra iš skirtingų šiluminių savybių medžiagų (stiklo, metalo, plastiko, medienos, dujų ir kt.) sudaryta konstrukcija, apskaičiuoti jo šiluminę varžą arba šilumos perdavimo koeficientą sudėtinga ir tai įmanoma tik naudojant šiam tikslui pritaikytas kompiuterines dvimačių temperatūrinių laukų skaičiavimo programas. Taip pat lango arba atskirų jo dalių šilumos perdavimo koeficientą galima nustatyti eksperimentiniu būdu, matuojant pereinantį šilumos kiekį arba šilumos srautą. Mažesniu tikslumu langų šilumines savybes galima apskaičiuoti naudojant standartuose pateiktas formules ir lenteles.

2.1. EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI

Eksperimentiniai tyrimai skirstomi į laboratorinius ir natūrinius.

Laboratorinių tyrimų metu šiluminėms savybėms nustatyti dirbtinai sukuriamos ir palaikomos aplinkos sąlygos. Natūrinių tyrimų metu prisitaikoma prie natūralių aplinkos sąlygų matavimams pasirenkant tokį laiką, kad šilumos srautai būtų kuo tolygesni (reikia vengti tiesioginių saulės spindulių įtakos, didelių temperatūros svyravimų per parą).

Langų šiluminėms savybėms nustatyti naudojami šie matavimo metodai.

„Karštosios dėžės“ metodas: matuojamas per gaminį (langą) pereinantis šilumos kiekis. Matavimo principas – abipus atitvaros, kurioje sumontuotas tiriamasis langas, esančiose patalpose sudaromos sąlygos, kad didžioji šilumos dalis iš vienos patalpos į kitą patektų tik per bandinį. Temperatūrai šioje patalpoje palaikyti reikalingas energijos kiekis prilyginamas per bandinį (langą) išėjusios šiluminės energijos kiekiui. Padalijus šį energijos kiekį iš matavimo trukmės, bandinio ploto ir šiltosios bei šaltosios patalpų oro temperatūrų skirtumo, gaunamas bandinio šilumos perdavimo koeficientas. Papildomi šilumos nuostoliai per pakraščius įvertinami prietaisą kalibruojant, atliekant žinomų šiluminių savybių medžiagų matavimus.


12

Šilumos srauto metodas: matuojamas šilumos srauto tankis ir temperatūrų skirtumas. Šiam matavimui naudojami kalibruoti šilumos srauto tankio matuokliai, kuriais matuojamas per bandymo vietą pereinantis šilumos srauto tankis. Temperatūrų skirtumo ir šilumos srauto tankio santykis yra šiluminė varža.

Termovizija: termovizoriumi daromos paviršių termovizinės nuotraukos, pagal kurias nustatomos matuojamų paviršių temperatūros. Pagal aplinkos temperatūras ir paviršines varžas galima apskaičiuoti šilumines varžas atskiruose fiksuotuose taškuose.

Lango šilumos perdavimo koeficiento matavimai „karštosios dėžės“ metodu atliekami laboratorinėmis sąlygomis, termovizija dažniausiai naudojama natūriniams matavimams. Šilumos srauto metodas gali būti naudojamas tiek laboratorinėmis, tiek natūrinėmis sąlygomis.

„Karštosios dėžės” metodu [8;9] tiesiogiai matuojami šilumos nuostoliai per lango konstrukciją, kurie patikslinami atėmus šilumos nuostolius per bandinio pakraščius ir bandinį supančią pertvarą.

Tiriamo bandinio išmatuotas šilumos perdavimo koeficientas Um, W/(m2⋅K), apskaičiuojamas pagal šią formulę:

Um = n

spqθ∆

, W/(m2⋅K); (2.1)

čia: ∆θn – abiejose bandinio pusėse esančių aplinkų temperatūrų skirtumas, K.

qsp – šilumos srauto per bandinį tankis, W/m2, apskaičiuojamas pagal šią formulę:

qsp = sp

edgesurin

Aφφφ −− , W/m2; (2.2)

čia: φin – į matavimo dėžę patenkančios šilumos galia, patikslinta įvertinus šilumos srautą per matavimo dėžės sieneles ir šoninius nuostolius, W;

φsur – šilumos srautas per pertvaros, kurioje įstatytas bandinys, plokštę, W;

φedge – šilumos srautas per pakraščio sritį, W, apskaičiuojamas pagal standarte pateiktą metodiką;

Asp – tiriamojo bandinio plotas, m2.


13

<5

>100

200>d>0

>20

0

21

3

6

54

21

Φedge

Φedge

Φsur

Φsur

1 Matuojamojo ploto riba 2 Gaubiančioji plokštė, λ ≤

0,04 W/(m·K) 3 Įstiklinimas 4 Šiltoji pusė 5 Šaltoji pusė 6 Lygi palangė

φsur – šilumos srautas per pertvaros, kurioje įstatytas bandinys, plokštę, W;

φedge – pakraščio srities šilumos srautas, W, apskaičiuojamas pagal standarte pateiktą metodiką

2.1 pav. Lango tyrimo pertvaros plokštėje schema [10]

Apsaugotos „karštosios dėžės“ schema pateikta 2.2 pav.


14

Šiltoji pusė Šaltoji pusėPertvara1 7 8

12

1110

22 9

5

3

4

6

Anga

148

0 (h

) 1

230

mm

band

iniu

i įsta

tyti

1100 1100

150

15015

0

150

150

460

460

1480

1230 123020030

60 2800

Šild

ytuv

as

2.2 pav. Lango šilumos perdavimo koeficiento matavimo “karštosios dėžės”

metodu schema [10]

1. Šiltoji saugančioji dėžė: – vidiniai matmenys 2800 × 2800 × 1100 mm; – sienelės storis 130 mm, šiluminė varža apie 3 m2⋅K/W.

2. Apsauginis oro srautus nukreipiantis skardinis ekranas. 3. Elektrinis valdomas šildytuvas reguliuojamas pagal matavimo dėžės (6) vidinę nustatytąją temperatūrą, maksimali galia 660 W. 4. Elektrinis šildytuvas matavimo dėžėje, reguliuojama galia nuo 13 iki 660 W. 5. Matavimo dėžės kreipiančioji (ekranas) su paviršiaus temperatūros ir oro temperatūros matavimo termoelektriniais keitikliais. 6. Matavimo dėžė, vidiniai matmenys 2400 × 2400 × 360 mm. 7. Pertvara: gaubianti plokštė iš 200 mm storio EPS, iš abiejų pusių padengta 3 mm storio PVC lakštu, varža apie 5,5 m2⋅K/W. Į šios pertvaros angą įstatomi langai, kiti bandiniai. 8. Šaltoji apsauginė dėžė:

– vidiniai matmenys 2800 × 2800 × 1100 mm; – sienelės storis 130 mm, šiluminė varža apie 3 m2⋅K/W.

9. Šaltosios dėžės ekranas su paviršiaus ir oro temperatūros matavimo termoelektriniais keitikliais. 10. Šaltosios dėžės valdoma elektrinė šildymo spiralė, maksimali galia 2 kW. 11. Šaltosios dėžės reguliuojama šaldymo sekcija, maksimali šaldymo galia 3 kW. 12. Šaltosios pusės oro temperatūros paruošimo sekcija su 5 greičio pakopų ventiliatoriumi.


15

Lango šilumos perdavimo koeficiento matavimas „karštosios dėžės“ metodu įvertina šilumos nuostolius per visus lango konstrukcijoje esančius šiluminius tiltelius (išskyrus lango angokraštį). Tai tiksliausias šiuo metu naudojamas metodas. Šio metodo trūkumas, kad galima išmatuoti tik nustatytų matmenų lango šilumos perdavimo koeficientą. Kitų matmenų langams šilumos perdavimo koeficientą reikia perskaičiuoti pagal LST EN ISO 10077–1 [7] pateiktą metodiką. Taip pat negaunama informacijos apie rėmo, įstiklinimo ir šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientus, kadangi šios vertės atskirai nėra nustatomos. Norint langų šiluminių savybių skaičiavimui panaudoti „karštosios dėžės“ metodu gautus rezultatus, reikia papildomai naudoti srauto matuoklius. Sudėtinga išskirti ir papildomus šilumos nuostolius dėl infiltracijos ir profilių vėdinimo. Lango šilumos perdavimo koeficiento matavimas „karštosios dėžės“ metodu labiau taikomas patikrinti, ar gamintojo apskaičiuota ir deklaruota lango šilumos perdavimo koeficiento vertė atitinka tikrovę.

Kai langų šilumos perdavimo koeficientui nustatyti naudojamas šilumos srauto metodas, šilumos srautai ir temperatūrų skirtumai matuojami būdingas vienalytes šilumos perdavimo per lango konstrukciją zonas atitinkančiuose taškuose [11]. Nustačius šilumos perdavimo koeficientus atskirose lango konstrukcijos zonose, toliau pagal plotų su skirtingais šilumos perdavimo koeficientais santykius apskaičiuojama vidutinė lango šilumos perdavimo koeficiento Uw , W/(m2⋅K), vertė.

Šilumos srauto tankis q, W/m2, matuojamas šilumos srauto tankio matuokliais (šilumai laidžiomis plokštelėmis, kuriose sumontuotos termoporos). Bandinio šiltosios ir šaltosios pusės paviršių temperatūros matuojamos termoporomis. Išmatavus šilumos srauto tankį ir bandinio paviršių temperatūrų skirtumą, apskaičiuojama bandinio suminė šiluminė varža:

qqR sesi

sθθθ −

=∆

= , m2⋅K/W; (2.3)

čia: θsi – bandinio šiltosios pusės paviršiaus temperatūra, oC; θse – bandinio šaltosios pusės paviršiaus temperatūra, oC; q – šilumos srauto tankis, W/m2.

Visuminė šiluminė varža šiame taške Rt apskaičiuojama prie suminės

šiluminės varžos pridėjus standartinį paviršinių šiluminių varžų sumos priedą – 0,17 m2⋅K/W.


16

Apskaičiavus vidutines lango rėmo ir įstiklintos dalies visumines šilumines varžas toliau apskaičiuojama vidutinė lango visuminė šiluminė varža Rw,t:

f

f

g

g

fgtw

RA

RA

AAR

+

+=,

, m2⋅K/W; (2.4)

čia Ag ir Af – lango įstiklintos dalies ir lango rėmo plotai, m2; Rg ir Rf – lango įstiklintos dalies ir lango rėmo visuminės

šiluminės varžos, m2⋅K/W. Vidutinis lango šilumos perdavimo koeficientas apskaičiuojamas taip:

twRU

,

1= , W/(m2⋅K). (2.5)

Šilumos srauto matuoklių ir termoporų išdėstymo lango šilumos perdavimo koeficiento matavimo metu schema parodyta 2.3 pav.

16

1514 13 12 11

1234

56

50 150 150 150

Šilumos srauto tankio matuokliai

Termoporos

2.3 pav. Termoporų ir srauto matuoklių išdėstymo schema

Šiuo matavimo metodu galima nustatyti atskirų lango konstrukcijos

dalių šilumos perdavimo koeficientus, pavyzdžiui, įstiklinimo centrinės dalies šilumos perdavimo koeficientą Ug arba lango rėmo šilumos perdavimo koeficientą Uf. Turint šiuos duomenis, toliau galima apskaičiuoti įvairių matmenų langų šilumos perdavimo koeficientus pagal LST EN ISO 10077–1 pateiktą metodiką [7].

Šio matavimo metodo trūkumas yra nepakankamas sudėtingų šiluminių tiltelių matavimo tikslumas, ypač rėmo konstrukcijose ir įstiklinimo pakraščio zonoje. Sudėtingos geometrinės formos rėmo


17

profiliuose šilumos perdavimas vyksta dvimačiame (kartais ir trimačiame) lauke, ir šį šilumos srautą sudėtinga tiksliai išmatuoti plokšteliniais šilumos srauto matuokliais. Taip pat šiuo metodu neįvertinama oro infiltracijos ir profilių vėdinimo įtaka šilumos perdavimui per lango konstrukciją.

Termovizorius yra prietaisas, naudojamas bet kokio kūno paviršiaus temperatūrai matuoti. Termovizoriumi tiksliai nustatoma lango paviršiaus temperatūra daugelyje taškų ir apskaičiuojama vidutinė lango pasirinkto ploto temperatūra. Termovizoriuje įrengtais prietaisais išmatuojamas lango paviršiaus šilumos atspindžio koeficientas ir oro judėjimo prie matuojamo paviršiaus greitis. Pagal šių matavimų rezultatus apskaičiuojama lango paviršiaus šiluminė varža Rse. Matuojant iš išorės, lango šiluminė varža apskaičiuojama pagal formulę:

,sesei

ie RR ⋅−−

=θθθθ (2.6)

čia: θe – išorės oro temperatūra, o C; θi – vidaus oro temperatūra, o C; θse – išorinio paviršiaus temperatūra, o C. Rse – išorinio paviršiaus šiluminė varža, m2K/W.

Galima matuoti ir iš vidinės pusės. Termovizinės nuotraukos

pavyzdys pateiktas 2.4 paveiksle.

12.1°C

25.5°C

14

16

18

20

22

24

LI01

AR01

2.4 pav. Termovizinės nuotraukos pavyzdys. Termovizinė nuotrauka

parodo vidinio stiklo paketo paviršiaus temperatūras [12]


18

Šis tyrimų metodas ypač populiarus, kadangi matuojama natūraliomis sąlygomis, galima nustatyti lango gamybos ir montavimo defektus, kuriuos pašalinus sumažinami šilumos nuostoliai per langus ir pagerinamos kitos langų savybės.

2.2. STANDARTINIAI SKAIČIAVIMO METODAI Pastatų atitvarų šiluminių savybių skaičiavimo metodai pateikti

žinynuose, projektavimo normose ir kt. Tačiau langų šilumos perdavimo koeficiento Uw vertę skaičiuojant pagal skirtingas metodikas, kartais gaunami skirtingi rezultatai, kadangi nurodomos skirtingos ribojančių aplinkų sąlygos, medžiagų šiluminės savybės ir kt. Langų šilumos perdavimo koeficientui apskaičiuoti naudojamas standartas LST EN ISO 10077-1 „Langų, durų ir užsklandų šiluminės charakteristikos. Šilumos perdavimo apskaičiavimas. 1 dalis. Supaprastintasis metodas (ISO 10077-1:2000)“ [7]. Šiame standarte pateikta langų ir durų, susidedančių iš rėmų ir į juos sumontuotų stiklinių arba nepermatomų plokščių, su langinėmis arba be jų, šiluminių charakteristikų skaičiavimo metodika.

Skaičiavimo metodika gali būti naudojama tokių langų ir durų šilumos perdavimo koeficientui apskaičiuoti:

• su įvairiu įstiklinimu (stiklas ar plastikai; vienastiklis ar daugiastiklis įstiklinimas; stiklai su mažo išspinduliavimo dangomis arba be jų; oro arba kitų dujų pripildyti stiklo paketai):

• su skirtingais rėmais (mediniai; plastikiniai; metaliniai su šilumą izoliuojančiais intarpais arba be jų; arba iš bet kokio kito medžiagų derinio);

• su langinėmis, sudarančiomis papildomą šiluminę varžą, įvertinant jų sandarumą (oro laidumą).

Skaičiavimo metodika netaikoma skaičiuoti: • šiluminių tiltelių poveikį langų ir durų rėmų jungtyse su pastato

atitvaromis; • saulės spinduliavimo poveikį; • šilumos perdavimą dėl oro filtracijos (langų ir durų

nesandarumo).


19

Šio standarto F priede yra pateiktos lentelės, pagal kurias galima nustatyti lango šilumos perdavimo koeficientą Uw, žinant įstiklinimo Ug ir lango rėmų Uf šilumos perdavimo koeficientus. Lentelėje pateikti apskaičiuoti langų šilumos perdavimo koeficientai jau įvertinus ilginius šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientus Ψg , pateiktus E priedo E.1 (2.1) lentelėje. Taip pat šio standarto C priede pateikta metodika įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientui Ug nustatyti, įvertinant tarpo tarp stiklų storį, stiklų skaičių, stiklų paviršiaus išspinduliavimo gebos poveikį. D priede pateiktos lango rėmų šilumos perdavimo koeficiento Uf įvertinimo metodikos, atskirai plastikiniams (tarp jų ir su metaliniais sutvirtinimais), mediniams ir metaliniams langų rėmų profiliams. E priede yra lentelė (2.1 lentelė), kurioje pateiktos aliumininių ir plieninių skiriamųjų rėmelių (stiklo paketo pakraštyje) ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientų Ψg vertės.

Viengubo lango šilumos perdavimo koeficientas Uw apskaičiuojamas pagal (2.7) lygtį:

fg

ggffggw AA

lUAUAU

+

Ψ⋅+⋅+⋅= , W/(m2⋅K); (2.7)

čia: Ug – įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientas, W/(m2⋅K); Uf – rėmo šilumos perdavimo koeficientas, W/(m2⋅K); Ψg – ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas,

W/(m⋅K), dėl bendro įstiklinimo, skiriamųjų rėmelių ir rėmo šiluminio poveikio.

Įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientas Ug įvertina stiklo paketo

centrinės dalies šilumos pralaidumą, tačiau juo negalima įvertinti įstiklinimo kraštuose esančių skiriamųjų rėmelių poveikio. Iš kitos pusės, rėmo šilumos perdavimo koeficientas Uf tinka rėmui be įstiklinimo. Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ įvertina papildomą šilumos pralaidumą dėl bendro įstiklinimo, skiriamųjų rėmelių ir rėmo šiluminio poveikio. Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ daugiausiai priklauso nuo skiriamojo rėmelio medžiagos šilumos laidumo koeficiento. E.1 lentelėje pateiktos įvairių rėmų ir įstiklinimų tipų aliumininių ir plieninių (ne iš nerūdijančio plieno) stiklo skiriamųjų rėmelių Ψ vertės.


20

2.1 lentelė. Aliumininių ir plieninių (išskyrus nerūdijantį plieną) stiklo skiriamųjų rėmelių ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento Ψ1) vertės [7]

Rėmo medžiaga Dvisluoksnis ar trisluoksnis

įstiklinimas, stiklas be dangos, oro arba

dujų tarpas Ψ, W/(m⋅K)

Dvisluoksnis įstiklinimas su mažos spinduliavimo gebos

danga, trisluoksnis įstiklinimas su dviem mažos spinduliavimo gebos dangomis, oro arba dujų tarpas Ψ,

W/(m⋅K) Mediniai ir plastikiniai rėmai

0,04 0,06

Metaliniai rėmai su šiluminiais intarpais

0,06 0,08

Metaliniai rėmai be šiluminių intarpų

0 0,02

1) Šios vertės apskaičiuotos esant dvisluoksniam įstiklinimui su maža spinduliavimo geba Ug ≈ 1,3 W/(m2⋅K) ir trisluoksniam įstiklinimui su maža spinduliavimo geba Ug ≈ 0,7 W/(m2⋅K).

Lentelėje nepateiktos skiriamųjų rėmelių vertės gali būti nustatomos skaitmeninio skaičiavimo metodais pagal prEN ISO 10077-2.

Langui, kurio aukštis 1,48 m, plotis 1,23 m, plotas 1,82 m2, stiklo

skiriamojo rėmelio ilginio šiluminio tiltelio ilgis apie 4,42 m. Tokių matmenų lango, kurio rėmas yra medinis arba plastikinis, o stiklo paketas su mažos spinduliavimo gebos danga, aliumininio stiklo skiriamojo rėmelio ilginis šiluminis tiltelis bendrą šilumos perdavimo koeficientą padidina 0,15 W/(m2⋅K). Jeigu stiklo paketas būtų be mažo spinduliavimo gebos dangos, šis koeficientas padidėtų 0,1 W/(m2⋅K).

Jeigu tokių matmenų lango rėmas būtų metalinis su šiluminiais intarpais, o stiklo paketas su mažos spinduliavimo gebos danga, aliumininio stiklo skiriamojo rėmelio ilginis šiluminis tiltelis bendrą lango šilumos perdavimo koeficientą padidintų 0,2 W/(m2⋅K). Jeigu stiklo paketas būtų be mažo spinduliavimo gebos dangos, šis padidėjimas būtų 0,15 W/(m2⋅K).

Norint naudotis anksčiau pateikta formule, reikia turėti pradinius skaičiavimo duomenis, t.y. nustatyti lango rėmų ir įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientus. Šias vertes galima gauti iš rėmų profilių ir stiklo paketų gamintojų, kurie jų matavimus atlieka laboratorijose. Neturint tokių duomenų, galima naudotis šio standarto prieduose pateikta informacija. C priede yra C.2 lentelė, kurioje pateikti skirtingomis dujomis užpildyto dvisluoksnio ir trisluoksnio įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientai Ug


21

priklausomai nuo tarpų tarp stiklų ir stiklų dangų išspinduliavimo gebos. D priede pateiktos plastikinių, medinių ir metalinių rėmų šilumos perdavimo koeficientų nustatymo metodikos. F priede pateiktos lentelės, pagal kurias apytiksliai galima nustatyti viso lango šilumos perdavimo koeficientą priklausomai nuo įstiklinimo ir rėmo šilumos perdavimo koeficientų bei nuo rėmo ploto ir viso lango ploto santykio (F.1 lentelė, kai šis santykis 30 % (2.2 lentelė), F.2 lentelė, kai šis santykis 20 %).

2.2 lentelė. Projektinė langų šilumos perdavimo koeficiento Uw vertė, jei

rėmo plotas užima 30 % lango ploto [7, F.1 lentelė]

Uf, W/(m2⋅K) Įstiklinimo

rūšis Ug,

W/(m2⋅K) 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 3,8 7,0

Vienasluoksnis 5,7 4,3 4,4 4,5 4,6 4,8 4,9 5,0 5,1 6,1 3,3 2,7 2,8 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 3,6 4,4 3,1 2,6 2,7 2,8 2,9 3,1 3,2 3,3 3,5 4,3 2,9 2,4 2,5 2,7 2,8 3,0 3,1 3,2 3,3 4,1 2,7 2,3 2,4 2,5 2,6 2,8 2,9 3,1 3,2 4,0 2,5 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,8 3,0 3,1 3,9 2,3 2,1 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,8 2,9 3,8 2,1 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,6 2,7 2,8 3,6 1,9 1,8 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 2,5 2,7 3,5 1,7 1,6 1,8 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,5 3,3 1,5 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 3,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,2 3,1

Dvisluoksnis

1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,9 2,3 2,0 2,1 2,2 2,4 2,5 2,7 2,8 2,9 3,7 2,1 1,9 2,0 2,1 2,2 2,4 2,5 2,6 2,8 3,6 1,9 1,7 1,8 2,0 2,1 2,3 2,4 2,5 2,6 3,4 1,7 1,6 1,7 1,8 1,9 2,1 2,2 2,4 2,5 3,3 1,5 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 3,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,2 3,1 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,9 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,56 1,7 1,8 2,0 2,8 0,7 0,9 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 2,6

Trisluoksnis

0,5 0,8 0,9 1,0 1,2 1,3 1,4 1,6 1,7 2,5

Pastaba. Apskaičiavimuose panaudotos E priedo Ψ vertės. Kitokio nei 30 % rėmų ploto santykio langų vertės nustatomos naudojant šio standarto pagrindinėje dalyje esančias lygtis.


22

Pagal lenteles, kuriose pateikiamos projektinės langų šilumos perdavimo koeficientų vertės, žinodami įstiklinimo ir lango rėmo šilumos perdavimo koeficientus, galime surasti lango šilumos perdavimo koeficiento projektines vertes. Pavyzdžiui, jeigu mūsų lango rėmo plotas sudaro 30 % lango ploto (2.2 lentelė), žinodami stiklo paketų gamintojo deklaruojamą šilumos perdavimo koeficiento vertę Ug = 1,7 W/(m2⋅K) ir langų profilių gamintojų deklaruojamą rėmo šilumos perdavimo koeficiento vertę Uf = 1,8 W/(m2⋅K), pagal lenteles randame projektinę lango šilumos perdavimo koeficiento vertę Uw = 1,9 W/(m2⋅K). Kaip matyti iš šio pavyzdžio, projektinė lango šilumos perdavimo koeficiento vertė didesnė už įstiklinimo ir rėmo šilumos perdavimo koeficientų vertes. Taip yra todėl, kad šiose lentelėse pateiktose projektinėse langų šilumos perdavimo koeficientų vertėse jau įvertinti visi langų konstrukcijų šiluminiai tilteliai (išskyrus angokraščių šiluminius tiltelius).

2.3. DVIMAČIO TEMPERATŪRINIO LAUKO SKAIČIAVIMAS Langų šilumos perdavimo koeficientas gali būti apskaičiuojamas

pagal dvimačio temperatūrinio lauko skaičiavimo metodą. Skaičiuojant dvimatį temperatūrinį lauką pasirinktas konstrukcijos elementas padalijamas į mažus būdingus laukelius ir kiekviename iš jų priartėjimo būdu priklausomai nuo šilumos mainų skaičiuojamos temperatūros. Užbaigus skaičiavimą, pagal vidutines paviršių temperatūras ir paviršines varžas apskaičiuojama vidutinė konstrukcijos elemento šiluminė varža ir šilumos perdavimo koeficientas.

Nevienalytės konstrukcijos dvimatį temperatūrinį lauką, kai šiluma perduodama dvimatėje sistemoje, reikia skaičiuoti apytiksliai nuoseklaus priartėjimo būdu [13].

Skaitmeninis plokščias temperatūrinis laukas skaičiuojamas taip: temperatūra kinta x ir y ašies kryptimi, z = 0, plokščioji nevienalytė konstrukcija padalijama kvadratėliais, kurių kraštinės ilgis ∆ (2.5 pav.). Tinklelio linijos brėžiamos lygiagrečiai su atitvaros paviršiais. Kuo mažesnis ∆, tuo tikslesnis skaičiuojamasis rezultatas, tačiau daugiau darbo. Paprastai ∆ parenkamas toks, kad temperatūriniame lauke būtų nuo 30 iki 60 tinklelio linijų susikirtimo taškų.


23

si

1 xy 3

7 4 8

5 2 6

22

2d θ

θθθ

θθθ

θ θ

θ

a 2 si b

g h k

1 c xy d 3

l m n

e 4 f

22

θ

θ

θθθ

θ=

2.5 pav. Vienalytės atitvaros

fragmento tinklelis temperatūriniam laukui skaičiuoti

2.6 pav. Nevienalytės atitvaros su šilumos tilteliu tinklelis temperatūriniam

laukui skaičiuoti Vienalytėje medžiagoje (2.5 pav.) ieškomojo taško temperatūra θxy

yra gretimų keturių taškų, kurių temperatūros θ1, θ2, θ3 ir θ4, vidurkis.

4

4321xy

θθθθθ

+++= . (2.8)

Nevienalytėje medžiagoje ieškomojo taško temperatūra θxy priklauso ne tik nuo gretimų taškų temperatūros θ1, θ2, θ3 ir θ4, bet ir nuo to, kaip medžiaga, esanti tarp šių taškų, praleidžia šilumą, t.y. nuo šilumos perdavimo visomis kryptimis koeficientų:

4321

44332211xy UUUU

UUUU++++++

=θθθθθ (2.9)

Jeigu taškas θxy yra vienalyčiame lauke, (2.9) formulė virsta savo daliniu atveju (2.8).

Šilumos perdavimo koeficientas skaičiuojamas pagal 2.6 pav. pateiktą schemą. Laikoma, kad iš temperatūros θxy taško į θ2 temperatūros tašką šiluma perduodama tik kvadratu abdc. Tada šilumos perdavimo koeficiento U2 dydis bus atvirkščiai proporcingas kvadrato abdc šiluminei varžai R2. Šio kvadrato šiluminė varža R2 apskaičiuojama kaip sluoksnio, kurio medžiagos vienalytiškumas suardytas ir x, ir y kryptimis.

Šiluma iš θxy temperatūros taško į θ3 temperatūros tašką perduodama kvadratu hknm, o į θ1 temperatūros tašką – kvadratu hglm.


24

Šių kvadratų šiluminės varžos apskaičiuojamos kaip dvisluoksnės atitvaros šiluminė varža. Šiluma į θ4 temperatūros tašką perduodama kvadratu cdfe, kurio šiluminė varža skaičiuojama kaip sluoksnio, susidedančio iš dviejų nevienodų medžiagų sluoksnių.

Temperatūrinis laukas skaičiuojamas taip: pasirenkamos visų skaičiuojamų taškų pradinės atskaitos temperatūros, kurios charakteringuose pjūviuose gali būti apskaičiuotos taip pat kaip vienmatėje sistemoje. Po to nuoseklaus artėjimo metodu perskaičiuojamos visų tinklelio taškų parinktos temperatūros. Skaičiuojama tol, kol visų tinklelio taškų temperatūros kinta ne didesniu kaip 0,1oC intervalu.

Apskaičiavę atitvaros sluoksnio temperatūrinį lauką ir turėdami šio sluoksnio paviršių temperatūras, galime apskaičiuoti šio sluoksnio vidutinę šiluminę varžą Rv, m2⋅K/W. Šiam tikslui yra apskaičiuojamos sluoksnio paviršių vidutinės temperatūros θsi,v ir θse,v. Šilumos srauto tankis, pereinantis per šio sluoksnio ploto vienetą, bus lygus:

v

v,sev,si

Rq

θθ −= , W/m2. (2.10)

Šilumos srauto tankį galima apskaičiuoti žinant atitvaroje tarp kokių nors taškų esančią šiluminę varžą ir temperatūrų skirtumą. Pavyzdžiui, tai gali būti paviršiaus šiluminė varža bei oro ir atitvaros paviršiaus temperatūrų skirtumas:

se

ev,se

Rq

θθ −= , W/m2. (2.11)

Esant stacionariam (nusistovėjusiam) šilumos srautui, šilumos srauto tankis bet kurioje atitvaros vietoje bus vienodas. Pagal 2.12 formulę galima apskaičiuoti vidutinę nevienalyčio sluoksnio šiluminę varžą:

ev,se

v,sev,sisev RR

θθθθ−−

= , W/m2. (2.12)

2.4. KOMPIUTERINĖS PROGRAMOS Langų šilumos izoliacinėms savybėms tirti naudojamos

temperatūrinio lauko ir šilumos perdavimo koeficiento skaičiavimo programos.

Šios programos skirtos sudėtingų konstrukcijų šilumos perdavimo koeficientui nustatyti, šiluminiams tilteliams įvertinti ir t.t. Dauguma šių


25

programų pritaikytos dvimačiams ir trimačiams temperatūriniams laukams skaičiuoti. Beveik visos šios paskirties programos remiasi baigtinių skirtumų skaičiavimo metodu, daug kartų perskaičiuojant temperatūras, kol skaičiavimo paklaida priartėja prie nustatytos vertės.

Programos paprastai susideda iš duomenų įvedimo, skaičiavimo ir gautų rezultatų apdorojimo blokų.

Duomenų įvedimo bloke nurodomi matmenys, medžiagų šilumos perdavimo koeficientai, medžiagų išdėstymas ir aplinkos sąlygos. Yra galimybių pakeisti duomenis, sukurti tam tikrą skaičiuotų pavyzdžių banką tolesniam naudojimui.

Rezultatų bloke pateikiami įvedimo duomenys, gautos atitvarų paviršių temperatūros, galima nustatyti temperatūrą bet kuriame lauko taške, pasirinkti pjūvį ir nubrėžti temperatūros izotermas. Taip pat pateikiamos šilumos srautų vertės, jų pasiskirstymas atitvarose, nagrinėjamos atitvaros vidutinė šilumos perdavimo koeficiento vertė.

Šilumos nuostolių per konstrukcijas skaičiavimo programos - labiausiai paplitusi programų rūšis. Šios programos skirtos apskaičiuoti pastatų šilumos nuostolius, nustatyti šiluminės energijos suvartojimo pagrindinius lyginamuosius rodiklius, įvertinti šiluminės energijos taupymo priemonių poveikį pastato energijos suvartojimui ir palyginti pasirinktus variantus. Skaičiuojant naudojamos pagrindinės šilumos perdavimo lygtys su koeficientais, priklausančiais nuo vietos klimato sąlygų, atitvarų konstrukcijų ir t.t.

Programos susideda iš duomenų įvedimo, skaičiavimo procedūros ir gautų rezultatų blokų.

Duomenų įvedimo bloke nurodomi pastato pagrindiniai rodikliai, atitvarų šilumos perdavimo koeficientai, klimato sąlygos, patalpų vidaus sąlygos, šildymo, vėdinimo, karšto vandens tiekimo, oro kondicionavimo ir kitų pastato techninio aprūpinimo sistemų charakteristikos, reguliavimo sistemų pagrindiniai duomenys, pastato šiluminės būsenos kitimo eiga ir kt.

Rezultatų bloke pateikiami esminiai įvedimo duomenys, energijos sunaudojimo pasiskirstymas grupėmis ir pagal atitvarų rūšis, skaičiuotų variantų lyginamieji duomenys, siūlomų šiluminės energijos taupymo priemonių efektas. Šiuo metu yra viena gana nesudėtinga Architektūros ir statybos institute (ASI) paruošta šios paskirties lietuviška programa „PEP“ („Pastato energetinis pasas“). JAV ir Kanadoje plačiai naudojama „RESFEN 4“ programa.


26

Dvimačių temperatūrinių laukų skaičiavimui yra pritaikyta programa „Therm“, sukurta šilumos perdavimo koeficientui per langų konstrukcijas apskaičiuoti, tačiau ją galima naudoti ir kitų atitvarinių konstrukcijų temperatūriniam laukui skaičiuoti [14].

Skaičiuojant pagal „Therm“ programą, iš pradžių pagal mastelį nubraižomas konstrukcijos elementas, nurodomos medžiagos, iš kurių jis sudarytas, ir šių medžiagų šiluminės savybės. Jeigu panaudotos medžiagos, kurių nėra programos bibliotekoje, galima jas įvesti papildomai. Nubraižius konstrukciją, nustatomos aplinkos oro sąlygos šiltojoje ir šaltojoje konstrukcijos pusėje bei pažymimi paviršiai, per kuriuos šiluma iš vidaus oro patenka į konstrukciją ir per kuriuos šiluma išeina į išorę. Skaičiavimo metu konstrukcija padalijama į smulkius plotelius, skaičiuojamas per kiekvieną iš jų praeinantis šilumos srautas ir temperatūros. Galiausiai programa pateikia apskaičiuotą konstrukcijos šilumos perdavimo koeficientą, konstrukcijos skerspjūvyje nubraižomos temperatūrinius laukus žyminčios izotermos arba šilumos srauto kryptys, skirtingomis spalvomis išryškinami plotai su skirtingomis temperatūromis arba skirtingais šilumos srauto tankiais.

2.7 pav. Pagal „Therm“ programą nubraižytos konstrukcijos padalijimas į

skaičiuojamuosius laukelius


27

2.8 pav. Pagal „Therm“ programą apskaičiuotos lango konstrukcijos

temperatūriniai laukai ir lango rėmo bei stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientai

2.9 pav. Rodyklėmis pavaizduotos pagal „Therm“ programą apskaičiuotos

lango konstrukcijos šilumos srauto kryptys stiklo paketo pakraščio zonos šiluminiame tiltelyje


28

2.10 pav. Pagal „Therm“ programą apskaičiuotos lango konstrukcijos spalvotas šiluminio tiltelio vaizdas, žymintis skirtingą šilumos srauto tankį

Viso lango šilumos perdavimo koeficientui apskaičiuoti naudojama

dar viena programa „Window“, kurioje sukuriamas įstiklinimo elementas (priklausomai nuo stiklų, kurių duomenys gali būti paimti tiesiogiai iš gamintojų, tarpų tarp stiklų, dujų šiems tarpams užpildyti panaudojimo). Įstiklinimo elementas perkeliamas į programą „Therm“, kurioje apskaičiuojamas rėmo ir pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientas, įvertinant lango rėmo medžiagas ir įstiklinimą. Gauti skaičiavimų rezultatai toliau perkeliami į programą „Window“, ir pagal rėmų bei įstiklinimo šilumines savybes (duomenys suvesti į atitinkamas bibliotekas) galima apskaičiuoti bet kokių matmenų lango šilumos perdavimo koeficientą (2.11 pav.).


29

2.11 pav. Pagal „Window 5“ programą apskaičiuotas lango (1,23m×1,48m)

šilumos perdavimo koeficientas Mažesnio tikslumo skaičiavimams gali būti naudojamos

specializuotos gamintojų sudarytos kompiuterinės programos, kuriomis pagal gamintojų pateikiamas konkrečių profilių sistemų šilumines savybes ir įstiklinimą galima apskaičiuoti bet kurių matmenų lango šilumos perdavimo koeficientą (2.12 pav.).

2.12 pav. Specializuota kompiuterinė programa „Schuco“ profilių langų

šilumos perdavimo koeficientams apskaičiuoti

3.1.1. Rėmų įtaka langų šilumos perdavimo koeficientui

30

3. LANGŲ ŠILUMINIŲ SAVYBIŲ TYRIMAI 3.1. LANGŲ ŠILUMOS PERDAVIMO KOEFICIENTŲ PRIKLAUSOMYBĖ

NUO RĖMŲ, ĮSTIKLINIMO IR MATMENŲ 3.1.1. Rėmų įtaka langų šilumos perdavimo koeficientui Langų rėmai dažnai sudaro didelę dalį viso lango ploto, todėl turi

didelę įtaką viso lango šilumos perdavimo koeficientui. Pavyzdžiui, 1,8 m2 ploto varstomo lango rėmas (stakta ir varčia) sudaro apie 30 % viso lango ploto. Šis santykis priklauso nuo lango matmenų: kuo mažesnis langas, tuo didesnę jo ploto dalį užims rėmo konstrukcija. Šiuo metu Lietuvoje langų rėmai daugiausiai gaminami iš medienos, plastiko ir aliuminio. Mediniai rėmai gaminami iš klijuotos medienos ruošinių. Jų šilumos pralaidumas daugiausiai priklauso nuo profilio storio (storesnis profilis praleidžia mažiau šilumos) ir šiek tiek nuo medienos rūšies, jos kokybės (pavyzdžiui, drėgnumo), profilių formos. Plastikiniai rėmai gaminami su ertmėmis, kurios vadinamos kameromis, ir jų per profilio storį paprastai būna 3, 4, 5 arba dar daugiau. Plastikinių profilių šilumos perdavimas daugiausiai priklauso nuo profilių storio, taip pat nuo kamerų skaičiaus, paties profilio konstrukcijos (kamerų dydžio, išdėstymo). Išorinėse konstrukcijose naudojami aliumininiai langų rėmų profiliai dėl labai didelio šilumos pralaidumo būna su plastikiniais intarpais, kurių paskirtis – sumažinti šilumos perdavimą. Šių intarpų matmenys įvairūs ir nuo jų priklauso aliumininių profilių šilumos pralaidumas. Didžiausią įtaką šilumos perdavimui aliumininiuose profiliuose turi plastikinių intarpų plotis (atitolina aliuminio dalis), taip pat profilių storis, profilių konstrukcija.

Atlikus įvairių rėmų šilumos perdavimo koeficientų analizę nustatyta, kad tokio pat storio medinių ir plastikinių profilių šilumos pralaidumas yra panašus, o aliumininių profilių rėmų šilumos pralaidumas maždaug trečdaliu didesnis. Norint tiksliau nustatyti rėmų įtaką langų šilumos perdavimo koeficientui, reikia analizuoti konkrečius profilius, nes gali būti reikšminga visų anksčiau minėtų veiksnių įtaka.


31

3.1.1.1. Plastikiniai langai Langų šiluminių savybių analizei panaudotos specializuotos

kompiuterinės programos. Profilių šilumos perdavimo koeficientas apskaičiuotas pagal programą „Therm 5“, o stiklo paketo ir viso lango šilumos perdavimo koeficientas – pagal programą „Window 5“. Skaičiuojant buvo analizuojama atskirų profilių dalių, profilyje įrengtų papildomų oro tarpus sudarančių pertvarų ir įstiklinimo įtaka rėmo ir viso lango šilumos perdavimo koeficientui.

3.1.1 paveiksle pavaizduotas 62 mm storio trijų kamerų staktos profilis.

3.1.1 pav. Trijų kamerų staktos profilio šilumos perdavimo koeficientas

(U = 1,13 W/(m2⋅K)) Skaičiuojant priimta, kad temperatūrų skirtumas yra tik profilio

šonuose, aplinkos sąlygos atitinka bandymų sąlygas, t.y. išorėje temperatūra 0 oC ir paviršiaus šiluminė varža Rse = 0,04 m2⋅K/W, o temperatūra vidinėje pusėje +20 oC ir paviršiaus šiluminė varža Rsi = 0,13 m2⋅K/W.

3.1.2 pav. pavaizduotas tos pačios profilių sistemos staktos ir rėmo junginys be įstiklinimo. Apskaičiuota šio junginio šilumos perdavimo koeficiento vertė padidėjo (U = 1,22 W/(m2⋅K)). Tos pačios sistemos profilių apskaičiuotų šilumos perdavimo koeficientų verčių palyginimas parodo, kad, sujungus rėmo profilį su staktos profiliu, šilumos perdavimo koeficiento vertė padidėja apie 8 %. Tai galima paaiškinti tuo, kad padidėja šilumos nuostoliai per staktos ir rėmo sujungimą, nes tarp šių profilių susiformavusi ertmė nesuskaidyta pertvaromis, todėl gaunamas tik vienas oro tarpas.


32

3.1.2 pav. Trijų kamerų staktos ir rėmo profilių junginys (U = 1,22 W/(m2⋅K))

Į prieš tai skaičiuotą staktos ir rėmo profilių junginį įdedamas stiklo

paketas, kurio šilumos perdavimo per stiklo centrą koeficientas Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (stiklo paketas iš dviejų 4 mm storio stiklų, vidinis stiklas su mažo šiluminių spindulių išspinduliavimo paviršiumi (ε = 0,04), tarpas tarp stiklų užpildytas dujomis, kurių mišinio santykis – 95 % argono ir 5 % oro). Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas apskaičiuotas pagal programą „Window 5“. Apskaičiuotas staktos, rėmo ir stiklo paketo junginio šilumos perdavimo koeficientas padidėjo iki UF = 1,75 W/(m2⋅K). Lyginant su prieš tai apskaičiuotu šilumos perdavimo koeficientu, kai įstiklinimas nebuvo įvertintas, gaunamas apie 40 % padidėjimas. Pagal „Therm“ programą šiuo atveju atskirai apskaičiuotas ir rėmo pakraščiu einančios 100 mm pločio stiklo paketo juostos vidutinis šilumos perdavimo koeficientas UE = 1,65 W/(m2⋅K). Ši vertė apie 36 % didesnė už per stiklo paketo vidurį apskaičiuoto šilumos perdavimo koeficiento vertę. Rėmo ir stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento padidėjimas gaunamas dėl stiklo paketo pakraščio šiluminio tiltelio įtakos, kurią sudaro dažniausiai iš aliuminio, t.y. labai laidžios šilumai medžiagos, pagamintas skiriamasis rėmelis ir paties stiklo pakraštys, kuriame susidaro šiluminis tiltelis „stiklas – hermetikas –stiklas“, nes stiklas taip pat yra gerai šilumą praleidžianti medžiaga. Pagal Europos standartus stiklo paketo pakraščio zonos plotis skaičiuojant


33

priimamas 100 mm per visą stiklo paketo perimetrą (pagal JAV standartus šios pakraščio zonos plotis priimamas 63 mm).

3.1.3 pav. pateikta plastikinių trijų kamerų profilių junginio su stiklo paketu schema.

3.1.3 pav. Plastikinių trijų kamerų profilių junginys su stiklo paketu, kurio Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (UF = 1,75 W/(m2⋅K), UE = 1,65 W/(m2⋅K))

„Therm“ programos skaičiavimų rezultatai perkeliami į „Window“ programą ir apskaičiuojamas konkrečių matmenų lango šilumos perdavimo koeficientas (2.11 pav.). Šiuo atveju lango, kurio plotis 1,23 m, aukštis 1,48 m, apskaičiuotas šilumos perdavimo koeficientas Uw = 1,46 W/(m2⋅K), kai skaičiavimams pasirinkto stiklo paketo centrinės dalies šilumos perdavimo koeficiento vertė Ug = 1,21 W/(m2⋅K), rėmo šilumos perdavimo koeficientas UF = 1,75 W/(m2⋅K) (profilių šilumos perdavimo koeficientas buvo U = 1,22 W/(m2⋅K)), stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientas UE = 1,65 W/(m2⋅K). Nustatyta, kad rėmo profilių ir stiklo paketo (per jo centrą) šilumos perdavimo koeficientai yra panašūs ir yra apie 1,21 W/(m2⋅K), o viso lango šilumos perdavimo koeficientas dėl šiluminių tiltelių įtakos padidėja iki 1,46 W/(m2⋅K), t.y. maždaug 20 %. Tai rodo, kad, norint tiksliai


34

apskaičiuoti šilumos nuostolius per langus, nepakanka turėti atskirus stiklo paketų ir lango profilių šilumos perdavimo koeficientus, nes jie pateikiami be šiluminių tiltelių įvertinimo.

3.1.4 pav. Lango fragmentas iš keturių kamerų profilių (62 mm storio), kai

papildomos pertvaros įrengtos prie vidinės profilio pusės (Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (UF = 1,71 W/(m2⋅K), UE = 1,65 W/(m2⋅K))

Tiriant papildomų pertvarų, padidinančių oro tarpų skaičių profiliuose, įtaką lango šilumos perdavimo koeficientui, buvo atlikti to paties profilio (3.1.3 pav.) skaičiavimai, papildomai nubraižius pertvaras atitinkamai prie profilio vidinės (3.1.4 pav.) bei išorinės (3.1.5 pav.) pusių ir gavus keturių kamerų profilį, ir prie abiejų pusių, gavus penkių kamerų profilį (3.1.6 pav.). Palyginus langų su trijų ir keturių kamerų profiliais skaičiavimų rezultatus nustatyta, kad plastikiniame profilyje, įvedus papildomą pertvarą ir taip padidinus kamerų skaičių nuo trijų iki keturių, rėmo šilumos perdavimo koeficientas sumažėja apie 0,04 W/(m2⋅K) (atitinkamai nuo UF = 1,75 W/(m2⋅K) iki UF = 1,71 W/(m2⋅K)). Šis šilumos perdavimo koeficientų skirtumas sudaro maždaug 2,5 % ir jo įtaka šilumos nuostoliams per pakraščio zoną nedidelė.

Lyginant 3.1.4 pav. ir 3.1.5 pav. pavaizduotų langų fragmentų skaičiavimų rezultatus nustatyta, kad papildomų pertvarų vieta, kai jos įrengiamos prie vidinės arba prie išorinės pusės, neturi reikšmingos įtakos šilumos perdavimo koeficientui. Tai paaiškinti galima tuo, kad


35

skaičiavimuose šilumos perdavimui per oro tarpus naudota supaprastinta metodika, neįvertinant temperatūrų skirtumo oro tarpo pakraščiuose.

3.1.5 pav. Lango fragmentas iš keturių kamerų profilių (62 mm storio), kai

papildomos pertvaros įrengtos prie išorinės profilio pusės (Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (UF = 1,71 W/(m2⋅K), UE = 1,65 W/(m2⋅K))

3.1.6 pav. Lango fragmentas iš penkių kamerų profilių (62 mm storio)

(Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (UF = 1,68 W/(m2⋅K), UE = 1,64 W/(m2⋅K))


36

Lyginant 3.1.3 pav. ir 3.1.6 pav. pavaizduotų langų fragmentų skaičiavimų rezultatus nustatyta, kad papildomų pertvarų įrengimas oro tarpų skaičių plastikiniuose profiliuose padidinant nuo 3 iki 5 taip pat neturi reikšmingos įtakos šilumos nuostoliams per pakraščio zoną. Plastikinio profilio šilumos perdavimo koeficientas sumažėjo apie 0,07 W/(m2⋅K) (atitinkamai nuo UF = 1,75 W/(m2⋅K) iki UF = 1,68 W/(m2⋅K)). Šis šilumos perdavimo koeficientų skirtumas sudaro apie 4,2 %.

Apskaičiavus 62 mm storio penkių kamerų profilio šilumos perdavimo koeficientą (3.1.7 pav.), neįvertinant stiklo paketo įtakos šilumos perdavimui, gautus skaičiavimo rezultatus galima palyginti su 3.1.2 pav. pateikto profilių junginio analogiškais skaičiavimų rezultatais. Apskaičiuotas penkių kamerų profilių junginio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,16 W/(m2⋅K). Lyginant šį rezultatą su trijų kamerų profiliui analogiškomis sąlygomis apskaičiuotu šilumos perdavimo koeficientu U = 1,22 W/(m2⋅K), matome, kad skirtumas tarp jų yra 0,06 W/(m2⋅K), arba beveik 4 %, o tai nedaug skiriasi nuo gauto lyginant trijų ir penkių kamerų profilius su stiklo paketo fragmentu.

3.1.7 pav. Penkių kamerų staktos ir rėmo profilių junginys (U = 1,16 W/(m2⋅K))


37

Toliau buvo atliekami skaičiavimai, kuriais buvo siekiama nustatyti plastikinių profilių oro tarpų užpildymo šilumos izoliacine medžiaga įtaką šilumos perdavimui. Skaičiavimui panaudotas 3.1.3 pav. pavaizduotas lango fragmentas, kurio profiliuose esantys oro tarpai užpildyti šilumos izoliacine medžiaga – poliuretaniniu putplasčiu. Šios medžiagos šilumos laidumo koeficientas λ = 0,05 W/(m⋅K). 3.1.8 pav. pateiktame lango fragmente šilumos izoliacine medžiaga užpildytos tik vidurinės profilių ertmės, o 3.1.9 pav. pateiktame fragmente šilumos izoliacine medžiaga užpildytos visos profilių ertmės (išskyrus stiklajuostę). Gautų rezultatų palyginimas parodė, kad šilumos perdavimo per rėmą koeficientas gali sumažėti apie 0,18 W/(m2⋅K) (nuo UF = 1,75 W/(m2⋅K) iki UF = 1,57 W/(m2⋅K)), t.y. maždaug 10 %, kai užpildomos vidurinės erdvės, o šilumos perdavimo per rėmą, kurio visos ertmės užpildytos termoizoliacine medžiaga, koeficientas sumažėja apie 0,21 W/(m2⋅K) (nuo UF = 1,75 W/(m2⋅K) iki UF = 1,54 W/(m2⋅K)), t.y. apie 12 %. Stiklo paketo pakraščio šilumos perdavimo koeficientui šios priemonės reikšmingos įtakos nedaro.

3.1.8 pav. Lango profiliai su šilumos izoliacija vidurinėse profilių kamerose


38

3.1.9 pav. Lango profiliai su šilumos izoliacija visose profilių kamerose Tolesniems tyrimams naudoti penkių kamerų 74 mm pločio

plastikiniai profiliai. Skaičiavimai atlikti pagal programas „Therm 2“ ir „Window 4“.

3.1.10 pav. pavaizduotas penkių kamerų profilis (staktos ir rėmo junginys), kurio apskaičiuotas šilumos perdavimo koeficientas U = 1,00 W/(m2⋅K). Skaičiavimui pasirinktos aplinkos sąlygos analogiškos kaip ir skaičiuojant 62 mm pločio profilį (3.1.2 ir 3.1.7 pav.), kai temperatūrų skirtumas yra tik profilio šonuose, išorės temperatūra 0 oC ir išorinio paviršiaus šiluminė varža Rse = 0,04 m2⋅K/W, vidinės pusės temperatūra +20 oC ir vidinio paviršiaus šiluminė varža Rsi = 0,13 m2⋅K/W.

3.1.7 pav. ir 3.1.10 pav. pateiktų profilių palyginimas rodo, kad šilumos perdavimo koeficientas priklauso nuo profilio pločio. Pagal 3.1.7 pav. pateikto profilio skaičiavimo rezultatus, 62 mm pločio 5 kamerų profilių šilumos perdavimo koeficientas U = 1,16 W/(m2⋅K), o 74 mm pločio U = 1,00 W/(m2⋅K), t.y. 0,16 W/(m2⋅K), arba maždaug 14 % mažesnis.


39

3.1.10 pav. Penkių kamerų 74 mm pločio nearmuotų staktos ir rėmo junginys (U = 1,00 W/(m2⋅K))

Apskaičiuotas to paties profilio su armatūra staktoje ir rėme šilumos

perdavimo koeficientas U = 1,17 W/(m2⋅K), t.y., 0,17 W/(m2⋅K), arba maždaug 17 % didesnis (3.1.11 pav.).

3.1.11 pav. Penkių kamerų 74 mm pločio staktos ir rėmo junginys (su armatūra) (U = 1,17 W/(m2⋅K))


40

Toliau tiriant, kokią įtaką šilumos perdavimui turi šių profilių įstiklinimas, atlikti skaičiavimai su 100 mm stiklo paketo fragmentu (du 4 mm stiklai; vienas stiklas su mažo šiluminių spindulių išspinduliavimo danga; 16 mm tarpas tarp stiklų užpildytas argonu; šilumos perdavimo per stiklo paketo vidurį koeficientas Ug = 1,18 W/(m2⋅K)). Nustatyta, kad šilumos perdavimo per profilius koeficientas padidėja iki UF = 1,19 W/(m2⋅K), kai armatūra nenaudota, ir iki UF = 1,43 W/(m2⋅K), kai panaudota armatūra. Stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientai atitinkamai gauti UE = 1,26 W/(m2⋅K) ir UE = 1,27 W/(m2⋅K), t.y. apie 0,1 W/(m2⋅K) daugiau negu per stiklo paketo vidurį (3.1.12 ir 3.1.13 pav.).

3.1.12 pav. Lango fragmentas iš penkių kamerų profilių (74 mm storio) be armatūros (Ug = 1,18 W/(m2⋅K) (UF = 1,19 W/(m2⋅K), UE = 1,26 W/(m2⋅K))


41

3.1.13 pav. Lango fragmentas iš penkių kamerų profilių (74 mm storio) su armatūra (Ug = 1,18 W/(m2⋅K) (UF = 1,43 W/(m2⋅K), UE = 1,27 W/(m2⋅K))

3.1.12 ir 3.1.13 pav. pateiktų langų fragmentų skaičiavimų rezultatų

palyginimas su 3.1.10 ir 3.1.11 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimų rezultatais ir skaičiavimams pasirinktu stiklo paketo šilumos perdavimo per stiklo centrą koeficientu parodė, kokią įtaką šilumos nuostolių padidėjimui per profilius ir per stiklo paketo pakraštį turi šiluminis tiltelis „stiklas–hermetikas–stiklas“, kadangi 3.1.12 ir 3.1.13 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimo rezultatuose stiklo paketas yra be skiriamojo rėmelio, o tik su hermetiku tarp stiklų stiklo paketo pakraštyje. Toliau pateikti analogiški skaičiavimo rezultatai, kai stiklo paketas yra su aliuminio skiriamuoju rėmeliu. Čia įvertinamas šiluminis tiltelis per stiklo paketo skiriamąjį rėmelį.


42

3.1.14 pav. Lango fragmentas iš penkių kamerų profilių (74 mm storio) be armatūros (Ug = 1,18 W/(m2⋅K) (UF = 1,49 W/(m2⋅K), UE = 1,84 W/(m2⋅K))

Lygindami 3.1.10 ir 3.1.14 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimų

rezultatus matome, kad, įvertinus stiklo paketo poveikį, rėmo šilumos perdavimo koeficientas padidėjo nuo UF = 1,00 W/(m2⋅K) iki UF = 1,49 W/(m2⋅K) t.y. apie 49 %, o stiklo paketo – nuo šilumos perdavimo koeficiento per stiklo paketo vidurį Ug = 1,18 W/(m2⋅K) iki šilumos perdavimo koeficiento stiklo paketo pakraščio zonoje UE = 1,84 W/(m2⋅K), t.y. apie 56 %.


43

3.1.15 pav. Lango fragmentas iš penkių kamerų profilių (74 mm storio) su armatūra (Ug = 1,18 W/(m2⋅K) (UF = 1,72 W/(m2⋅K), UE = 1,82 W/(m2⋅K))

Lygindami 3.1.13 ir 3.1.15 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimų

rezultatus matome, kad įvertinus stiklo paketo skiriamojo rėmelio poveikį, šilumos perdavimo per rėmą koeficientas padidėjo nuo UF = 1,43 W/(m2⋅K) iki UF = 1,72 W/(m2⋅K), t.y. apie 20 %, o pakraščio zonoje – nuo UE = 1,27 W/(m2⋅K) iki UE = 1,82 W/(m2⋅K), t.y. apie 43 %.

3.1.12 ir 3.1.13 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimo rezultatų palyginimas su 3.1.14 ir 3.1.15 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimų rezultatais parodė, kad skaičiuojant stiklo paketas turi būti su visomis detalėmis, nes jos (ypač skiriamasis rėmelis) turi reikšmingą įtaką šilumos nuostoliams. Šie skaičiavimų rezultatai taip pat parodo, kokios yra galimybės mažinti šilumos nuostolius per langą, mažinant stiklo paketo pakraščio šiluminį tiltelį, pavyzdžiui, naudojant mažiau šilumai laidžias medžiagas (vietoj aliuminio naudojant plastiką, numatant šilumai mažai laidžius intarpus).


44

Taip pat buvo atlikti skaičiavimai siekiant įvertinti stiklo paketo įleidimo į profilio konstrukciją gylio įtaką šilumos nuostoliams. Nustatyta, kad stiklo paketą į profilį įleidus giliau 4 mm, rėmo šilumos perdavimo koeficientas sumažėja nuo UF = 1,49 W/(m2⋅K) iki UF = 1,46 W/(m2⋅K), t.y. apie 2 %, o pakraščio zonos – nuo UE = 1,84 W/(m2⋅K) iki UE = 1,74 W/(m2⋅K), t.y. apie 5 %. Nors tai nėra didelis skirtumas, tačiau projektuojant ir montuojant langus į tai verta atsižvelgti.

3.1.16 pav. pavaizduotas trijų kamerų 74 mm storio plastikinis profilis gautas iš penkių kamerų profilio tarp šoninių kamerų panaikinus pertvaras. Gautus rėmo ir pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientus UF = 1,78 W/(m2⋅K) ir UE = 1,82 W/(m2⋅K) palyginus su 3.1.15 pav. pavaizduoto lango skaičiavimo rezultatais, kai šie profiliai buvo 5 kamerų, matome, kad šiuo atveju rėmo šilumos perdavimo koeficientas padidėja nuo UF = 1,72 W/(m2⋅K) iki UF = 1,78 W/(m2⋅K), t.y. maždaug 3,5 %.

3.1.16 pav. Lango fragmentas iš trijų kamerų profilių (74 mm storio) su

armatūra (Ug = 1,18 W/(m2⋅K) (UF = 1,78 W/(m2⋅K), UE = 1,82 W/(m2⋅K))


45

3.1.1.2. Mediniai langai Medinių langų profilių šilumos perdavimo koeficientas daugiausiai

priklauso nuo profilio storio, formos ir nuo medienos šilumos laidumo, kuris savo ruožtu priklauso nuo medienos rūšies, drėgnumo ir apdirbimo. Dėl šių priežasčių gali būti skirtingi skaičiavimo ir matavimo rezultatai. Statybos techninio reglamento STR 2.01.03:1999 „Statybinių medžiagų ir gaminių šiluminių techninių dydžių deklaruojamosios ir projektinės vertės“ 10 lentelėje pušies ir eglės skaičiuojamasis šilumos laidumo koeficientas λ = 0,18 W/(m⋅K). „Therm“ programoje pateiktas medienos skaičiuojamasis šilumos laidumo koeficientas λ = 0,14 W/(m⋅K). Gerai išdžiovintos medienos šilumos laidumo koeficientas gali sumažėti iki λ = 0,11 W/(m⋅K). Buvo atlikti langų rėmų (3.1.17 pav.) su skirtingu medienos šilumos laidumo koeficientu šilumos perdavimo koeficiento skaičiavimai. Medienos šilumos laidumo koeficientas atitinkamai buvo λ = 0,14 W/(m⋅K) ir λ = 0,11 W/(m⋅K).

3.1.17 pav. Staktos ir rėmo profilių junginys

Palyginus 3.1.17 pav. pavaizduoto staktos ir rėmo profilių junginio

skaičiavimų rezultatus nustatyta, kad kai medienos šilumos laidumo koeficientas λ = 0,14 W/(m⋅K), profilių šilumos perdavimo koeficientas U = 1,38 W/(m2⋅K), o kai medienos šilumos laidumo koeficientas λ = 0,11 W/(m⋅K), profilių junginio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,15 W/(m2⋅K). Apskaičiuotų konstrukcijų šilumos perdavimo koeficientas skiriasi apie 20 %. Šių rezultatų palyginimas su 3.1.2 pav. pateiktų skaičiavimų rezultatais, kai apskaičiuotas trijų kamerų plastikinių


46

profilių junginio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,22 W/(m2⋅K), rodo, kad medinių ir plastikinių profilių šilumos perdavimo koeficientų vertės panašios.

3.1.18 pav. pavaizduotas medinių profilių su įstiklinimu fragmentas. Lango fragmentas įstiklintas stiklo paketu, kurio šilumos perdavimo per stiklo centrą koeficientas Ug = 1,21 W/(m2⋅K) (stiklo paketas iš dviejų 4 mm storio stiklų, vidinis stiklas su mažo šiluminių spindulių išspinduliavimo danga (ε = 0,04), tarpas tarp stiklų užpildytas dujomis, kurių mišinio santykis - 95 % argono ir 5 % oro). Kai medienos šilumos laidumo koeficientas λ = 0,14 W/(m⋅K), apskaičiuotas medinio rėmo su įstiklinimu šilumos perdavimo koeficientas UF = 1,89 W/(m2⋅K), o stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientas UE = 1,65 W/(m2⋅K). Kai skaičiavimui pasirinktas medienos šilumos laidumo koeficientas λ = 0,11 W/(m⋅K), UF = 1,66 W/(m2⋅K), o stiklo paketo pakraščio zonos UE = 1,65 W/(m2⋅K).

3.1.17 ir 3.1.18 pav. pavaizduotų profilių skaičiavimų rezultatų palyginimas parodo įstiklinimo įtaką rėmo šilumos perdavimo koeficientui ir šilumos pralaidumo padidėjimą dėl šiluminių tiltelių įtakos stiklo paketo pakraštyje.

Toliau pateiktų skaičiavimų rezultatai parodo viso lango šilumos perdavimo koeficiento priklausomybę nuo medinių rėmo profilių storio d.

Medinio rėmo lango fragmentas pavaizduotas 3.1.18 pav. Skaičiuojant buvo pasirinkti trijų storių langų rėmai:

d1 = 58 mm; d2 = 68 mm; d3 = 78 mm. Gauti tokie rezultatai: kai d1 = 58 mm, U = 1,808 W/(m2 K); kai d2 = 68 mm, U = 1,757 W/(m2 K); kai d3 = 78 mm, U = 1,626 W/(m2 K). Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo

medinio profilio storio pateikta 3.1.19 pav. Skaičiavimo rezultatai parodė, kad medinio rėmo storis turi

reikšmingą įtaką lango šilumos perdavimo koeficientui. Ši įtaka bus dar didesnė, įvertinus lango montavimo perimetru susidarančio šiluminio tiltelio poveikį. Todėl šilumos taupymo požiūriu visada tikslinga didinti medinių langų rėmo storį. 58 mm storio medinis lango rėmas nenaudojamas, kadangi į tokį rėmą sudėtinga sumontuoti stiklo paketą arba jis turi būti plonas. Tokio lango šilumos perdavimo koeficientas bus


47

labai didelis. Dažniausiai naudojami 68 mm ir 78 mm storio medinių langų rėmai.

3.1.18 pav. Medinio lango profilių su įstiklinimu fragmentas

1,6

1,7

1,8

1,9

58 68 78

Storis d, mm

U, W

/m2 K

3.1.19 pav. Medinio lango šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė

nuo rėmo storio d, mm

d


48

3.1.1.3. Aliumininiai langai Aliumininių langų privalumai susiję su jų mechaninėmis savybėmis:

tvirtumu, stabilumu, patvarumu, ilgaamžiškumu, atsparumu korozijai. Vertinant aliumininių langų šilumines savybes, didesnis šilumos pralaidumas dažniausiai nurodomas kaip trūkumas. Aliuminis yra viena laidžiausių šilumai medžiagų. Šilumos pralaidumui sumažinti langų aliuminio profiliuose naudojami plastikiniai intarpai, kurie atskiria vidinę ir išorinę aliuminio profilių dalis (3.1.20 pav.) [7].

3.1.20 pav. Šiluminių intarpų aliumininio profiliuose panaudojimo schema su nurodytu skaičiuojamuoju intarpo pločiu [7]

Aliumininių langų (rėmai iš aliumininio profilių) šilumos

perdavimo koeficientas daugiausia priklauso nuo šiluminių intarpų pločio. Langų šiluminių savybių skaičiavimo standarte [7] pateiktas langų rėmų iš aliumininio profilių šilumos perdavimo koeficientui apytiksliai įvertinti grafikas, pagal kurį, žinant aliumininio intarpų plotį, galima nustatyti rėmo šilumos perdavimo koeficientą. Metalinių rėmų su šiluminiais intarpais šilumos perdavimo koeficientas Uf nustatomas pagal 3.1.21 paveiksle parodytą ištisinę liniją.

dd

b1 b2 b3

bf

b4

Šiluminio intarpo medžiagos šilumos laidumo koeficientas 0,2 < λ ≤ 0,3 W/(m⋅K) d – mažiausias atstumas tarp šiluminio intarpo priešingų aliumininių dalių; bj – šiluminio intarpo j plotis; bf – rėmo plotis.

fj

j b2,0b ≤∑


49

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

2,0

3,0

4,0

.Uf, (W/m K)2

Mažiausias atstumas tarp priešingų metalinių detalių mmd , 3.1.21 pav. Metalinių rėmų su šiluminiais intarpais Uf vertės. Užtamsintas

plotas parodo verčių, nustatytų pagal daugelyje Europos šalių atliktų rėmų matavimus, sklaidą [7]

Aliumininiai langai (rėmų pjūviai pateikti 3.1.22 paveiksle, o rėmų

šilumos perdavimo koeficientų vertės – 3.1.1 lentelėje) buvo apskaičiuoti pagal kompiuterinę programą „Schueco UWCal“, gauti šilumos perdavimo koeficientai pateikti 3.1.2 lentelėje [15].

RC RH

3.1.22 pav. Aliumininių langų rėmų pjūviai


50

3.1.1 lentelė. Aliumininių langų rėmų šilumos perdavimo koeficientų vertės Rėmo apibūdinimas Rėmo plotis,

mm Šilumos perdavimo

koeficientas U, W/(m2 K) Aliumininis RC 69,0 2,25 Aliumininis RH 69,0 1,76

Lyginat aliumininius langus su mediniais ir plastikiniais, matyti, kad aliumininių langų šilumos perdavimo koeficientas didesnis, t.y. aliumininių langų šiluminės savybės blogesnės, todėl jie mažai naudojami gyvenamųjų namų statyboje.

3.1.2 lentelė. Aliumininių langų šilumos perdavimo koeficientų vertės

Eil. Nr. Lango apibūdinimas

Šilumos perdavimo

koeficientas U, W/(m2 K)

Rėmas RC 1 RC rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų

16 mm 2,79

2 RC rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,97

3 RC rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, tarpas užpildytas argonu 2,72

4 RC rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga, tarpas užpildytas argonu

1,77

5 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm 2,24

6 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,82

7 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, du stiklai padengti mažo išspinduliavimo dangomis

1,60

8 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, tarpai užpildyti argonu 2,09

9 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, tarpai užpildyti argonu, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,65


51

3.1.2 lentelės tesinys. Aliumininių langų šilumos perdavimo koeficientų vertės

Eil. Nr. Lango apibūdinimas

Šilumos perdavimo

koeficientas U, W/(m2 K)

Rėmas RC 10 RC rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų

2×12 mm, tarpai užpildyti argonu, du stiklai padengti mažo išspinduliavimo dangomis

1,41

Rėmas RH 11 RH rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų

16 mm 2,53

12 RH rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,71

13 RH rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, tarpas užpildytas argonu 2,46

14 RH rėmas, vienkamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 16 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga, tarpas užpildytas argonu

1,51

15 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2x12 mm 1,98

16 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,56

17 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, du stiklai padengti mažo išspinduliavimo dangomis

1,34

18 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, tarpai užpildyti argonu 1,83

19 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, tarpai užpildyti argonu, vienas stiklas padengtas mažo išspinduliavimo danga

1,39

20 RH rėmas, dvikamerinis stiklo paketas, tarpas tarp stiklų 2×12 mm, tarpai užpildyti argonu, du stiklai padengti mažo išspinduliavimo dangomis

1,15

3.1.2. Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo įstiklinimo

52

3.1.2. LANGŲ ŠILUMOS PERDAVIMO KOEFICIENTO PRIKLAUSOMYBĖ NUO ĮSTIKLINIMO

3.1.2.1. Stiklo paketo sandara Dažniausiai naudojamų langų 70 – 80 % ploto sudaro įstiklinimas,

todėl nuo įstiklinimo savybių priklauso viso lango šilumos pralaidumas. Langų įstiklinimui daugiausiai naudojami iš dviejų ir daugiau stiklo lakštų sudaryti stiklo paketai. Stiklo lakštai perimetru atskirti skiriamuoju rėmeliu, kuris su stiklo lakštais suklijuotas sandarikliais (hermetikais), tarpas tarp stiklų užpildytas oru arba inertinėmis dujomis. Drėgmės kiekiui tarpe tarp stiklų sumažinti naudojamos drėgmę sugeriančios medžiagos – absorbentai. Stiklo paketai dažniausiai būna vienkameriniai (sudaryti iš dviejų stiklo lakštų su vienu tarpstikliu) ir dvikameriniai (sudaryti iš trijų stiklo lakštų su dviem tarpstikliais). Vietoj vieno stiklo lakšto stiklo paketuose taip pat gali būti naudojami du stiklai su plėvele tarp jų stiklo paketo garso izoliacijai, saugumui ir stiprumui pagerinti. Sandarikliai apsaugo, kad drėgmė nepatektų į stiklo paketo vidų ir iš stiklo paketo neišeitų dujos. Skiriamieji rėmeliai gaminami iš aliuminio, plieno arba plastiko. Drėgmės absorbento funkcija – užtikrinti, kad stiklo paketo viduje nebūtų drėgmės (tam gali būti naudojama silikagelis ar kitos panašios medžiagos).

Stiklo paketo konstrukcinė schema pateikta 3.1.23 paveiksle.

3.1.23 pav. Stiklo paketo konstrukcija: 1 – vidinis sandariklis ( mastika );

2 – skiriamasis rėmelis tarpui tarp stiklų sudaryti; 3 – drėgmės absorbentas; 4 – hermetinė mastika; 5 – stiklas


53

Atlikti stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento U vertės priklausomybės nuo stiklo paketo konstrukcinio sprendimo tyrimai, naudojant „Window 5“ programą. Toliau pateikti tyrimų rezultatai.

3.2.1.2. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo atstumo tarp stiklų Stiklo paketų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybės nuo

atstumo tarp stiklų tyrimams pasirinktas iš dviejų 4,1 mm storio stiklų sudarytas stiklo paketas, kurio tarpstiklis užpildytas oru. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug priklausomybė nuo atstumo tarp stiklų d, pateikta 3.1.24 paveiksle.

3,27

3,00

2,84

2,73 2,72

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,1

3,2

3,3

6 9 12 16 20

Atstumas tarp stiklų d, mm.

U W

/(m2 K

)

3.1.24 pav. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug priklausomybė

nuo atstumo tarp stiklų

Iš grafiko matyti, kad labiausiai šilumos perdavimo koeficientas mažėja, didinant tarpstiklio storį nuo 6 mm iki 16 mm. Tolesnis tarpstiklio storio didinimas neefektyvus.


54

3.1.2.3. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo tarpo tarp stiklų užpildymo dujomis

Tiriant, kokią įtaką stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientui

turi tarpo tarp stiklų užpildymas dujomis, buvo panaudotas dviejų 4,1 mm storio stiklų be mažo išspinduliavimo dangų vienkamerinis stiklo paketas su 16 mm storio tarpstikliu. Atlikti tokio stiklo paketo, užpildyto oru, argonu, kriptonu ir ksenonu, šilumos perdavimo koeficiento skaičiavimai. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo tarpstiklio užpildo rūšies pavaizduota 3.1.25 paveiksle.

2,73

2,60

2,56

2,53

2,5

2,53

2,56

2,59

2,62

2,65

2,68

2,71

2,74

2,77

Oras Argonas Kriptonas Ksenonas

U,

W/(m

2 K)

3.1.25 pav. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo

užpildo rūšies

Tyrimo rezultatai parodė, kad stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas mažiausias, kai tarpstiklis užpildomas ksenono dujomis. Tačiau Lietuvoje šios dujos nenaudojamos, nes brangios. Dėl šios priežasties taip pat retai naudojamas kriptonas. Dažniausiai tarpstikliams užpildyti naudojamas argonas. Užpildžius tiriamo stiklo paketo tarpstiklį šiomis dujomis, stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento vertė sumažėja 0,13 W/(m2·K) lyginant su tokiu pačiu oru užpildytu stiklo paketu.


55

3.1.2.4. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo stiklų padengimo mažos spinduliavimo gebos dangomis Apie 50 – 60 % šilumos per stiklo paketą perduodama

spinduliavimu. Mažos spinduliavimo gebos dangos mažai išspinduliuoja šiluminės energijos ir mažai jos sugeria. Pavyzdžiui, jei dangos spinduliavimo geba lygi 0,04, tai reiškia, kad ji išspinduliuoja tik 4 % spinduliavimu galimos perduoti šiluminės energijos. Todėl šiluminės energijos perdavimas spinduliavimu vyksta labai lėtai, t.y. vietoj 50–60 % energijos, prarandamos per įprastinį įstiklinimą dėl spinduliavimo, naudojant mažos spinduliavimo gebos dangomis padengtus stiklus, prarandama tik apie 4 % šiluminės energijos. 3.1.26 pav. pavaizduota šilumos perdavimo per vienkamerinį stiklo paketą schema, kai šiluma perduodama visais trimis būdais: laidumu, konvekcija ir spinduliavimu. Kai stiklo paviršius padengtas mažo šilumos išspinduliavimo danga, nuo vidaus oro sušilęs stiklas neišspinduliuoja šilumos kitam stiklui, todėl oro tarpe daugiausiai šilumos perduodama laidumu ir konvekcija.

Konvekcija

Spinduliavimas

Laidumas

+-

Mažo išspinduliavimo danga

Spinduliavimu praleista šilumaNeišspinduliuota į išorę šiluma

3.1.26 pav. Šilumos mainų per vienkamerinį stiklo paketą schema, kai

vidinis stiklas padengtas mažos spinduliavimo gebos danga

Stiklo paketą sudaro keli stiklai, todėl šiomis dangomis gali būti dengiami vienas, du ar visi trys stiklo paketo stiklų paviršiai. Toliau pateikiami stiklų padengimo mažo spinduliavimo gebos dangomis įtakos įstiklinimo šilumos perdavimo koeficiento vertei tyrimo rezultatai.


56

Tiriamojo vienkamerinio stiklo paketo 16 mm storio tarpstiklis užpildytas oru. 3.1.27 pav. pateikiami tokio stiklo paketo be dangų, su vienu ir dviem padengtais stiklais šilumos perdavimo koeficientai.

2,73

1,48 1,42

1

1,3

1,6

1,9

2,2

2,5

2,8

3,1

Be padengimo Padengtas vienasstiklas

Padengti abu stiklai

U, W

/(m2 K

)

3.1.27 pav. Vienkamerinio stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento

kitimas priklausomai nuo stiklų padengimo mažo išspinduliavimo danga

Tyrimo rezultatai rodo, kad vienkamerinių stiklo paketų gamybai

netikslinga naudoti daugiau kaip vieną stiklą su mažos spinduliavimo gebos danga. Efektyvi danga ant pirmojo stiklo sulaiko didelę dalį energijos, spinduliavimu praleidžia tik apie 4 % spindulinės šiluminės energijos. Todėl ant antrojo stiklo priešais pirmąją dangą esančiai antrajai dangai tenka labai maža šiluminio spinduliavimo energijos dalis, kurią ji gali atspindėti (nesugerti). 3.1.28 pav. pavaizduota šilumos mainų schema parodo, kad antroji mažo išspinduliavimo danga nuo išorinio stiklo gali atspindėti tik tą spinduliuotės dalį, kurią išspinduliavo vidinis stiklas, o ji šiuo atveju yra labai maža. Jeigu vidinis stiklas būtų be mažo išspinduliavimo dangos, tai išorinio stiklo mažo išspinduliavimo dangos efektyvumas būtų artimas tam atvejui, jei ši danga būtų ant vidinio stiklo (kaip parodyta 3.1.26 pav.).


57

Konvekcija

Spinduliavimas

Laidumas

+-

Mažo išspinduliavimo dangos

Spinduliavimu praleista šiluma

Neišspinduliuota į išorę šilumaAtspindėta nuo išorinio

stiklo šiluma

3.1.28 pav. Šilumos mainų per vienkamerinį stiklo paketą schema, kai abu

stiklai padengti mažo spinduliavimo gebos viena prieš kitą nukreiptomis dangomis

Dvikamerinio stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento

priklausomybė nuo stiklų padengimo mažos spinduliavimo gebos dangomis pavaizduota 3.1.29 paveiksle.

1,81

1,27

0,96 0,93

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

Be padengimo Padengtasvienas stiklas

Padengti dustiklai

Padengti trysstiklai

U, W

/(m2 K

)

3.1.29 pav. Dvikamerinio stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento

priklausomybė nuo stiklų padengimo mažo išspinduliavimo dangomis


Šio skaičiavimo rezultatai parodė, kad dvikameriniuose stiklo paketuose neefektyvu naudoti visus tris mažo spinduliavimo dangomis padengtus stiklus. Jei dangos yra viena prieš kitą, antroji iš jų gauna labai mažai spinduliavimo būdu perduodamos šiluminės energijos ir jai nėra ką atspindėti (kaip parodyta 3.1.28 pav.). Todėl stiklo paketuose šias dangas reikia dėti taip, kad jos nebūtų nukreiptos viena prieš kitą. Į išorės orą arba į vidaus orą nukreiptos dangos bus neefektyvios, nes greit nusidėvės dėl atmosferos poveikio, taršos, valymo. Dvikameriniame stiklo pakete dažniausiai naudojamos dvi mažo išspinduliavimo dangos ant išorinio ir vidinio stiklų nukreipiant jas į stiklo paketo vidų.

3.1.3. Rėmo ir įstiklinimo plotų santykio įtaka lango šilumos perdavimo koeficiento vertei

59


Šiuo metu galiojančiuose norminiuose dokumentuose rėmo ir

įstiklinimo plotų santykio įtaka viso lango šilumos perdavimo įvertinimui neapibrėžta [4]. Skaičiuojant šilumos nuostolius, naudojama 1230×1480 mm dydžio langui nustatyta šilumos perdavimo koeficiento vertė Uw. Tokių matmenų lango rėmas apytiksliai užima apie 30 % viso ploto.

Tačiau realiuose pastatuose langų ar įstiklinimo sistemų plotas kinta nuo 0,25 m2 iki keleto kvadratinių metrų, langų rėmų užimamas plotas sudaro nuo 10 iki 50 %. Keičiant lango matmenis, rėmo ir įstiklinimo šilumos perdavimo koeficientų vertės išliks tos pačios, tačiau keisis jų tarpusavio santykis. Taigi tampa aišku, kad „mažų“ ir „didelių“ langų Uw vertės bus skirtingos, todėl bus skirtingi šilumos nuostoliai.

Šiame skyriuje pateikti viso lango šilumos perdavimo koeficiento vertės skaičiavimo rezultatai, keičiant lango plotą, įstiklinimo būdus ir rėmo medžiagas. Skaičiavimai atlikti pagal skaitmeninio modeliavimo programą „Window – 4“. Apskaičiuotos įstiklinimo ir rėmo šilumos perdavimo koeficiento U vertės pateiktos 3.1.3 – 3.1.6 lentelėse ir 3.1.30 – 3.1.33 grafikuose [16].

Lango rėmo ploto dalis Ff apskaičiuota pagal formulę:

%;,100⋅=w

ff A

AF (3.1.1)

čia: Af – lango rėmo plotas, m2; Aw – visas lango plotas, m2.

3.1.3 lentelė. Medinio lango Uw vertės priklausomybė nuo lango ploto

Lango Aw (rėmo Af)

plotas, m2

Vienas stiklas

Vienkamerinis stiklo paketas

Dvikamerinis stiklo paketas


su mažo išspindulia-vimo danga


užpildytas argonu su mažo

išspinduliavimo danga

0,25 (0,12) 4,13 2,72 2,33 2,28 2,17 0,50 (0,19) 4,48 2,76 2,27 2,20 2,06 1,00 (0,26) 4,91 2,78 2,15 2,06 1,86 1,50 (0,33) 5,06 2,78 2,11 2,01 1,80 2,25 (0,40) 5,21 2,79 2,06 1,95 1,73 3,00 (0,47) 5,28 2,79 2,04 1,93 1,69 4,00 (0,54) 5,36 2,79 2,01 1,90 1,65


60

3.1.30 pav. Medinio lango U vertės priklausomybė nuo rėmo ploto 3.1.4 lentelė. Plastikinio lango U – vertės priklausomybė nuo lango ploto

Lango Aw (rėmo Af)

plotas, m2

Vienas stiklas


Dvikamerinis

stiklo paketas

Dvikamerinis

stiklo paketas su

mažo išspindulia-vimo danga

Dvikamerinis stiklo

paketas užpildytas argonu su


0,25 (0,12) 3,85 2,44 2,06 2,01 1,90 0,50 (0,19) 4,27 2,54 2,05 1,98 1,84 1,00 (0,26) 4,77 2,63 2,00 1,91 1,72 1,50 (0,33) 4,93 2,66 1,98 1,88 1,67 2,25 (0,40) 5,11 2,69 1,96 1,85 1,62 3,00 (0,47) 5,19 2,70 1,95 1,84 1,60 4,00 (0,54) 5,28 2,71 1,94 1,82 1,57

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

10 20 3 0 4 0 5 0F f, %

Lan

go U

,

W/(m

2 K)

V ien as s tik lasV ien k am erin is s tik lo p ak etasD v ik am erin is s tik lo p ak e tasD v ik am erin is s tik lo p ak e tas su m ažo išsp in d u liav im o d an g aD v ik am erin is s tik lo p ak e tas u žp ild y tas a rg o n u ir su m ažo išsp in d u liav im o d an g a


61

3.1.31 pav. Plastikinio lango U vertės priklausomybė nuo rėmo ploto 3.1.5 lentelė. Aliumininio lango be šilumą izoliuojančių intarpų U vertės

priklausomybė nuo lango ploto

Lango Aw (rėmo Af)

plotas, m2

Vienas stiklas




su mažo išspindulia-vimo danga


užpildytas argonu su


0,25 (0,100) 7,85 6,22 5,78 5,71 5,59 0,50 (0,158) 7,41 5,50 4,95 4,88 4,72 1,00 (0,218) 6,91 4,64 3,97 3,87 3,67 1,50 (0,272) 6,74 4,35 3,65 3,54 3,32 2,25 (0,328) 657 4,05 3,30 3,19 2,95 3,00 (0,386) 6,48 3,90 3,13 3,01 2,77 4,00 (0,444) 6,39 3,75 2,95 2,83 2,58

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

1 0 20 30 40 50

F f , %

Lang

o U

,

W/(m

2 K)

V ien as stik la s

V ien kam erin is s tik lo paketas

D v ilam erin is s tik lo pak etas

D v ik am erin is s tik lo paketas su m ažo išsp indu liav im o dan ga

D v ik am erin is s tik lo paketas užp ildytas arg onu ir su m ažo išsp ind u liav im o danga


62

3.1.32 pav. Aliumininio lango be šilumą izoliuojančių intarpų U vertės priklausomybė nuo rėmo ploto

3.1.6 lentelė. Aliumininio lango su šilumą izoliuojančiais intarpais U vertės

priklausomybė nuo lango ploto

Lango Aw (rėmo Af)

plotas, m2

Vienas stiklas


Dvikamerinis

stiklo paketas

Dvikamerinis stiklo

paketas su mažo

išspindulia-vimo danga

Dvikamerinis stiklo

paketas užpildytas argonu su


0,25 (0,100) 5,78 4,15 3,71 3,64 3,5 0,50 (0,158) 5,79 3,88 3,33 3,26 3,10 1,00 (0,218) 5,81 3,54 2,87 2,77 2,57 1,50 (0,272) 5,81 3,42 2,72 2,61 2,62 2,25 (0,328) 5,82 3,30 2,55 2,44 2,20 3,00 (0,386) 5,82 3,24 2,47 2,35 2,11 4,00 (0,444) 5,82 3,18 2,38 2,26 2,01

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

8 ,0

9 ,0

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0F f , %

Lang

o U

,

W/(m

2 K)

V ien as s tik la sV ien k a m erin is s tik lo p ak e ta sD v ik am e rin is s tik lo p a k e ta sD v ik am e rin is s tik lo p a k e ta s su m a žo išsp in d u liav im o d a n g aD v ik am e rin is s tik lo p a k e ta s u žp ild yta s a rg o n u ir su m a žo išsp in d u liav im o d a n g a


63

3.1.33 pav. Aliumininio lango su šilumą izoliuojančiais intarpais U vertės

priklausomybė nuo rėmo ploto

Atliktų tyrimų rezultatai rodo, kad medinių ir plastikinių rėmų užimamo langų ploto dalis reikšmingos įtakos viso lango šilumos perdavimo koeficientui neturi. Tačiau didėjant aliumininio lango rėmo plotui, viso lango šilumos perdavimo koeficientas didėja. Visų rūšių langų rėmo ploto įtaka lango šilumos perdavimo koeficientui didėja, esant didesniam rėmo šilumos perdavimo koeficientui.

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

10 20 30 4 0 50

F f , %

Lang

o U

,

W/(m

2 K)

V ienas stik lasV ienkam erin is stik lo paketasD v ikam erin is stik lo p aketasD v ikam erin is stik lo p aketas su m ažo išsp in duliavim o d ang aD v ikam erin is stik lo p aketas užpildytas a rg onu ir su m ažo išsp ind uliavim o danga

3.2. Langų šilumos perdavimo koeficiento priklausomybė nuo aplinkos sąlygų

64

3.2. LANGŲ ŠILUMOS PERDAVIMO KOEFICIENTO PRIKLAUSOMYBĖ NUO APLINKOS SĄLYGŲ Gaminio savybė nustatoma bandymais esant tam tikroms fiksuotoms

laboratorinėms sąlygoms. Praktiškai šios sąlygos gali būti kitokios ir turėti įtakos realioms gaminio (lango) šilumos izoliacinėms savybėms. Pavyzdžiui, lango šilumos izoliacinėms savybėms didelę įtaką turi vidaus ir išorės temperatūrų skirtumas bei temperatūrų vertės. Taip yra todėl, kad didelė dalis šilumos per langą praleidžiama spinduliavimu ir konvekcija, o šios fizikinės savybės priklauso nuo temperatūrų. Todėl, pavyzdžiui, esant temperatūrų skirtumui ∆θ = 40 K ( kai išorėje –22 oC, o viduje +18 oC), lango šilumos izoliacinės savybės skirsis nuo išbandytų laboratorinėmis sąlygomis (kai temperatūrų skirtumas ∆θ = 20 K (nuo +20 oC iki 0 oC). Ši langų savybė ypač aktuali skaičiuojant šildymo sistemos projektinę galią, parenkant šildymo sistemos automatinio reguliavimo parametrus bei vertinant patalpų vidaus komforto sąlygas.

3.2.1 – 3.2.6 lentelėse ir 3.2.1 – 3.2.6 pav. pateikti pavyzdžiai, kaip kinta stiklo paketų šilumos perdavimo koeficientai priklausomai nuo išorės oro temperatūros (duomenys gauti atlikus langų šiluminių savybių skaičiavimus pagal programas „Window“ ir „Therm“) [17; 18].

3.2.1 lentelė. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug, W/(m2⋅K)

priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi =20oC, stiklo paketas užpildytas oru, išspinduliavimo geba ε = 0,2

Išorės oro temperatūra θ, oC Stiklo paketas 0 -5 -10 -15 -20 -22 -25

Dvistiklis 4-6-4, ε = 0,2 2,64 2,63 2,62 2,61 2,60 2,59 2,58 Dvistiklis 4-9-4, ε = 0,2 1,93 1,92 1,92 1,91 1,90 1,89 1,89 Dvistiklis 4-12-4, ε = 0,2 1,62 1,63 1,64 1,66 1,69 1,70 1,72 Dvistiklis 4-15-4, ε = 0,2 1,48 1,54 1,60 1,65 1,70 1,71 1,74 Dvistiklis 4-19-4, ε = 0,2 1,49 1,57 1,63 1,69 1,74 1,76 1,79


65

1

1,5

2

2,5

3

-25 -20 -15 -10 -5 0

Išorės oro temperatūros, oC

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2

K)

Dvistiklis 4-6-4Dvistiklis 4-9-4Dvistiklis 4-12-4Dvistiklis 4-15-4Dvistiklis 4-19-4

3.2.1 pav. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug , W/(m2⋅K), priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas oru, ε = 0,2 3.2.2 lentelė. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug , W/(m2⋅K),

priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi = 20 oC, stiklo paketas užpildytas oru, išspinduliavimo geba ε = 0,05


Dvistiklis 4-6-4, ε = 0,05 2,43 2,43 2,42 2,41 2,40 2,40 2,39 Dvistiklis 4-9-4, ε = 0,05 1,83 1,71 1,70 1,70 1,69 1,68 1,67 Dvistiklis 4-12-4, ε = 0,05 1,52 1,53 1,54 1,56 1,59 1,60 1,62 Dvistiklis 4-15-4, ε = 0,05 1,41 1,43 1,49 1,53 1,59 1,60 1,65 Dvistiklis 4-19-4, ε = 0,05 1,40 1,41 1,43 1,47 1,51 1,56 1,59

1

1,5

2

2,5

3

-25 -20 -15 -10 -5 0

Išorės oro temperatūros , oC

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2 K

)

Dvistiklis 4-6-4Dvistiklis 4-9-4Dvistiklis 4-12-4Dvistiklis 4-15-4Dvistiklis 4-19-4

3.2.2 pav. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug , W/(m2⋅K),

priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas oru, ε = 0,05


66

3.2.3 lentelė. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug, W/(m2⋅K),

priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi = 20 oC, stiklo paketas užpildytas argonu, išspinduliavimo geba ε = 0,2


Dvistiklis 4-6-4, Ar, ε = 0,2 2,22 2,21 2,19 2,18 2,16 2,16 2,15 Dvistiklis 4-9-4, Ar, ε = 0,2 1,85 1,84 1,83 1,81 1,80 1,79 1,78 Dvistiklis 4-12-4, Ar, ε = 0,2 1,65 1,65 1,66 1,67 1,69 1,69 1,70 Dvistiklis 4-15-4, Ar, ε = 0,2 1,59 1,62 1,66 1,68 1,71 1,71 1,73 Dvistiklis 4-19-4, Ar, ε = 0,2 1,61 1,65 1,69 1,72 1,74 1,75 1,76

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

-25 -15 -5


Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2 K

)

Dvistiklis 4-6-4, Ar





3.2.3 pav. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug, W/(m2⋅K),

priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas argonu, ε = 0,2


priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi = 20 oC, stiklo paketas užpildytas argonu, išspinduliavimo geba ε = 0,05


Dvistiklis 4-6-4, Ar, ε = 0,05 1,94 1,93 1,92 1,91 1,90 1,90 1,89 Dvistiklis 4-9-4, Ar, ε = 0,05 1,51 1,50 1,49 1,49 1,48 1,48 1,48 Dvistiklis 4-12-4, Ar, ε = 0,05 1,27 1,29 1,31 1,34 1,37 1,38 1,40 Dvistiklis 4-15-4, Ar, ε = 0,05 1,21 1,27 1,32 1,36 1,40 1,41 1,43 Dvistiklis 4-19-4, Ar, ε = 0,05 1,24 1,30 1,35 1,40 1,44 1,45 1,47


67

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

-25 -15 -5Išorės oro temperatūros , oC

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2 K

)Dvistiklis 4-6-4, Ar






priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas argonu, ε = 0,05


priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi = 20 oC, stiklo paketas užpildytas kriptonu, ε = 0,2


Dvistiklis 4-6-4, Kr, ε = 0,2 1,68 1,67 1,65 1,64 1,63 1,62 1,61 Dvistiklis 4-9-4, Kr, ε = 0,2 1,48 1,50 1,52 1,54 1,56 1,57 1,58 Dvistiklis 4-12-4, Kr, ε = 0,2 1,49 1,52 1,55 1,58 1,60 1,61 1,62 Dvistiklis 4-15-4, Kr, ε = 0,2 1,51 1,55 1,58 1,61 1,63 1,64 1,65 Dvistiklis 4-19-4, Kr, ε = 0,2 1,54 1,58 1,61 1,64 1,66 1,67 1,68

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

-25 -15 -5Išorės oro temperatūros , oC

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2 K

)

Dvistiklis 4-6-4, Kr






priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas kriptonu, ε = 0,2


68

3.2.6 lentelė. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento Ug, W/(m2⋅K), priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai vidaus oro temperatūra θi = 20 oC, stiklo paketas užpildytas kriptonu, ε = 0,05


Dvistiklis 4-6-4, Kr, ε = 0,05 1,30 1,30 1,29 1,28 1,28 1,28 1,28 Dvistiklis 4-9-4, Kr, ε = 0,05 1,07 1,12 1,16 1,19 1,23 1,24 1,25 Dvistiklis 4-12-4, Kr, ε = 0,05 1,09 1,15 1,19 1,23 1,27 1,28 1,30 Dvistiklis 4-15-4, Kr, ε = 0,05 1,12 1,18 1,23 1,27 1,31 1,32 1,34 Dvistiklis 4-19-4, Kr, ε = 0,05 1,16 1,22 1,27 1,31 1,35 1,36 1,38

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

-25 -15 -5


Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntai

U, W

/(m2 K

)







priklausomybė nuo išorės oro temperatūros, kai stiklo paketas užpildytas kriptonu, ε = 0,05

Analizuojant gautus rezultatus galima padaryti išvadą, kad stiklo

paketų šilumos perdavimas priklauso nuo aplinkos sąlygų t.y. nuo temperatūrų skirtumo. Temperatūrų skirtumas įtakoja stiklo pakete vykstančių šilumos mainų intensyvumą. Dėl didesnio temperatūrų skirtumo tarpe tarp stiklų intensyviau vyksta šilumos perdavimas konvencija ir spinduliavimu. Dėl to esant didesniam temperatūros skirtumui šilumos perdavimo koeficientas bus didesnis (stiklo paketo šilumos pralaidumas bus didesnis). Ši savybė ypač išryškėja stiklo paketams, kuriuose naudojami stiklai su mažo šilumos išspinduliavimo dangomis.

3.3. Stiklo paketo įlinkio poveikis šilumos perdavimui

69


Pažangios stiklo gamybos technologijos, stiklų paviršių padengimas mažo išspinduliavimo (šilumą atspindinčiomis) dangomis, tarpų tarp stiklų užpildymas šilumai mažiau laidžiomis dujomis žymiai sumažina šilumos nuostolius per langus [6]. Tačiau šį pagerėjimą sudėtinga įvertinti, kai žinomi tik langų atskirų komponentų šiluminiai parametrai. Stiklo paketo šiluminių savybių pokyčius keičiantis aplinkos sąlygoms prognozuoti sudėtinga. Stiklo paketo savybės susiję su atmosferos slėgio ir temperatūros pokyčiais. Didėjant atmosferiniam slėgiui ir mažėjant oro temperatūrai, sandarus stiklo paketas išlinksta į vidų, ir atvirkščiai, mažėjant atmosferiniam slėgiui ir didėjant oro temperatūrai, sandarus stiklo paketas išlinksta į išorę. Kartais išlinkimai būna gerai matomi ir netgi gali būti stiklų sutrūkimo priežastimi.

3.3.1 pav. pateiktos išorinio stiklo paketo paviršiaus temperatūros, kai stiklo paketo stiklai įgaubti į vidų (stiklo paketo viduryje stiklo įlinkis 4 mm). Stiklo paketo centre stiklo paviršiaus temperatūra ženkliai padidėja dėl to, kad sumažėja tarpstiklio storis ir padidėja šilumos perdavimas per sumažėjusį oro tarpą [19; 20].

-1.1°C

11.9°C

0

2

4

6

8

10AR01

LI01

3.3.1 pav. Lango išorinio paviršiaus temperatūrinis laukas, kai stiklai įlinkę

į vidų [19]. Vidaus oro temperatūra +20 oC, išorės oro temperatūra –1,5 oC. (Termovizinė nuotrauka, aut. E. Jogioja, Estija)


70

Stiklo paketai įlinksta dėl šių priežasčių: - temperatūros pokyčio. Keičiantis oro temperatūrai, kinta stiklo

paketo viduje esančių dujų slėgis, stiklai išlinksta į vidų arba į išorę priklausomai nuo to, kokia buvo pradinė temperatūra (pavyzdžiui, stiklo paketų gamybos metu);

- atmosferinio slėgio pokyčių. Keičiantis atmosferiniam slėgiui, dujų slėgis stiklo paketo viduje lieka nepakitęs, todėl susidarius slėgių skirtumui, stiklo paketo stiklai išlinksta. Tai gali būti pavojinga transportuojant stiklo paketus kalnuotose vietovėse;

- vėjo slėgio. Dėl vėjo slėgio poveikio gali išlinkti abu stiklo paketo stiklai. Tačiau dėl slėgio skirtumo patalpos viduje ir išorėje šis įlinkis gali būti skirtingas, todėl tarpas tarp stiklų taip pat pasikeičia. Skirtingas stiklų įlinkis susidaro dėl skirtingo stiklų storio;

- stiklo paketo stiklų įlinkio gamybos metu. Jeigu stiklo paketų gamybos metu stiklo lakštai montuojami horizontalioje padėtyje, jie gali išlinkti dėl savo svorio. Dažniausiai dėl šios priežasties įlinksta didelių matmenų (didelio ploto) stiklo paketai. Skirtingas stiklų įlinkis taip pat susidaro dėl skirtingo stiklų storio;

- netinkamas absorbento panaudojimo. Medžiaga, skirta sugerti stiklo paketo viduje esančias vandens garų molekules, taip pat gali sugerti ir kitas molekules (deguonį, azotą, anglies dvideginį, stiklo paketų tarpstiklio užpildymui naudojamą argoną). Taip stiklo paketo vidus yra vakuumuojamas ir stiklo paketo stiklai įlinksta į vidų.

Aplinkos temperatūros pokyčių įtaka stiklo paketų įlinkiui buvo nustatyta eksperimentiniais tyrimais klimatinėje kameroje. Įvairių dydžių stiklo paketai buvo laikomi kameroje, kurios temperatūra kito nuo -20 oC iki +50 oC. Stiklo paketų įlinkis buvo matuojamas iš vienos pusės, kadangi įlinkiai iš abiejų stiklo paketų pusių buvo vienodi, nes aplinkos temperatūra iš abiejų stiklo paketo pusių buvo ta pati. Tyrimo rezultatai pateikti 3.3.1 lentelėje ir 3.3.2 pav. [19].


71

3.3.1 lentelė. Stiklo paketų įlinkio priklausomybė nuo vidutinės aplinkos temperatūros.

Stiklo paketų įlinkis l, mm, kai aplinkos temperatūra θ, oC

Eil. Nr.

Matmenys, A×B, m

+50 +40 +30 +20 +10 0 -10 -20 1. 1,30×1,42 +1,8 +0,9 0,0 -0,5 -1,0 -2,1 -2,6 -3,5 2. 0,78×0,87 +0,9 +0,5 0,0 -0,9 -1,4 -1,4 -2,5 -3,0 3. 0,77×1,03 +1,8 +1,5 +0,4 0,0 -0,4 -1,0 -2,0 -2,3 4. 0,60×0,80 +0,8 +0,5 0,0 -0,5 -0,6 -1,0 -1,6 -1,7 5. 0,35×0,85 +0,6 +0,4 0,0 -0,2 -0,1 -0,7 -0,9 -1,5 6. 0,50×0,50 +1,5 +1,1 +0,5 0,0 0,0 -0,7 -1,0 -1,2

3.3.2 pav. Įvairių matmenų stiklo paketų įlinkis esant skirtingoms aplinkos

temperatūroms. Įlinkis matuotas iš vienos stiklo paketo pusės. Toliau eksperimentiškai buvo tiriama stiklo paketų šilumos

perdavimo koeficiento priklausomybė nuo stiklų įlinkio. Eksperimentinėje klimatinėje kameroje abipus lango buvo sudarytas pastovus temperatūrų skirtumas. Šaltojoje pusėje palaikoma artima 0 oC, o šiltojoje pusėje – artima +20 oC temperatūra. Nusistovėjus šilumos srautui per bandinį (tarp dviejų oro temperatūros matavimų kas 3 valandos temperatūra nepasikeičia daugiau kaip 0,3 oC), buvo atlikta dešimt matavimų ir apskaičiuotas aritmetinis vidurkis.

Šilumos perdavimo koeficientas ir šiluminė varža per lango įstiklintą dalį buvo nustatyta matuojant paviršių temperatūras pasirinktuose taškuose šiltojoje ir šaltojoje pusėje bei šilumos srauto tankį. Stiklo

-4,0-3,0-2,0-1,00,01,02,03,0

-20 -10 0 10 20 30 40 50

Vidutinė temperatūra, oC

Įlink

is, m

m

123456


72

paviršiaus temperatūros buvo matuojamos termoporomis, o šilumos srauto tankis – šilumos srauto tankio matuokliu ITP-11. Žinant stiklų paviršių temperatūras šiltojoje ir šaltojoje pusėje (θsi ir θse) bei šilumos srauto tankį q, W/m2, suminė šiluminė varža per įstiklintą lango dalį apskaičiuojama pagal (2.3) formulę (žr. 2 skyrių).

Apskaičiuojant šilumos perdavimo koeficientą, prie suminės šiluminės varžos Rs pridėtos standartinės paviršių šiluminės varžos: vidinio paviršiaus Rsi = 0,13 m2⋅K/W; išorinio paviršiaus Rse = 0,04 m2⋅K/W. Tada visuminė šiluminė varža Rt ir šilumos perdavimo koeficientas U yra lygūs:

Rt = Rs + Rsi + Rse = Rs + 0,17, m2⋅K/W. (3.3.1)

U = tR

1 , W/(m2⋅K). (3.3.2)

Lango stiklo paketo šiluminės varžos matavimo taškai pasirinkti

simetrijos ašyje, kaip parodyta 3.3.3 pav.

615

615

490 490

140 150 15050

4 123

3.3.3 pav. Matavimo taškų išdėstymas matuojant stiklo paketo šilumines

varžas


73

Atlikti matavimai esant skirtingai stiklų padėčiai: I – kai stiklai lygiagretūs ir tarpstiklio storis stiklo paketo centre 16 mm; II – kai stiklai įlinkę ir tarpstiklio storis stiklo paketo centre 12 mm; III – kai stiklai įlinkę ir tarpstiklio storis stiklo paketo centre 8 mm; IV – kai stiklai išlinkę ir tarpstiklio storis stiklo paketo centre 20 mm.

3.3.2 lentelėje pateikti suminės šiluminės varžos stiklo paketo atitinkamuose taškuose matavimų rezultatai. Suminė šiluminė varža Rs, m2⋅K/W, apskaičiuota neįvertinus paviršinių šiluminių varžų. Suminė šiluminė varža parodo tik pačios konstrukcijos pasipriešinimą šilumos srautui, kuris susidaro dėl temperatūros skirtumo tarp konstrukcijos paviršių [19; 20].

3.3.2 lentelė. Suminės šiluminės varžos Rs, m2⋅K/W

Matavimo Nr. Matavimų vietos 1 2 3 4 I 0,43 0,43 0,43 0,37 II 0,32 0,34 0,36 0,36 III 0,21 0,24 0,31 0,35 IV 0,44 0,44 0,43 0,39

3.3.2 lentelėje pateiktų rezultatų grafinis vaizdas pateiktas

3.3.4 pav.

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

1 2 3 4

Matavimų vietos

Sum

inė

šilu

minė

varž

a R

, m2 K

/W

IIIIIIIV

3.3.4 pav. Eksperimentais nustatytos suminės šiluminės varžos Rs,

m2⋅K/W, atitinkamuose stiklo paketo taškuose priklausomai nuo stiklo paketo įlinkio centrinėje jo dalyje


74

3.3.3 ir 3.3.4 lentelėse pateikti išmatuotos visuminės šiluminės varžos ir šilumos perdavimo koeficientai.

3.3.3 lentelė. Visuminės šiluminės varžos Rt, m

2⋅K/W Matavimo Nr. Matavimų vietos

1 2 3 4 I 0,60 0,60 0,60 0,54 II 0,49 0,51 0,53 0,53 III 0,38 0,41 0,48 0,52 IV 0,61 0,61 0,60 0,56

3.3.4 lentelė. Šilumos perdavimo koeficientai U, W/(m2⋅K) Matavimo Nr. Matavimų vietos

1 2 3 4 I 1,67 1,67 1,67 1,85 II 2,04 1,96 1,89 1,89 III 2,63 2,44 2,08 1,92 IV 1,64 1,64 1,67 1,79

3.3.5 paveiksle pateiktas grafinis 3.3.4 lentelėse pateiktų tyrimo

rezultatų vaizdas.

1,61,8

22,22,42,62,8

1 2 3 4Matavimų vietos

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntas

U,

W/(m

2 K)

IIIIIIIV

3.3.5 pav. Šilumos perdavimo koeficientai atitinkamose stiklo paketo

vietose priklausomai nuo stiklo paketo įlinkio stiklo paketo centre


I ir III matavimų rezultatų palyginimas parodė, kad sumažėjus oro tarpui tarp stiklų nuo 16 iki 8 mm, suminė šiluminė varža Rs sumažėja nuo 0,43 iki 0,21, m2⋅K/W, t.y.du kartus.

Kadangi skaičiuojant šilumos perdavimo koeficientą įvertinamos ir paviršių šiluminės varžos, šilumos perdavimo koeficientas atitinkamuose taškuose padidėja ne dvigubai, bet vis dėlto gana ženkliai: nuo 1,67 iki 2,63 W/(m2⋅K). Neįvertinus lango šilumos perdavimo koeficiento padidėjimo dėl stiklų įlinkio stiklo pakete, galima gauti žymius deklaruojamos ir faktinės lango šilumos perdavimo koeficiento vertės skirtumus.

I ir IV matavimų rezultatų palyginimas parodė, kad tarpo tarp stiklų padidėjimas stiklo paketo centre (stiklo paketo išsipūtimas) turi mažą įtaką stiklo paketo šiluminėms savybėms.

3.4.1. Pagrindinės šiluminių tiltelių langų konstrukcijose vietos ir jų įvertinimas

76

3.4. ŠILUMINIAI TILTELIAI Šiluminiai tilteliai – tai šilumai laidūs intarpai atitvarų

konstrukcijose. Jie svarbūs dėl: - šilumos nuostolių padidėjimo; - žemesnių paviršių temperatūrų, nes dėl to gali prasidėti

drėgmės kondensacija. 3.4.1. Pagrindinės šiluminių tiltelių langų konstrukcijose vietos ir jų įvertinimas Langų konstrukcijose susidaro įvairūs šiluminiai tilteliai. Toliau bus

kalbama apie dažniausiai pasitaikančius šiluminius tiltelius, kuriuos galima suskirstyti į tokias grupes:

- stiklo paketo pakraštys; - lango jungtis su sienos konstrukcija; - plastikinių profilių armavimas; - langų profilių vėdinimas.

Stiklo paketo pakraštys Viena iš šiluminių tiltelių vietų langų konstrukcijose yra stiklo

paketo pakraštys. Tarpui tarp stiklo lakštų užfiksuoti pakraščiuose naudojami skiriamieji rėmeliai. Šiuo metu populiariausi iš aliuminio pagaminti skiriamieji rėmeliai. Taip pat jie gali būti pagaminti iš plieno, plastiko arba iš keleto medžiagų. Stiklo lakštai prie skiriamojo rėmelio klijuojami hermetikais. Taip pat hermetiku padengiamas išorinis skiriamojo rėmelio (stiklo paketo) kraštas [21]. Į skiriamojo rėmelio vidų įpilama orą sausinanti medžiaga. Stiklo paketo pakraštyje panaudotos medžiagos yra laidesnės šilumai palyginti su tarp stiklo lakštų stiklo paketo viduryje esančiu oru arba specialių dujų užpildu. Šis skirtumas dar labiau padidėja, kai naudojami mažo išspinduliavimo dangomis padengti stiklai (selektyviniai stiklai). Geriausiai stiklo paketo konstrukcijoje šilumą praleidžia aliuminis, kurio šilumos laidumo koeficientas λ = 160 W/(m⋅K). Palyginimui, kitų medžiagų šilumos laidumo koeficientai: stiklo – λ = 1,0 W/(m⋅K), hermetikų – λ = 0,24 W/(m⋅K), oro – λ = 0,025 W/(m⋅K) [22]. Todėl šilumos pralaidumas stiklo paketo viduryje, kur šiluma pereina per „stiklą – oro tarpą – stiklą“, yra kur kas mažesnis negu pralaidumas stiklo paketo pakraštyje, kur yra aliumininis


77

rėmelis ir šiluma praeina per „stiklą – aliuminio rėmelį – stiklą“, arba netgi „stiklą – hermetiką – stiklą“. Dėl to šilumos srautas stiklo paketo pakraštyje išsikreipia ir didelis šilumos kiekis išeina kaip tik per stiklo paketo pakraštį. Vaizdžiai tai galima pamatyti paveikslėlyje, kuriame rodyklėmis parodyta šilumos srauto kryptis, skaičiavimus atlikus pagal kompiuterinę programą „Therm“ (3.4.1 pav.). Šiame paveikslėlyje labai aiškiai matyti, kad stiklo paketo pakraštyje esantis aliumininis skiriamasis rėmelis yra didžiausias šilumos laidininkas, ir šiluma per jį praeina iš toli nuo jo esančių zonų, dar vadinamų „pakraščio zonomis“.

3.4.1 pav. Šilumos srautų kryptys stiklo paketo pakraštyje (skaičiuota pagal

„Therm 5“ programą) Lango jungtis su sienos konstrukcija Toje vietoje, kur langas jungiasi su sienos konstrukcija

(angokraštyje), taip pat dažnai susidaro šiluminis tiltelis, kadangi šiuo atveju jungiamos dvi skirtingo storio ir skirtingų šiluminių savybių medžiagos. Lango stakta siauresnė už sieną, o sienos medžiaga (ypač senos statybos pastatų) dažnai laidesnė šilumai negu lango staktos medžiaga. Dėl to lango angokraštyje šilumai išeiti iš patalpos į išorę susidaro trumpesnis kelias, nei per visą sienos storį (3.4.2 pav.).

Šilumos srauto pasiskirstymą lango angokraštyje vaizdžiai parodo naudojantis kompiuterine skaičiavimo programa gautas vaizdas (3.4.3 pav.).


78

3.4.2 pav. Šiluminio tiltelio angokraštyje schema

3.4.3 pav. Šilumos srautas mūro sienos angokraštyje (apskaičiuotas pagal „Therm 5“ programą)

Taip pat, naudojantis šia programa, galima gauti ir spalvotą šilumos

srauto tankio pasiskirstymo vaizdą (3.4.4 pav.).

Šilumos srautas

Siena

Lango stiklai

Lango rėmasŠalčiausia vieta svarbi dėl

galimos kondensacijos


79

3.4.4 pav. Šilumos srauto tankis sienos angokraštyje (apskaičiuotas pagal

„Therm 5“ programą) Kitame paveiksle matyti šiluminiai tilteliai mūro sienos

angokraštyje ir stiklo paketo pakraštyje (prie medinio lango rėmo) (3.4.5 pav.).

3.4.5 pav. Šiluminiai tilteliai pavaizduoti didesniais šilumos srauto tankiais

sienos angokraštyje ir stiklo paketo pakraštyje (apskaičiuoti pagal „Therm 5“ programą)


80

Plastikinių profilių armavimas Šiluminiai tilteliai plastikiniuose profiliuose susidaro jų armavimo

vietose. Armuojama norint sustiprinti plastikinius profilius, ypač tada, kai gaminami didesnio ploto langai. Plastikinių profilių armavimui naudojami įvairūs metaliniai profiliai, kurie įdedami į vidurinę didžiąją profilių kamerą. Kadangi metalo šilumos laidumas didesnis negu plastiko (iš kurio pagamintos profilių sienelės) ir juo labiau negu oro (kuris profilių kamerose yra tarsi šilumos izoliacinė medžiaga) šilumos laidumą, metaliniai profiliai praleidžia didesnį šilumos srautą, vadinasi, juos galima vadinti šiluminiais tilteliais (3.4.6 pav.).

3.4.6 pav. Šiluminiai tilteliai pavaizduoti didesniais šilumos srauto tankiais

stiklo paketo pakraštyje ir plastikinių profilių armavimo vietose (apskaičiuota pagal „Therm 5“ programą)

Plastikinių profilių armavimas padidina rėmo šilumos perdavimo

koeficientą apie 0,2 ÷ 0,4 W/(m2⋅K). Šį padidėjimą galima matyti apskaičiavus plastikinio rėmo šilumos perdavimo koeficientus profiliams be armatūros (3.4.7 pav.) ir su armatūra (3.4.8 pav.).


81

3.4.7 pav. Plastikinis nearmuotas trijų kamerų lango rėmas (rėmo šilumos

perdavimo koeficientas UF = 1,75 W/(m2⋅K))

3.4.8 pav. Plastikinis armuotas trijų kamerų lango rėmas (rėmo šilumos

perdavimo koeficientas UF = 2,10 W/(m2⋅K))


82

Langų plastikinių profilių vėdinimas Visos langų konstrukcijos, esant oro slėgių skirtumui, yra daugiau

ar mažiau laidžios orui. Šaltas išorės oras, prasiskverbęs pro lango konstrukcijos nesandarumus į šildomas patalpas, sudaro papildomus šilumos nuostolius, nes šį šaltą orą reikia sušildyti iki patalpos oro temperatūros. Paprastai per lango jungtis ir nesandarumus prasiskverbiančio oro poveikis įvertinamas kaip papildomi šilumos nuostoliai dėl infiltracijos arba vėdinimo. Šie šilumos nuostoliai apskaičiuojami žinant atitinkamos lango konstrukcijos oro pralaidumą esant tam tikram oro slėgių skirtumui ir tikėtiną oro slėgių skirtumą esant atitinkamoms eksploatacijos sąlygoms. Tačiau dažnai šalto oro skverbimąsi per lango konstrukciją reikia įvertinti ne tik šalto oro kiekiais ir papildomais šilumos nuostoliais, bet ir temperatūrų pokyčiais (sumažėjimu) atskirose langų konstrukcijos dalyse. Tokias langų konstrukcijos vietas reikia vertinti ir kaip šiluminius tiltelius, nes sumažėjus paviršių temperatūroms, padidėja drėgmės kondensacijos rizika. Viena tokių vietų plastikinių langų konstrukcijose yra drenažo angos. Jos būtinos, kad vanduo (lietus, tirpstantis sniegas, kondensatas ant langų stiklų paviršiaus), prasiskverbęs per sandarinimo medžiagas ir patekęs į ertmes po stiklo paketu bei tarp rėmo ir staktos, galėtų ištekėti į išorę. Šiam tikslui padaromos kiaurymės (vadinamos drenažu) iš minėtų ertmių į išorę. Neįrengus drenažo, susikaupęs vanduo užšaldamas gali ardyti lango konstrukcijos medžiagas.

Pro išorinėse plastikinių profilių dalyse esančias drenažo angas šaltas oras gali patekti į vidinę erdvę tarp staktos ir rėmo, taip pat po stiklo paketu (3.4.9 pav.) [21].

3.4.10 pav. parodyta stiklo paketo zona, kurioje labiausiai tikėtina vandens garų kondensacija ant vidinio stiklo paketo paviršiaus dėl šalto oro infiltracijos į po stiklo paketu esančią ertmę, kuri sumažina vidinio stiklo paviršiaus temperatūrą.

Pagal Maskvos miesto plastikinių langų eksploatacijos patirtį [21], šis neigiamas efektas labai sustiprėja, jeigu drenažo kiaurymės profiliuose yra neperstumtos viena kitos atžvilgiu, o pragręžtos kiaurai.


83

Vėjas

3.4.9 pav. Šalto oro infiltracija per drenažo angas [21]

Drenažo angos

Oro tarpas

Atraminės plokštelės

Galimo kondensato zona

Išorinis stiklo paketo kontūras

3.4.10 pav. Stiklo paketo zona, kurioje labiausiai tikėtina vandens garų

kondensacija dėl šalto oro infiltracijos [21]


84

Priklausomai nuo pastato orientacijos vyraujančių vėjų atžvilgiu ir esant nepalankiausiam atvejui, kai sutampa žemos temperatūros ir stiprūs vėjai, kondensato susidarymas ant stiklo paketo paviršiaus patalpos pusėje gali prasidėti kai išorės oro temperatūra –3 ÷ –4 oC.

Literatūroje [21] pateikta šio reiškinio teorinė ir eksperimentinė analizė. Maskvoje buvo ištirti du (varstomas ir nevarstomas) dvylikos aukštų gyvenamojo namo antrame aukšte esantys langai. Natūrinių stebėjimų metu buvo nustatyta, kad nevarstomo lango stiklo paketo paviršius pradėjo rasoti jau spalio mėnesį, išorės oro temperatūrai nukritus iki –3 oC, o varstomo lango stiklo paketo paviršius pradėjo rasoti išorės oro temperatūrai esant –7 oC. Toliau siekiant patikslinti, kokią įtaką stiklo paketo vidinio paviršiaus temperatūroms turi drenažo angos, buvo atlikti skaičiavimai modeliuojant šilumos perdavimą per nevarstomo lango konstrukciją (3.4.11 pav.) esant atviroms ir uždaroms profilių drenažo angoms, kai vidaus oro temperatūra +20 oC.

Vėjas

t1

t2

30 m

m

3.4.11 pav. Nevarstomo lango su drenažo angomis konstrukcija [21] Skaičiavimo rezultatai parodė, kad, esant uždaroms drenažo

angoms, kai išorės oro temperatūra –32 oC, stiklo paketo vidinio


85

paviršiaus temperatūra prie apatinės sandarinimo juostos buvo t1 = +13 oC. 3 cm aukštyje nuo apatinės sandarinimo juostos ši temperatūra buvo t2 = +15 oC.

Esant atviroms sandarinimo angoms, išorės oro temperatūrai -10 oC, stiklo paketo vidinio paviršiaus temperatūra prie apatinės sandarinimo juostos buvo t1 = –2,7 oC, o 3 cm aukštyje nuo apatinės sandarinimo juostos ši temperatūra buvo t2 = +3,8 oC [21].

Remiantis atliktų tyrimų rezultatais padaryta išvada, kad drenažo angos turi didelę įtaką stiklo paketo pakraščių peršalimui, šalto oro prasiskverbimui per sandarinimo juostas, drenažo angų apledėjimui staktos ir rėmo profiliuose [21]. Jautriausia šiuo požiūriu yra nevarstomo lango konstrukcija.

Šiluminių tiltelių langų konstrukcijose įvertinimo būdai Lietuvos standarte LST EN ISO 14683 „Statybinių konstrukcijų

šilumos tilteliai. Ilginis šilumos perdavimas. Supaprastinti metodai ir nustatytosios vertės (ISO 14683:1999)“ [23] pateikta supaprastinta šiluminių tiltelių įvertinimo metodika, naudojant šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientų parenkamąsias vertes supaprastintoms konstrukcijų schemoms, taip pat nurodyti kiti šiluminių tiltelių įvertinimo metodai, jų tikslumas ir rekomenduojama taikymo sritis.

Pastato atitvarų savitieji šilumos nuostoliai apskaičiuojami taip:

HT = Σ(Ai ⋅ Ui) + Σ(Ψk ⋅ lk) + Σχj , W/K; (3.4.1)

čia: HT – pastato atitvarų savitieji šilumos nuostoliai, W/K; Ui – pastato atitvarų i-tosios dalies šilumos perdavimo

koeficientas, W/(m2⋅K); Ai – pastato atitvaros plotas, kuriam apskaičiuotas šilumos

perdavimo koeficientas Ui, m2; Ψk – ilginio šiluminio tiltelio k šilumos perdavimo

koeficientas, W/(m⋅K); lk – ilginio šiluminio tiltelio k ilgis, m; χj – taškinio šiluminio tiltelio j šilumos perdavimo koeficientas, W/K.

Dažniausiai taškiniai šiluminiai tilteliai nevertinami, laikoma, kad

jų įtaka šilumos nuostoliams maža. Jeigu manoma, kad taškiniai


86

šiluminiai tilteliai turi būti įvertinti, taikoma LST EN ISO 10211-1 [24] pateikta metodika.

Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ, W/(m·K), apskaičiuotas pagal formulę:

Ψ = L2D- ΣUi ⋅ li , W/(m·K); (3.4.2)

čia: L2D – ilginio šiluminio tiltelio savitieji šilumos nuostoliai, nustatyti skaičiuojant komponento, kuris skiria dvi aplinkas (vidų ir išorę) dvimatį temperatūrinį lauką;

Ui – apskaičiuotas dvi aplinkas skiriančio komponento i šilumos perdavimo vienmačiame temperatūriniame lauke koeficientas;

Li – dvimačio geometrinio modulio ilgis, kuriam apskaičiuota šilumos perdavimo koeficiento Ui vertė.

Skaičiuojant ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo

koeficientą, turi būti pasirinkta matmenų nustatymo sistema (pagal išorinius arba vidinius atitvarų matmenis arba pagal vidurio ašis). Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas apskaičiuojamas naudojant įvairias metodikas, tai priklauso nuo pageidaujamo tikslumo.

3.4.1 lentelėje nurodyti ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento Ψ, W/(m·K) nustatymo metodai ir tikėtinos jų neapibrėžtys [23].

3.4.1 lentelė. Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento

nustatymo metodai ir tikėtina kiekvieno metodo neapibrėžtis [23] Metodas Tikėtina neapibrėžtis

Kompiuterinis skaičiavimas ± 5 % Šiluminių tiltelių katalogas ± 20 % Rankinis skaičiavimas ± 20 % Parenkamos vertės nuo 0 % iki 50 %

Pastato projektavimo metu, kai konstrukcijų detalės dar nėra

visiškai aiškios, tačiau žinomi pagrindiniai atitvarų matmenys ir sluoksnių išdėstymas, šilumos nuostolių per ilginius šiluminius tiltelius apytiksliam įvertinimui galima naudotis principinių atitvarų schemų parenkamosiomis vertėmis.


87

Tolesnėje projektavimo stadijoje, kai žinomos tikslesnės konstrukcijų detalės, įvairių konstrukcinių sprendimų palyginimui gali būti naudojami šiluminių tiltelių katalogai arba atliekami skaičiavimai.

Žinant visas konstrukcijų detales, ilginių šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientai Ψ, W/(m·K), nustatomi taikant bet kurį metodą, tačiau tiksliausios vertės gaunamos skaičiuojant naudojantis kompiuterinėmis temperatūrinių laukų skaičiavimo programomis.

Parenkamosios vertės naudojamos pirminiam linijinių šiluminių tiltelių įvertinimui.

Stiklo paketo pakraščio zonos šiluminio tiltelio įvertinimas yra pateiktas standarte LST EN ISO 10077-1 „Langų, durų ir užsklandų šiluminės charakteristikos. Šilumos perdavimo apskaičiavimas. 1 dalis. Supaprastintasis metodas (ISO 10077-1:2000)“ [7] (žr. 2 skyrių). Šio standarto E priede yra lentelė (2.1 lentelė), kurioje pateiktos aliumininių ir plieninių stiklo skiriamųjų rėmelių (stiklo paketo pakraštyje) ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientų Ψg vertės. Kai stiklo paketuose panaudoti skiriamieji rėmeliai iš kitokių medžiagų, jų sudaromo šiluminio tiltelio poveikis įvertinamas skaičiavimais (žr. 2 skyrių).

Lietuvos standarte LST EN ISO 14683 „Statybinių konstrukcijų šilumos tilteliai. Ilginis šilumos perdavimas. Supaprastinti metodai ir nustatytosios vertės (ISO 14683:1999)“ pateikta lentelė su parenkamosiomis vertėmis langų angokraščių šiluminiams tilteliams nustatyti [23]. Šioje lentelėje pateikti šeši sienos variantai (siena apšiltinta iš išorės; iš vidaus; siena su termoizoliaciniu sluoksniu per vidurį, kai termoizoliacinė medžiaga panaudota iki pat angokraščio; siena su termoizoliaciniu sluoksniu per vidurį, kai termoizoliacinė medžiaga toliau nuo angokraščio; siena su apšiltintu angokraščiu; siena iš lengvų medžiagų) ir trys lango padėtys angokraščio atžvilgiu (langas prie išorinio angokraščio krašto; langas angokraščio viduryje; langas prie vidinio angokraščio krašto). Lentelėje nurodyti atitinkamo šiluminio tiltelio savitieji šilumos nuostoliai L2D ir ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientai. Pagal šią lentelę parinkus artimą projektiniam sienos konstrukcijos variantą, galima apytiksliai numatyti tikėtiną šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientą ir papildomus šilumos nuostolius.


88

3.4.2 lentelėje pateikta dalis standarto LST EN ISO 14683 2 lentelėje nurodytų linijinių šiluminių tiltelių schemų su parenkamosiomis vertėmis priklausomai nuo sienos konstrukcijos (sienos apšiltinimo būdo).

3.4.2 lentelė. Linijinių šiluminių tiltelių parenkamosios vertės langų

angokraščiams [23]

0,3

i, oi = 1,0

0,1

e = 1,0

W1 Ψe = 0,00 Ψoi = 0,00 L2D = 0,36 Ψi = 0,00

0,2

W2 Ψe = 0,65 Ψoi = 0,65 L2D = 1,00 Ψi = 0,65

W3 Ψe = 0,45 Ψoi = 0,45

L2D = 0,81 Ψi = 0,45

W4 Ψe = 0,05 Ψoi = 0,05 L2D = 0,41 Ψi = 0,05

W5 Ψe = 0,05 Ψoi = 0,05

L2D = 0,40 Ψi = 0,05

W6 Ψe = 0,10 Ψoi = 0,10 L2D = 0,44 Ψi = 0,10

Siena

Lengva siena

Termoizoliacinis sluoksnis

Lango rėmas


Rankinis šiluminių tiltelių skaičiavimo metodas. Šiuo atveju reikia apskaičiuoti pasirinkto konstrukcijos elemento dvimatį temperatūrinį lauką. Pagal vidutines paviršių temperatūras apskaičiuojama vidutinė konstrukcijos elemento šiluminė varža ir šilumos perdavimo koeficientas. Toliau iš vienmačio ir dvimačio temperatūrinio lauko skaičiavimo skirtumų apskaičiuojamas ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas (žr. 2 sk.).

Šiluminių tiltelių įvertinimas pagal katalogus atliekamas tada, kai yra apskaičiuoti įvairūs galimi konstrukciniai sprendimai ir gauti rezultatai paskelbiami knygose, kompaktiniuose diskuose, specialiose programose [25]. Šiluminių tiltelių kataloguose pateikiamos konstrukcijos schemos su šiluminiais tilteliais, šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientai ir paviršiaus temperatūros priklausomai nuo atitinkamų termoizoliacinių medžiagų storio bei jų šilumos pralaidumo [25].

Šiluminių tiltelių įvertinimas naudojantis kompiuterinėmis programomis remiasi dvimačių temperatūrinių laukų skaičiavimais. Paprastesnių konstrukcijų skaičiavimus įmanoma atlikti ir rankiniu būdu, tačiau šiuo metu tai dažniausiai atliekama naudojantis kompiuterinėmis skaičiavimų programomis (žr. 2 skyrių).

3.4.2. Šiluminių tiltelių stiklo paketo pakraščio zonoje eksperimentiniai tyrimai

90

3.4.2. Šiluminių tiltelių stiklo paketo pakraščio zonoje eksperimentiniai tyrimai Eksperimentiškai buvo tiriama šiluminių tiltelių stiklo paketo

pakraštyje įtaka šilumos nuostoliams ir pakraščio zonos stiklo paviršių temperatūroms.

Siekiant nustatyti skiriamojo rėmelio įtaką šilumos perdavimui ir stiklo paketo pakraščio zonos paviršių temperatūrai, buvo atlikti langų su aliumininiu ir plastikiniu rėmeliu matavimai.

Termoporos stiklo pakraščio zonoje buvo pritvirtintos kas 10 mm iki 100 mm nuo rėmo krašto ir už 150 mm nuo rėmo krašto. Šilumos srauto tankio matuokliai buvo išdėstyti 20 mm, 50 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm ir 150 mm atstumu nuo lango rėmo krašto. Tuose taškuose, kuriuose šilumos srauto tankis tiesiogiai nebuvo matuotas, jis buvo apskaičiuotas pagal vidutines bandymo metu susidariusias paviršines varžas. Kiekvienas matavimo rezultatas yra ne mažiau kaip dešimties matavimų vidurkis [26].

1 2 3 4 5 6 7 8 9

54321

11 12 1314 15 16 17 18 19

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 50

Šilumos srauto tankio matuokliai

Termoporos

4321 521 3 4 5 6 7 8 9

Lango rėmasStiklo paketas

Termoporos

3.4.12 pav. Termoporų ir šilumos srauto matuoklių išdėstymo lango pjūvyje

(a) ir plane (b) schemos

a)

b)


91

3.4.2.1. Langas su aliumininiu skiriamuoju rėmeliu Lango šilumos perdavimo koeficiento matavimai atlikti klimatinėje

kameroje. Šilumos srautas ir temperatūra buvo matuojama šilumos srauto matuokliais ir termoporomis. Bandymo metu šiltosios pusės temperatūra palaikoma apie +20 oC, o šaltosios pusės apie +1 oC. Stiklo paketas buvo sumontuotas trijų kamerų plastikiniame rėme.

Eksperimentinių tyrimų rezultatai pateikti toliau esančiuose grafikuose. Tai išmatuotos stiklo paketo vidinės (šiltosios) ir išorinės (šaltosios) pusės paviršiaus temperatūros, temperatūrų skirtumai, šilumos srauto tankis, suminės šiluminės varžos ir šilumos perdavimo koeficiento kitimas tolstant nuo lango rėmo pakraščio. Šiuose grafikuose X koordinačių ašyse atidėtas atstumas nuo lango rėmo (stiklo paketo) pakraščio.

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160Atstumas nuo lango rėmo krašto, mm

Pavi

ršia

us te

mpe

ratū

ra,

o C

3.4.13 pav. Stiklo paketo vidinio paviršiaus temperatūros pakraščio zonoje 3.4.13 pav. pavaizduotos stiklo paketo paviršiaus temperatūros, kai

šiltojoje klimatinės kameros pusėje aplinkos oro temperatūra +20 oC. Stiklo paketo paviršiaus temperatūros sumažėjimas prie lango rėmo pakraščio svarbus dėl galimos drėgmės kondensacijos, iškyla pavojus jai sumažėti iki rasos taško temperatūros. Šiuo atveju, kai išorės oro temperatūra +1,0 oC, stiklo paketo pakraštyje prie lango rėmo drėgmė


92

kondensuosis esant didesniam negu 65 % santykiniam oro drėgniui. Natūraliomis sąlygomis, kai oro temperatūra išorėje bus –20 oC, drėgmė stiklo paketo pakraštyje kondensuosis esant žymiai sausesniam orui (esant mažesniam santykiniam oro drėgniui φ, %).

2,002,503,003,504,004,505,005,506,006,507,00

0 20 40 60 80 100 120 140

Atstumas nuo lango rėmo krašto, mm

Pavi

ršia

us te

mpe

ratū

ra, o C

3.4.14 pav. Stiklo paketo išorinio paviršiaus temperatūros pakraščio zonoje 3.4.14 pav. pavaizduotos stiklo paketo paviršiaus šaltojoje

klimatinės kameros pusėje temperatūros parodo, kad kuo didesnė paviršiaus temperatūra, tuo didesni šilumos nuostoliai tame taške (mažesnė šiluminė varža), nes daugiau šilumos praeina per stiklo paketą ir labiau sušildo išorinį stiklo paketo paviršių.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

0 50 100 150


Stik

lų p

avir

šių

tem

pera

tūra

, o C

Vidinispaviršius

Išorinispaviršius

3.4.15 pav. Stiklo paketo paviršių temperatūros pakraščio zonoje


93

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0 50 100 150


Tem

pera

tūrų

ski

rtum

as, K

3.4.16 pav. Stiklo paketo paviršių temperatūrų skirtumas pakraščio zonoje 3.4.16 pav. pavaizduota temperatūrų skirtumo priklausomybė nuo

stiklo paketo gebėjimo praleisti šilumą. Kuo didesnis šiltojo ir šaltojo stiklo paketo paviršių temperatūros skirtumas, tuo didesnė tuose taškuose šiluminė varža ir atitinkamai mažesnis šilumos perdavimo koeficientas ir šilumos nuostoliai. Kaip matyti iš šio grafiko, temperatūrų skirtumas toliau nuo stiklo paketo krašto dvigubai didesnis už temperatūrų skirtumą prie krašto.

20,0

40,0

60,0

80,0

0 50 100 150


Šilu

mos

srau

to ta

nkis

q, W

/m2

3.4.17 pav. Šilumos srauto tankis stiklo paketo pakraščio zonoje


94

3.4.17 pav. pavaizduota šilumos srauto tankio priklausomybė nuo atstumo iki stiklo paketo krašto parodo, kaip padidėja šilumos nuostoliai stiklo paketo pakraštyje.

0,0500,1500,2500,3500,4500,5500,650

0 50 100 150


Sum

inė

šilu

minė

varž

aR s

, m2.

K/W

3.4.18 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos suminės šiluminės varžos kitimas

3.4.18 pav. parodytas stiklo paketo pakraščio zonos suminės

šiluminės varžos kitimas. Suminė šiluminė varža neįvertina paviršių šiluminių varžų Rsi ir Rse. Eksperimentinių bandymų metu šios reikšmės gaunamos tiesiogiai pagal šiltosios ir šaltosios pusės paviršių temperatūrų skirtumo ir šilumos srauto tankio santykį. Visuminė šiluminė varža Rt, m2⋅K/W, kaip konstrukcijos savybė nepraleisti šilumos iš patalpos vidaus oro į išorės orą, gaunama prie suminės šiluminės varžos pridedant standartines paviršių šilumines varžas Rsi ir Rse. Standartinė vidaus ir išorės paviršinių varžų suma lygi Rsi + Rse = 0,17 m2⋅K/W.

1,301,802,302,803,303,80

0 50 100 150Atstumas nuo lango rėmo krašto, mm

Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntas

U,

W/(m

2.K

)

3.4.19 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficiento

kitimas


95

3.4.19 pav. parodytas stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficiento kitimas tolstant nuo lango rėmo krašto. Šilumos perdavimo koeficientas yra atvirkštinis dydis visuminei šiluminei varžai Rt ir parodo, kaip konstrukcija praleidžia šilumą esant tam tikram temperatūrų skirtumui. Norint tiksliau nustatyti stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientą, reikia integruoti šilumos perdavimo koeficiento kitimą pakraščio zonoje ir gautą rezultatą pridėti prie vidutinio šilumos perdavimo per stiklo paketo vidurį koeficiento.

3.4.2.2. Langas su plastikiniu skiriamuoju rėmeliu Buvo atlikti lango, kurio stiklo paketas su plastikiniu skiriamuoju

rėmeliu, temperatūrų ir šilumos srauto tankių matavimai. Šis skiriamasis rėmelis skiriasi nuo aliumininio tuo, kad yra pagamintas iš plastiko su viduje esančia plona nerūdijančio plieno plokštele. Šio rėmelio šilumos pralaidumas yra kur kas mažesnis už aliumininio rėmelio šilumos pralaidumą. Naudojant plastikinį skiriamąjį rėmelį, sumažėja šiluminio tiltelio stiklo paketo pakraštyje įtaka.

Toliau esančiuose grafikuose parodytos stiklo paketo vidinės (šiltosios) ir išorinės (šaltosios) pusės paviršiaus temperatūros, temperatūrų skirtumai, šilumos srauto tankiai, suminės šiluminės varžos bei šilumos perdavimo koeficiento kitimas artėjant prie lango rėmo (stiklo paketo) pakraščio.

Kadangi šiuo atveju buvo bandomas kitas langas su kitu stiklo paketu ir kitokiu rėmu (plastikinis 5 kamerų), absoliutinių matavimo rezultatų verčių tarpusavio lyginimas nėra visiškai tikslus. Tačiau tuo pat atstumu nuo lango rėmo išmatuotų verčių absoliutiniai ir santykiniai skirtumai informatyviai atspindi šilumos perdavimo ir paviršių temperatūrų skirtumus, naudojant skirtingus stiklo paketo skiriamuosius rėmelius (aliumininio ir plastikinio, 3.4.20 – 3.4.25 pav.).


96

14,014,515,015,516,016,517,017,5

0 20 40 60 80 100 120 140


Pavi

ršia

us te

mpe

ratū

ra,

o C

3.4.20 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos vidinio paviršiaus temperatūros

2,503,003,504,004,505,005,50

0 20 40 60 80 100 120 140


Pavi

ršia

us te

mpe

ratū

ra, o C

3.4.21 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos išorinio paviršiaus temperatūros

9,0010,0011,0012,0013,0014,0015,00

0 50 100 150


Tem

pera

tūrų

skir

tum

as,

K

3.4.22 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos paviršių temperatūrų skirtumas


97

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0 50 100 150


Šilu

mos

sra

uto

tank

is q

, W/m

2

3.4.23 pav. Šilumos srauto tankis stiklo paketo pakraščio zonoje

0,150,200,250,300,350,400,450,500,55

0 50 100 150


Šilu

minė

varž

a R

s, m

2.K

/W

3.4.24 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos suminės šiluminės varžos

kitimas


98

1,401,601,802,002,202,402,602,80

0 50 100 150


Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntas

U, W

/(m2.

K)

3.4.25 pav. Stiklo paketo pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficiento

kitimas 3.4.2.3. Eksperimentinių tyrimų rezultatų apibendrinimas Lyginant aliumininių ir plastikinių skiriamųjų rėmelių panaudojimo

stiklo paketuose eksperimentinių tyrimų rezultatus, nustatyta jų įtaka stiklo paketo paviršiaus (ypač vidinio) temperatūrai ir šilumos nuostoliams, t.y. šiluminei varžai ir šilumos perdavimo koeficientui.

Matavimų vertės toliau nuo lango rėmo pakraščio nesutampa todėl, kad tiriant skirtingus langus skyrėsi aplinkos temperatūros (šiuo atveju apie 0,5 oC), be to, buvo skirtingi stiklo paketų šilumos perdavimo koeficientai (stiklo paketo centre Ug = 1,40 W/(m2⋅K) ir Ug = 1,43 W/(m2⋅K)). Tačiau šiuo atveju pagrindinės vertės, kurias reikia lyginti nustatant skirtingų skiriamųjų rėmelių įtaką vidinio paviršiaus temperatūrai, yra stiklo paviršiaus temperatūros stiklo paketo viduryje (10 – 15 cm nuo rėmo krašto) ir arčiau rėmo (stiklo paketo krašto) esančių taškų temperatūrų skirtumas (3.4.26 – 3.4.27).


99

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

0 50 100 150


Pavi

ršia

us te

mpe

ratū

ra, o C

PlastikinisAliuminis

3.4.26 pav. Stiklo paketų pakraščio zonos vidinio paviršiaus temperatūros,

kai naudojami aliumininiai ir plastikiniai skiriamieji rėmeliai

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

0 20 40 60 80 100


Tem

pera

tūrų

skirt

umas

, K

Plastikinis

Aliuminis

3.4.27 pav. Temperatūros didėjimas (temperatūros skirtumas) išoriniame

stiklo paketo paviršiuje, artėjant prie rėmo ir stiklo paketo krašto Stiklo paketo paviršiaus temperatūros sumažėjimas svarbus ne tik

dėl didesnių šilumos nuostolių. Šioje vietoje gali susidaryti sąlygos


100

vandens garų kondensacijai. Vidinio atitvaros paviršiaus temperatūros sumažėjimas 1 oC maždaug 5 % sumažina kritinę santykinio oro drėgnio φ ribą, už kurios susidaro sąlygos vandens garų kondensacijai ant paviršiaus. Esant žemesnei išorės oro temperatūrai, didės stiklo paketo skiriamojo rėmelio įtaka temperatūrų skirtumui, tai dar labiau padidins vandens garų kondensacijos galimybę.

Suminė šiluminė varža apskaičiuota be paviršinių varžų, todėl ji tiksliau apibūdina stiklo paketo savybę priešintis šilumos pralaidumui atitinkamuose jo taškuose.

Iš 3.4.28 pav. matyti, kad rėmo ir stiklo paketo pakraščio suminė šiluminė varža beveik dvigubai didesnė naudojant plastikinį skiriamąjį rėmelį, už šiluminę varžą, kai panaudotas aliumininis rėmelis (Rs = 0,193 m2⋅K/W ir Rs = 0,104 m2⋅K/W).

Artėjant prie rėmo krašto nuo 100 mm iki 50 mm, rėmo ir stiklo paketo pakraščio suminė šiluminė varža panaudojus aliumininį rėmelį sumažėja 22,5 %, o panaudojus plastikinį rėmelį – 11,3 %. Artėjant prie pat rėmo krašto nuo 100 mm, panaudojus aliumininį rėmelį ši varža sumažėja 80,8 %, o panaudojus plastikinį rėmelį – 63,6 %.

0,0000,1000,2000,3000,4000,5000,600

0 50 100 150


Sum

inė

šilu

minė

varž

Rs,

m2 K

/W


3.4.28 pav. Stiklo paketų pakraščio zonos suminės šiluminės varžos, kai

naudojami aliumininiai ir plastikiniai skiriamieji rėmeliai


101

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0 20 40 60 80 100 120 140


Šilu

mos

per

davi

mo

koef

icie

ntU

, W/(m

2 K)


3.4.29 pav. Stiklo paketų pakraščio zonos šilumos perdavimo koeficientai,

kai naudojami aliumininiai ir plastikiniai skiriamieji rėmeliai 3.4.29 pav. pavaizduotų grafikų palyginimas parodė, kiek pakraščio

zonoje padidėja šilumos perdavimo koeficientas, kai stiklo paketas yra su aliumininiu ir su plastikiniu skiriamuoju rėmeliu. 50 mm atstumu nuo rėmo pakraščio jis padidėja 20,7 % (aliumininis skiriamasis rėmelis) ir 9,1 % (plastikinis skiriamasis rėmelis); prie rėmo ir stiklo paketo krašto šilumos perdavimo koeficientas padidėja 160,7 % (aliumininis skiriamasis rėmelis) ir 93,0 % (plastikinis skiriamasis rėmelis).

3.4.3. Šiluminių tiltelių angokraščiuose tyrimai

102

3.4.3. Šiluminių tiltelių angokraščiuose tyrimai Pastatų sienų angokraščiuose susidarančių linijinių šiluminių tiltelių

poveikio tyrimui buvo parinktos dažniausiai naudojamos sienų konstrukcijos: plytų mūro siena, keraminių blokelių mūro siena, siena su termoizoliaciniu sluoksniu iš išorės ir vėdinamu oro tarpu, siena su termoizoliaciniu sluoksniu iš vidaus be angokraščio apšiltinimo, siena su termoizoliaciniu sluoksniu iš vidaus su papildomu angokraščio apšiltinimu. Plytų mūro siena buvo pasirinkta kaip būdinga senos statybos pastatams. Keisti senų pastatų langus labai populiaru ir ekonomiška, nes nedidelės investicijos sudaro sąlygas sutaupyti daug per blogos kokybės langus prarandamos šilumos. Konkrečiuose objektuose dirbantiems montuotojams dažnai kyla klausimas, kur yra tinkamiausia langų montavimo vieta, kokią įtaką ji turės būsimiems šilumos nuostoliams (kurie priklausys nuo linijinio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento) ir kaip tai lems paviršiaus temperatūras, nuo kurių priklauso vandens garų kondensacijos rizika.

Tikslesnis angokraščiose susidarančių šiluminių tiltelių įvertinimas yra aktualus ir naujos statybos bei kapitališkai renovuojamiems pastatams. Todėl atlikti įvairių sienų konstrukcijų su skirtingu sienų apšiltinimu tyrimai ir sudarytas būdingiausių sienų angokraščiuose susidarančių šiluminių tiltelių katalogas, pateiktas Statybos techninio reglamento „STR 2.05.01:2005 Pastatų atitvarų šiluminė technika“ 7 priede [4].

Langų angokraščių šiluminių tiltelių įvertinimui buvo parinktos keturios šiuolaikinei statybai būdingos išorės sienų konstrukcijos:

– iš išorės apšiltinta siena su plonasienio tinko apdaila; – iš išorės apšiltinta siena su plytų mūro apdaila; – iš vidaus apšiltinta siena; – vienasluoksnė siena iš lengvų medžiagų, pavyzdžiui,

keraminių ar dujų silikato blokelių. Termoizoliacinio sluoksnio storis buvo parinktas 150, 100 ir

50 mm, kad siena atitiktų reglamento norminius ir leistinuosius reikalavimus.

Tyrimams pasirinktas medinis klijuotos medienos langas su stiklo paketu. Medinio rėmo storis 68 mm. Stiklo paketas su vienu 16 mm oro tarpu ir mažo šilumos išspinduliavimo danga. Stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento vertė Ug = 1,21 W/(m2·K).


103

Šiluminių tiltelių šilumos perdavimo koeficientai apskaičiuoti pagal dvimačių temperatūros laukų skaičiavimo programą „Therm 5.2“. Sienos fragmento ilgis pasirinktas 1 m. Suminis šiluminio tiltelio ilgis gaunamas sujungus pasirinktą sienos fragmentą ir lango rėmo staktą [27].

3.4.3.1. Šiluminių tiltelių priklausomybė nuo lango montavimo vietos Buvo atlikti lango montavimo vietos sienoje įtakos šilumos

nuostoliams (ilginiam šiluminiam tilteliui) ir angokraščio temperatūrai, nuo kurios priklauso drėgmės kondensavimosi ant paviršiaus tikimybė, tyrimai. Šiai priklausomybei nustatyti pasirinktas 50 cm storio mūro sienos fragmentas, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,34 W(m2·K); medinis langas, kurio staktos storis 68 mm, lango šilumos perdavimo koeficientas Uw = 1,28 W/(m2·K) (stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas Ug = 1,21 W/(m2·K)). Vidinio paviršiaus temperatūra apskaičiuota esant vidaus oro temperatūrai +20 oC, išorės oro temperatūra pasirinkta šalčiausio penkiadienio temperatūra Vilniaus mieste – - 23 oC [28].

Toliau paveikslėliuose pateikti sienos su sumontuotu langu šilumos perdavimo koeficientai, apskaičiuoti sienos konstrukcijos vienam tiesiniam metrui bei lango staktai, ir žemiausios angokraščio temperatūros, kai vidaus oro temperatūra +20 oC, o išorės oro temperatūra -23 oC.

3.4.30 pav. Langas sumontuotas prie išorinės mūro sienos pusės. Linijinio

šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ= 0,45 W/(m·K)


104

3.4.31 pav. Lango, sumontuoto prie išorinės mūro sienos pusės,

žemiausia angokraščio temperatūra

3.4.32 pav. Langas sumontuotas mūro sienos viduryje. Linijinio šiluminio

tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ = 0,28 W/(m·K)

3.4.33 pav. Lango, sumontuoto mūro sienos viduryje, žemiausia

angokraščio temperatūra

θsi = 3,6 ºC

θsi = 7,7 ºC


105

3.4.34 pav. Langas sumontuotas prie vidinės mūro sienos pusės. Linijinio

šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas Ψ= 0,42 W/(m·K)

3.4.35 pav. Lango, sumontuoto prie vidinės mūro sienos pusės, žemiausia

angokraščio temperatūra 3.4.36 pav. pateiktos angokraščio linijinio šiluminio tiltelio ir

žemiausios angokraščio temperatūros kitimo kreivės, keičiant lango padėtį sienoje kas 10 mm.

θsi = 10,8 ºC


106

23456789

101112

0 100 200 300 400

Atstumas nuo išorino sienos krašto, mm

Žem

iaus

ia te

mpe

ratū

raan

gokr

ašty

je, o C

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

Lini

jinio

tilte

lio š

ilum

os

perd

avim

o ko

efic

ient

as,

W/(m

K)

Žemiausiapaviršiaustemperatūra

Šiluministiltelis

3.4.36 pav. Lango angokraščio linijinio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo

koeficiento ir žemiausios paviršiaus temperatūros priklausomybė nuo atstumo iki išorinio mūro sienos krašto

Iš 3.4.36 pav. pateikto grafiko matyti, kad mažiausia linijinio

šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento vertė yra tada, kai langas sumontuotas angokraščio viduryje. Šiuo atveju šiluminis tiltelis sumažėja nuo 0,45 W/(m·K) iki 0,28 W/(m·K), t.y. apie 60 %. Todėl šilumos nuostolių atžvilgiu optimaliausia lango montavimo vieta yra sienos angokraščio vidurys. Angokraščio vidinio paviršiaus temperatūra, didėjant lango montavimo atstumui nuo išorinio sienos paviršiaus, tolygiai didėja nuo 3,6 oC iki 10,8 oC. Šiuo atžvilgiu optimaliausia lango montavimo vieta būtų prie vidinio sienos paviršiaus. Tačiau langą montuojant prie vidinio sienos paviršiaus, žemiausia vidinio paviršiaus temperatūra bus ne angokraštyje, o šalia jo, kaip parodyta 3.4.37 pav. Optimali šiuo atveju lango montavimo vieta yra apie 30 mm nuo vidinio sienos krašto (arba 400 mm nuo išorinio sienos krašto), kai žemiausia paviršiaus temperatūra angokraštyje ir ant vidinio sienos paviršiaus susilygina (šiuo atveju tai 9,7 oC), kaip parodyta 3.4.38 pav.


107

3.4.37 pav. Žemiausia temperatūra, kai langas sumontuotas prie vidinės

mūro sienos pusės

3.4.38 pav. Žemiausios vidinių paviršių temperatūros, kai langas

sumontuotas 30 mm nuo vidinės mūro sienos pusės Vidinio paviršiaus temperatūra svarbi dėl šaltų vidinių paviršių

jaučiamosios temperatūros ir dėl galimos drėgmės kondensacijos ant jų. Paviršiaus temperatūrą žmogus jaučia kaip spindulinius šilumos mainus. Todėl esant žemai paviršiaus temperatūrai, žmogus gali jausti šaltį net ir kai vidaus oro temperatūra pakankamai aukšta. Siekiant užtikrinti pakankamas vidaus mikroklimato sąlygas, kad žmogus nejaustų šalčio, turi būti palaikoma aukštesnė oro temperatūra, o dėl to padidėja šilumos nuostoliai. Pavyzdžiui, higienos normos reikalauja, kad vidaus oro ir atitvarų paviršių temperatūrų skirtumas būtų ne didesnis kaip 3 oC [29], bet langų konstrukcijose ir angokraščiuose dažnai tai yra sunkiai pasiekiama.

θsi = 7,8 ºC

θsi = 9,7 ºC


108

Kita labai svarbi priežastis reikalauti aukštesnės vidinio atitvaros paviršiaus temperatūros yra galima drėgmės kondensacija. Esant tam tikrai oro temperatūrai ir tam tikram santykiniam oro drėgnumui, paviršiaus temperatūra pasiekia rasos taško temperatūrą, kai ant paviršiaus prasideda vandens garų kondensacija. Kuo mažesnė paviršiaus temperatūra, tuo mažesniam santykiniam oro drėgnumui esant galima drėgmės kondensacija [29]. 3.4.39 pav. pavaizduotame grafike matome, kaip, keičiantis lango padėčiai sienos atžvilgiu, kinta žemiausia angokraščio vidinio paviršiaus temperatūra ir atitinkamai santykinis oro drėgnis, kuriam esant ant paviršiaus prasidės vandens garų kondensacija (kritinis santykinis oro drėgnis). Iš grafiko matyti, kad, kai langas sumontuotas prie vidinio sienos paviršiaus, žemiausia angokraščio paviršiaus temperatūra bus 10,8 oC (kai išorės oro temperatūra -23 oC), o santykinis oro drėgnis, kai šioje vietoje prasidės vandens garų kondensacija – 55 % (tai vidutinis oro drėgnumas gyvenamosiose patalpose). Kai langas sumontuotas prie išorinio sienos paviršiaus, žemiausia angokraščio paviršiaus temperatūra bus 3,6 oC (kai išorės oro temperatūra -23 oC), o santykinis oro drėgnis, kai šioje vietoje prasidės vandens garų kondensacija – 34 % (tai mažas oro drėgnumas, vadinasi, drėgmė šioje vietoje nesikondensuos tik esant labai sausam orui).

23456789

101112

0 100 200 300 400

Atstumas nuo išorinio sienos krašto, mm

Žem

iaus

ia te

mpe

ratū

raan

gokr

ašty

je, o C

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

Krit

inis

sant

ykin

is o

ro d

rėgn

is, %

Paviršiaustemperatūra

Santykinisoro drėgnis

3.4.39 pav. Žemiausios paviršiaus temperatūros ir kritinio santykinio oro

drėgnio priklausomybė nuo lango atstumo iki sienos išorinio krašto


109

Panašūs rezultatai gauti skaičiuojant sienos iš lengvų termoizoliacinių medžiagų (pavyzdžiui, keraminių blokelių arba dujų silikato) ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientą, kai langas sumontuotas sienos angokraščio viduryje. Apskaičiuota ilginio šiluminio tiltelio vertė sumažėja nuo 0,45 iki 0,05, nes sienos medžiaga mažai laidi šilumai, todėl mažiau šilumos praleidžia ir per mažesnį konstrukcijos storį.

Angokraščių temperatūros šiuo atveju bus aukštesnės, negu plytų mūro sienos (3.4.40 – 3.4.41 pav.; 3.4.5 lentelė), tačiau tendencija išlieka panaši, t.y., artėjant prie išorinio sienos krašto, žemiausia angokraščio paviršiaus temperatūra mažėja. Pagal gautus rezultatus taip pat galima apskaičiuoti santykinius oro drėgnius, kuriems esant prasidės vandens garų kondensacija. Lyginant su plytų mūro sienos skaičiavimo rezultatais, angokraščio paviršių temperatūros visais atvejais bus aukštesnės ir atitinkamai kritinis santykinis oro drėgnis bus didesnis, vadinasi drėgmė angokraštyje kondensuosis tik kai patalpos oras bus drėgnesnis.

3.4.40 pav. Lango, sumontuoto prie išorinės keraminių blokelių sienos

pusės, žemiausia angokraščio temperatūra

θsi = 9,0 ºC


110

3.4.41 pav. Lango, sumontuoto keraminių blokelių sienos viduryje,

žemiausia angokraščio temperatūra

3.4.42 pav. Lango, sumontuoto prie vidinės keraminių blokelių sienos

pusės, žemiausia angokraščio temperatūra

θsi = 11,0 ºC

θsi = 13,4 ºC


111

3.4.3 lentelė. Sienos iš keraminių blokelių ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento skaičiavimo rezultatai

Schema

Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo

koeficientas Ψ, W/(m·K), žemiausia angokraščio

temperatūra θsi, oC, kritinis santykinis oro drėgnis φi, %

U1

Sienos sluoksniai, R 2,5 m K/W,storis 400 mm

2·

Langas

Ψ = 0,30 W/(m·K) θsi = 9,0 oC φi = 49 %

U1


2·

Langas

Ψ = 0,05 W/(m·K) θsi = 11,0 oC φi = 56 %

U1


2·

Langas

Ψ = 0,45 W/(m·K) θsi = 13,4 oC φi = 66 %


112

3.4.3.2. Šiluminių tiltelių priklausomybė nuo sienos konstrukcijos Tolesnių tyrimų metu buvo siekiama nustatyti lango angokraščio

šiluminio tiltelio priklausomybę nuo sienos konstrukcijos. Tyrimui pasirinktas prie išorinio sienos krašto sumontuotas langas. Skaičiuoti tokie sienų variantai: plytų mūras; keraminiai blokeliai; plytų mūras apšiltintas iš išorės su vėdinamu oro tarpu; iš vidaus apšiltinta siena be angokraščio apšiltinimo; iš vidaus apšiltinta siena su papildomu angokraščio apšiltinimu.

3.4.4 lentelė. Įvairių konstrukcijų sienų ilginio šiluminio tiltelio šilumos

perdavimo koeficiento skaičiavimo rezultatai

Schema

Ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo

koeficientas Ψ, W/(m·K), žemiausia angokraščio

temperatūra θsi, oC, kritinis santykinis oro drėgnis φi, %

Plytų mūras0,75

5

, R m K/W,storis 00 mm

2·

U1

Ψ = 0,45 W/(m·K) θsi = 3,6 oC φi = 34 %

U1

Termoizoliaciniai sluoksniaiOro tarpas

Sienos sluoksniai, R 1 m K/W,storis 200 mm

2·

Langas

δ1 1, R

Ψ = 0,42 W/(m·K) θsi = 4,8 oC φi = 37 %

Keramikiniai blokeliai, R 2,5 m K/W,storis 400 mm

2·

U1

Ψ = 0,30 W/(m·K) θsi = 9,0 oC φi = 49 %


113

3.4.4 lentelė (tęsinys). Įvairių konstrukcijų sienų ilginio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficiento skaičiavimo rezultatai

Schema

Ilginio šiluminio tiltelio šilumos

perdavimo koeficientas Ψ, W/(m·K),

žemiausia angokraščio temperatūra θsi, oC,

kritinis santykinis oro drėgnis φi, %

U1

Termoizoliaciniai sluoksniai


2·

Langas

δ1 1, R

Ψ = 0,26 W/(m·K) θsi = 9,5 oC φi = 51 %

δ11

,R

U1

Termoizoliaciniai sluoksniai


2·

Langas

Ψ = 0,16 W/(m·K) θsi = 10,7 oC φi = 55 %

Pagal 3.4.4 lentelėje pateiktus skaičiavimų rezultatus, palankiausias

atvejis gaunamas, kai angokraštis yra papildomai apšiltinamas (3.4.43 pav.). Mažiausias linijinio šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas ir aukščiausia angokraščio vidinio paviršiaus temperatūra užtikrina mažą drėgmės kondensacijos ant angokraščio paviršiaus tikimybę. Panašūs rezultatai gaunami ir tada, kai langas sumontuotas toje pat plokštumoje kaip ir termoizoliacinis sluoksnis, montavimo metu nenaudojant šilumai laidžių medžiagų. Jeigu tarp sienos šilumos izoliacinės medžiagos ir lango konstrukcijos panaudojamos šilumai


114

laidžios medžiagos (3.4.44 pav. tarp termoizoliacinės medžiagos ir lango staktos yra plytų mūro sluoksnis), šiluminio tiltelio šilumos perdavimo koeficientas labai padidėja ir sumažėja angokraščio paviršiaus temperatūra.

3.4.43 pav.Iš vidaus apšiltinta siena su papildomu angokraščio apšiltinimu

3.4.44 pav.Iš išorės apšiltinta siena su vėdinamu oro tarpu

Plytų mūro sluoksnis

θsi = 10,7 ºC

θsi = 4,8 ºC

3.5. Šilumos taupymo priemonių ekonominis įvertinimas

115

3.5. Šilumos taupymo priemonių ekonominis įvertinimas Langų keitimas senos statybos pastatuose (bute, privačiame name,

įstaigoje) yra dažniausiai naudojama pastatų šiluminės renovacijos priemonė. Tai lemia nesudėtingas tokios priemonės įgyvendinimas (nebūtina iškart pakeisti visus langus, investicijas galima išdėstyti per tam tikrą laikotarpį, keitimas atliekamas nepriklausomai nuo oro sąlygų), aiškus ir iš karto tiesiogiai pajuntamas vidaus mikroklimato sąlygų pagerėjimas. Tačiau statybos ekonomikos požiūriu labai svarbu, kad pastatų renovacijai panaudotos investicijos atsipirktų. Toks požiūris pirmiausiai taikomas visuomeninės paskirties pastatams, kurių investiciniai šiluminės renovacijos projektai dažniausiai finansuojami visuomenės arba skolintomis lėšomis.

Langai praleidžia daugiau šilumos negu kitos pastatų atitvaros. Pavyzdžiui, senosios statybos sienų vidutinis šilumos perdavimo koeficientas U yra apie 1,0 W/(m2⋅K), o langų – apie 2,5 W/(m2⋅K). Taigi langai apie 2,5 karto laidesni šilumai negu sienos konstrukcijos, temperatūra ant langų vidinio paviršiaus žemesnė negu ant sienos vidinio paviršiaus, todėl žmonės prie lango jaučia šaltį. Kita senų langų problema yra jų kokybė. Seni langai dėl blogos kokybės per daug laidūs orui. Dideli šalto oro kiekiai prasiskverbia pro langų nesandarumus, padidėja šilumos nuostoliai, šiltoje patalpoje dėl šalto oro srautų susidaro blogos mikroklimato sąlygos, tai gali būti peršalimo susirgimų priežastimi. Trečia svarbi priežastis, kodėl reikia keisti langus, yra jų nusidėvėjimas. Seni mediniai langai dažnai būna išsikraipę arba netgi supuvę, jų išvaizda neatitinka šiuolaikinių reikalavimų. Kiekvienu iš šių atvejų yra skirtingi ekonominiai senų langų keitimo naujais aspektai.

Senas langas nauju gali būti keičiamas siekiant sumažinti pastato šilumos nuostolius. Būtina žinoti, kad seno dviejų stiklų Lietuvoje dažniausiai naudoto lango pakeitimas nauju su vienkameriniu stiklo paketu be mažo išspinduliavimo dangų ir užpildymo inertinėmis dujomis nesumažina arba tik nežymiai sumažina šilumos nuostolius per langą. Keičiant seną langą nauju siekiant pagerinti šilumos izoliacines savybes, turi būti pasirenkamas langas, kurio šilumos perdavimo koeficientas mažesnis už 2,5 W/(m2⋅K). Tokie yra langai su stiklo paketais, kurių stiklai padengti mažo šilumos išspinduliavimo (šilumą atspindinčiomis) dangomis, tarpstikliai užpildyti mažiau už orą laidžiomis dujomis. Stiklo


116

paketui gali būti naudojamas mažiau šilumai laidus skiriamasis rėmelis. Lango rėmas turi būti storesnis, su daugiau kamerų. Visos šios priemonės didina gaminio kainą, o jų atsipirkimo laikas priklauso nuo šiluminės energijos kainos.

Langų atsipirkimo laikas apskaičiuotas naudojant 3.5.1 lentelėje pateiktas orientacines šiluminės energijos kainas. Lentelėje nurodytos apytikslės vertės, mažiausios ir didžiausios kainos gali kisti dėl skirtingų kuro įkainių, kaloringumo, šildymo prietaisų efektyvumo.

3.5.1 lentelė. Palyginamosios energijos kainos (2001 m.)

Rūšis Mažiausia kaina, lt/kWh

Didžiausia kaina, lt/kWh

Elektros energija 0,24 0,40 Šilumos tinklai 0,15 0,18 Gamtinės dujos 0,07 0,13

Suskystintos dujos 0,10 0,13 Dizelinis kuras 0,20 0,27

Mazutas 0,04 0,05 Akmens anglis 0,06 0,17

Durpės 0,04 0,10 Mediena 0,03 0,06

3.5.2 lentelėje pateiktas įvairių langų paprastasis atsipirkimo laikas

keičiant seną langą su šilumos perdavimo koeficientu U = 2,5 W/(m2⋅K) į naują langą, (neįvertinant infliacijos, energijos kainos kilimo ir t.t.), kai šiluminės energijos kaina 0,15 Lt/kWh. Palyginimui pateiktos lentelės, kaip keisis šis atsipirkimo laikas šildymui naudojant elektros energiją (0,30 Lt/kWh – 3.5.3 lentelė) arba medieną (0,05 Lt/kWh – 3.5.4 lentelė).


117

3.5.2 lentelė. Eesamo lango pakeitimo nauju paprastasis atsipirkimo, taupant šilumą, laikas, kai šiluminės energijos kaina 0,15 Lt/kWh

Lango apibūdinimas

Lango kaina I, lt/m2

Lango šilumos

perdavimo koeficien-

tas U, W/(m2⋅K)

Šilumos perda-vimo

koeficien- tų

skirtumas ∆U,

W/(m2⋅K)

Paprastasis atsipirkimo laikas PB,

metai

Plastikiniai trijų kamerų rėmai, vienkamerinis stiklo paketas užpildytas argonu su viena mažo išspinduliavimo danga

357 1,4 1,1 23

Plastikiniai trijų kamerų rėmai, dvikamerinis stiklo paketas

368 1,9 0,6 43

Plastikiniai penkių kamerų rėmai, vienkamerinis stiklo paketas užpildytas argonu su viena mažo išspinduliavimo danga

423 1,3 1,2 25

Plastikiniai penkių kamerų rėmai, dvikamerinis stiklo paketas užpildytas argonu su dviem mažo išspinduliavimo dangomis

522 0,9 1,6 23

Pastabos: 1.Skaičiuojant pasirinkta, kad: patalpos oro ir šildymo sezono išorės

oro temperatūrų skirtumas ∆θ = 20,5 oC; šildymo sezono trukmė t = 192 paros; šiluminės energijos kaina E = 0,15 lt/kWh;

2. Neįvertintas šilumos taupymas dėl sumažėjusios šalto oro infiltracijos.


118


Lango apibūdinimas

Lango kaina I, lt/m2

Lango šilumos perdavi-

mo koeficien-

tas U, W/(m2⋅K)

Šilumos perda-vimo

koeficien- tų

skirtumas ∆U,

W/(m2⋅K)

Paprastasis atsipirkimo laikas PB, metai


357 1,4 1,1 11,5

Plastikiniai trijų kamerų rėmai, dvikamerinis stiklo paketas 368 1,9 0,6 21,6


423 1,3 1,2 12,4


522 0,9 1,6 11,5

Pastabos: 1. Skaičiuojant pasirinkta, kad: patalpos oro ir šildymo sezono išorės

oro temperatūrų skirtumas ∆θ = 20,5 oC; šildymo sezono trukmė t = 192 paros; šiluminės energijos kaina E = 0,30 lt/kWh;



119


Lango apibūdinimas

Lango kaina

I, lt/m2

Lango šilumos

perdavimo koeficien-

tas U, W/(m2⋅K)

Šilumos perda-vimo

koeficien- tų

skirtumas ∆U,

W/(m2⋅K)

Paprastasis atsipirkimo laikas PB,

metai


357 1,4 1,1 68,7


368 1,9 0,6 129,9


423 1,3 1,2 74,6


522 0,9 1,6 69,1

Pastabos: 1. Skaičiuojant pasirinkta, kad: patalpos oro ir šildymo sezono

išorės oro temperatūrų skirtumas ∆θ = 20,5 oC; šildymo sezono trukmė t = 192 paros; šiluminės energijos kaina E = 0,05 lt/kWh;


Atlikus analogiškus skaičiavimus nustatyta, kad medinių ir

aliumininių rėmų langų atsipirkimo laikas dar didesnis, nes tokie langai šiuo metu yra brangesni už plastikinių rėmų langus.


120

3.5.5 lentelė. Naujo lango atsipirkimo laikas esant skirtingoms kuro rūšims ir skirtingoms šiluminės energijos kainoms, kai senas langas, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 2,5 W/(m2⋅K), keičiamas langu, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,4 W/(m2⋅K) ir kaina 357 Lt/m2

Rūšis Mažiau-sia kaina, Lt/kWh

Didžiau-sia

kaina, Lt/kWh

Atsiperka esant

mažiausiai kainai, metai

Atsiperka esant

didžiausiai kainai, metai

Elektros energija 0,24 0,40 14,3 8,6 Šilumos tinklai 0,15 0,18 22,9 19,1 Gamtinės dujos 0,07 0,13 49,1 26,4 Suskystintos dujos 0,10 0,13 34,4 26,4 Dizelinis kuras 0,20 0,27 17,2 12,7 Mazutas 0,04 0,05 85,9 68,7 Akmens anglis 0,06 0,17 57,3 20,2 Durpės 0,04 0,10 85,9 34,4 Mediena 0,03 0,06 114,5 57,3

0

20

40

60

80

100

120

140

Elektro

s ene

rgija

Šilumos

tinkla

i

Suskyst

intos

dujos

Dizelin

is kura

s

Mazutas

Akmens

angli

s

Medien

a

Laik

as, m

etai

s

Esant mažiausiaikainai

Esant didžiausiaikainai

3.5.1 pav. Naujo lango, kurio šilumos perdavimo koeficientas

U = 1,4 W/(m2⋅K), atsipirkimo laiko priklausomybė nuo kuro rūšies (seno lango U = 2,5 W/(m2⋅K)


121

Pagal pateiktus skaičiavimus galima daryti išvadą, kad langų keitimas dažnai nėra ekonomiškai efektyvus, kadangi atsipirkimo laikas gana ilgas. Tačiau šiuo atveju reikia atkreipti dėmesį, kad skaičiavimuose nebuvo įvertintas šilumos taupymas dėl infiltracijos sumažėjimo (seni langai dažnai būna nesandarūs), patalpų mikroklimato pagerinimas dėl to kad padidėja langų vidinio paviršiaus temperatūra (nes naujų langų geresnės šilumą izoliuojančios savybės), sumažėja skersvėjų susidarymo galimybė (nes langai sandaresni), padidėja patalpos oro temperatūra (kai nepakankamas šildymo sistemos galingumas), pagerėja garso izoliacija, estetinė išvaizda, langų priežiūros galimybės (stiklo paketo viduje esančių stiklų paviršių nereikia valyti).

Naujoje statyboje arba keičiant visiškai susidėvėjusius langus, kai skaičiuojamas ekonominis efektas įvertinant tik pigiausio ir brangiausio variantų kainos skirtumą, visada racionaliau pasirinkti langus su geresnėmis šilumos izoliacinėmis savybėmis. Tai matyti iš 3.5.6 – 3.5.8 lentelėse pateiktų tyrimų rezultatų, kai įvairūs langai lyginami su langu, kurio kaina 330 lt/m2 ir šilumos perdavimo koeficientas U = 2,5 W/(m2⋅K). 3.5.7 ir 3.5.8 lentelėse pateikti skaičiavimo rezultatai, kai šiluminės energijos kainos 0,30 Lt/kWh ir 0,05 Lt/kWh.


122

3.5.6 lentelė. Paprastasis atsipirkimo taupant šilumą laikas, kai naujoje statyboje naudojami geresnių šilumos izoliacinių savybių langai, šiluminės energijos kaina 0,15 Lt/kWh

Lango apibūdinimas

Lango kaina

I, Lt/m2

Lango šilumos perdavi-

mo koeficien-

tas U, W/(m2⋅K)

Kainų skirtumas ∆I, Lt/m2

Šilumos perdavi-

mo koeficien-

tų skirtumas ∆U,

W/(m2⋅K)

Paprastasis atsipirki-

mo laikas PB, metai


357 1,4 27 1,1 1,7


368 1,9 38 0,6 4,5


423 1,3 93 1,2 5,5


522 0,9 192 1,6 8,5

Pastaba: Kainų skirtumas ∆I, Lt/m2, apskaičiuotas lentelėje nurodyto lango

kainą lyginant su pagaminto iš plastikinių trikamerinių rėmo profilių su stiklo paketu 4-16-4 lango kaina (330 lt/m2)


123


Lango apibūdinimas

Lango kaina

I, Lt/m2

Lango šilumos

perdavimo koeficientas U, W/(m2⋅K)

Kainų skirtu-mas ∆I, Lt/m2

Šilumos perdavimo koeficientų skirtumas ∆U,

W/(m2⋅K)

Paprasta-sis

atsipirkimo laikas PB, metai


368 1,9 38 0,6 2,2


357 1,4 27 1,1 0,9


423 1,3 93 1,2 2,7


522 0,9 192 1,6 4,2

Pastaba: Kainų skirtumas ∆I, Lt/m2, apskaičiuotas nurodyto lentelėje lango

kainą lyginant su pagaminto iš plastikinių trikamerinių rėmo profilių su stiklo paketu 4-16-4 lango kaina (330 lt/m2)


124


Lango apibūdinimas

Lango kaina

I, Lt/m2

Lango šilumos

perdavimo koeficientas U, W/(m2⋅K)

Kainų skirtu-mas ∆I, Lt/m2

Šilumos perdavimo koeficientų skirtumas

∆U, W/(m2⋅K)

Paprasta-sis

atsipirki-mo laikas

PB, metai


368 1,9 38 0,6 13,4


357 1,4 27 1,1 5,2


423 1,3 93 1,2 16,4


522 0,9 192 1,6 25,4

Pastaba: Kainų skirtumas ∆I, Lt/m2, apskaičiuotas nurodyto lentelėje lango kainą lyginant su pagaminto iš plastikinių trikamerinių rėmo profilių su stiklo paketu 4-16-4 lango kaina (330 lt/m2)

Pagal gautus skaičiavimų rezultatus matyti, kad naujojoje statyboje

arba keičiant langus naujais dėl senų langų susidėvėjimo ir blogos kokybės, dažnai apsimoka rinktis langą su geresnėmis šilumos izoliacinėmis savybėmis, nes šilumos taupymo priemonių atsipirkimo


125

laikas neilgas. Ypač tai apsimoka šildymui naudojant brangesnę šiluminę energiją.

Taip pat atlikta analizė, kaip geresnių šilumos izoliacinių savybių langų pasirinkimas priklauso nuo kuro rūšies ir šiluminės energijos kainos. 3.5.9 – 3.5.10 lentelėse pateiktos atsipirkimo trukmės, kai vietoj plastikinių trikamerinių rėmo profilių lango su stiklo paketu 4-16-4 pasirenkami 3.5.9 lentelėje aprašyti plastikinių trikamerinių rėmo profilių langai su stiklo paketu 4-16Ar-4E (tarpas tarp stiklų užpildytas argono dujomis ir vienas iš stiklų padengtas mažo šilumos išspinduliavimo danga) ir 3.5.10 lentelėje aprašyti plastikinių penkių kamerų rėmo profilių langai su stiklo paketu 4E-16Ar-4-16Ar-4E (du tarpai tarp stiklų užpildyti argono dujomis ir du stiklai padengti mažo šilumos išspinduliavimo dangomis).

3.5.9 lentelė. Lango atsipirkimo laikas, esant skirtingoms kuro rūšims ir

skirtingoms šiluminės energijos kainoms, kai vietoj lango, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 2,5 W/(m2⋅K), naudojamas langas, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,4 W/(m2⋅K)

Rūšis Mažiausia

kaina, Lt/kWh

Didžiausia kaina,

Lt/kWh

Atsiperka esant


Atsiperka esant


Elektros energija 0,24 0,40 1,1 0,6

Šilumos tinklai 0,15 0,18 1,7 1,4

Gamtinės dujos 0,07 0,13 3,7 2,0

Suskystintos dujos 0,10 0,13 2,6 2,0

Dizelinis kuras 0,20 0,27 1,3 1,0

Mazutas 0,04 0,05 6,5 5,2 Akmens anglis 0,06 0,17 4,3 1,5

Durpės 0,04 0,10 6,5 2,6 Mediena 0,03 0,06 8,7 4,3


126

0123456789

10

Elektro

s ene

rgija

Šilumo t

inklai

Suskyst

intos

dujos

Dizelin

is ku

ras

Mazutas

Akmens

angli

s

Medien

a

Truk

mė,

met

ai



3.5.2 pav. Lango, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 1,4 W/(m2⋅K)

atsipirkimo laiko priklausomybė nuo kuro rūšies 3.5.10 lentelė. Lango atsipirkimo laikas, esant skirtingoms kuro rūšims ir

skirtingoms šiluminės energijos kainoms, kai vietoj lango, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 2,5 W/(m2⋅K), naudojamas langas, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 0,9 W/(m2⋅K)

Rūšis Mažiausia

kaina, Lt/kWh

Didžiausia kaina,

Lt/kWh

Atsiperka esant


Atsiperka esant


Elektros energija 0,24 0,40 5,3 3,2 Šilumos tinklai 0,15 0,18 8,5 7,1 Gamtinės dujos 0,07 0,13 18,1 9,8 Suskystintos dujos 0,10 0,13 12,7 9,8 Dizelinis kuras 0,20 0,27 6,4 4,7 Mazutas 0,04 0,05 31,8 25,4 Akmens anglis 0,06 0,17 21,2 7,5 Durpės 0,04 0,10 31,8 12,7 Mediena 0,03 0,06 42,3 21,2


127

05

1015202530354045

Elektro

s ene

rgija

Šilumos

tinkla

i

Suskyst

intos

dujos

Dizelin

is ku

ras

Mazutas

Akmens

angli

s

Medien

a

Truk

mė,

met

ai



3.5.3 pav. Lango, kurio šilumos perdavimo koeficientas U = 0,9 W/(m2⋅K),

atsipirkimo laiko priklausomybė nuo kuro rūšies Galima atlikti ir langų atskirų sudedamųjų dalių panašią šilumos

taupymo priemonių, kaip ir pasirenkant langus, analizę, pavyzdžiui, stiklo paketų arba langų rėmų. 3.5.11 lentelėje pateikti paprastojo atsipirkimo laiko skaičiavimo rezultatai, kai vietoj paprasto stiklo paketo 4-16-4 (kurio kaina 77 lt/m2) pasirenkami kiti stiklo paketai su atitinkama kaina ir šilumos perdavimo koeficientais.

3.5.11 lentelė. Stiklo paketų su geresnėmis šilumos izoliacinėmis savybėmis

paprastasis atsipirkimo laikas, kai šiluminės energijos kaina 0,15 Lt/kWh

Stiklo paketai

Stiklo paketo kaina

I, Lt/m2

Šilumos perdavimo

koeficientas U, W/(m2⋅K)

Kainų

skirtumas ∆I, Lt/m2

Šilumos perdavimo koeficientų

skirtumas ∆U, W/(m2⋅K)

Paprasta-

sis atsipirki-mo laikas PB, metai

4-9-4-9-4 118 2,04 41 0,7 4,1 4-16-4E 104 1,40 27 1,34 1,4 4-16Ar-4E 106 1,13 29 1,61 1,3 4E-12Ar-4-12Ar-4E 177 0,72 100 2,02 3,5 4E-16TAr-4-16TAr-4E 236 0,65 159 2,09 5,4


Pateikti skaičiavimų rezultatai aiškiai rodo, kad renkantis langus tikrai apsimoka naudoti stiklus su mažo išspinduliavimo dangomis, tarpus tarp stiklų užpildyti argono dujomis, naudoti platesnius langų rėmų profilius. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad ekonominės sąlygos nuolat kinta (keičiasi gaminių ir energijos kainos), todėl prieš renkantis langus verta atlikti ekonominę įvairių variantų analizę, nepamirštant ir kitų svarbių sąlygų, pavyzdžiui, patalpų mikroklimatas, tikėtinas gaminių ilgaamžiškumas, estetinė išvaizda ir kt.

4. Langų pasirinkimas

129

4. LANGŲ PASIRINKIMAS Gyvenamųjų namų statyboje dažniausiai naudojami langai su

mediniais arba plastikiniais rėmais. Aliumininiai rėmai yra ilgaamžiai, stiprūs, lengvai prižiūrimi, tačiau jų šilumos perdavimo koeficientas didžiausias, tai reiškia, kad per rėmus prarandama daugiau šilumos, rėmo vidinio paviršiaus temperatūra mažesnė. Aliuminio šilumos imlumas lyginant su medžiu arba plastiku labai didelis, todėl būdamas arti medinio arba plastikinio lango, žmogus jausis geriau. Aliumininiai rėmai tinkamiausi ten, kur aukšti higienos, mechaninio atsparumo reikalavimai (viešbučiai, biurai, pramonė), ten jie ir turi būti naudojami. Langų su aliumininiais rėmais kaina didžiausia.

Langai su mediniais rėmais turi ilgiausias naudojimo tradicijas. Medinio rėmo šilumos perdavimo koeficientas nedaug skiriasi nuo plastikinių rėmų šilumos perdavimo koeficiento, o šilumos imlumas dar mažesnis. Todėl žmogaus savijautai geriausi būtent medinių rėmų langai. Tačiau šio privalumo nereikia suabsoliutinti, kadangi rėmas sudaro tik apie 20 – 30 % bendro lango ploto. Mediniai langai ilgaamžiai. Tinkamai prižiūrimas ir perdažomas langas gali tarnauti 50 metų. Medinis lango rėmas yra standus elementas, todėl į jį galima montuoti ir sunkesnius stiklo paketus. Parinkus gražią kokybišką medieną ir apdailos medžiagas, galima pagaminti langą, kuris atliks ne tik atitvaros funkciją, bet bus ir prestižinė pastato puošmena.

Plastikiniai langų rėmai naudojami neseniai, tačiau jie nuolat tobulinami. Plastikinio rėmo geometrija labai tiksli, todėl langų išvaizda yra tokia pat kaip ir kitų pramoninių gaminių. Plastikinis rėmas normalioje namų aplinkoje nereikalauja jokios ypatingos priežiūros, dažymo. Plastikiniai rėmai geriau negu mediniai tinka naudoti ten, kur neįmanoma arba sunku užtikrinti, kad patalpose nepadidėtų drėgmė. Didelė drėgmė dažniausiai būna senuose pastatuose, kai, senus nesandarius langus pakeitus naujais, nepakanka vėdinimo. Todėl daugiabučių namų renovacijai dažniausiai labiau tinka langai plastikiniais rėmais.

Pats plastikinis lango rėmas nėra standus elementas, todėl rėmo profilio pasirinkimas priklauso nuo to, kokio svorio ir storio stiklo paketas bus naudojamas. Šiuo metu rekomenduojama naudoti stiklo paketus su


130

mažo šilumos išspinduliavimo stiklu ir su inertinių dujų (Lietuvoje dažniausiai naudojamas argonas) užpildu.

4.1 pav. Plastikinis langas su 5 kamerų plastikiniu rėmu ir vienkameriniu

stiklo paketu

Tačiau išlieka klausimas, iš kiek stiklų turi būti sudarytas paketas. Naujo trijų stiklų (dviejų kamerų) stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas nedaug skiriasi nuo dviejų stiklų (vienos kameros) stiklo paketo šilumos perdavimo koeficiento. Panašios ir jų garso izoliacinės savybės. Tačiau lango naudojimo metu stiklo paketas veikiamas temperatūros ir drėgnio, vyksta senėjimo procesas, todėl blogėja stiklo šilumos atspindžio savybės ir sumažėja inertinių dujų koncentracija. Trijų stiklų stiklo paketo šilumos izoliacinės savybės išlieka geresnės ilgesnį laiką negu dviejų stiklų stiklo paketo, o praradus inertinių dujų užpildą ir įvykus šilumą atspindinčios dangos oksidacijai, trijų stiklų paketo šiluminės savybės apie 1,5 karto geresnės už dviejų stiklų paketo savybes.


131

4.2 pav. Vienkamerinis stiklo paketas Renovuojamiems gyvenamiesiems pastatams, ypač kai keičiami tik

langai, o neapšiltinamos sienos ir kitos atitvaros, pakanka naudoti dviejų stiklų paketus 3 kamerų plastikiniuose rėmuose.

4.3 pav. Plastikiniai langų profiliai Tokie langai kur kas pigesni, šiuos pastatus vis tiek būtina labiau

šildyti, nes mažos kitų atitvarų šiluminės varžos, o kitos pastato renovacijos metu tokius langus reikės dar kartą keisti. Langai mediniais rėmais naudotini naujiems arba pilnai rekonstruojamiems pastatams su geromis kitų atitvarų šilumą izoliuojančiomis savybėmis, jie turėtų būti su trijų stiklų paketais, užpildytais inertinėmis dujomis, ir su mažo šilumos išspinduliavimo stiklu.


132

4.4 pav. Medinis langas su dviejų kamerų stiklo paketu Siekiant pagerinti langų garso izoliacines savybes, reikia naudoti

paketus su skirtingo storio stiklais. Šiuose pastatuose naudotini ir langai plastikiniais rėmais, tačiau rėmai turi būti ne mažiau kaip 5 kamerų ir jų stiprumas turi būti pakankamas, kad atlaikytų trijų stiklų paketų apkrovą.

Statybos techniniame reglamente nustatyta norminė langų šilumos perdavimo koeficiento vertė 1,6 W/m2⋅K, todėl reikia rinktis langus, kurių nurodytas koeficientas ne didesnis kaip 1,6 W/m2⋅K. Ypač triukšmingose vietose galima naudoti ir aukštesnes negu 34 dB garso izoliacijos rodiklio vertes turinčius langus. Lango oro pralaidumas turi būti ne žemesnės kaip 2 klasės, daugiaaukščiams pastatams – ne žemesnės kaip 3 klasės. Vandens nepralaidumo vertė turėtų būti nustatyta esant ne mažesniam kaip 200 – 250 Pa slėgiui. Šie du techniniai parametrai labai priklauso nuo pastato vietos (uždara ar atvira, miesto centras ar pajūris).

Literatūra

133

LITERATŪRA

1. Residential Windows. A Guide to New Technologies and Energy Performance. John Carmody, Stephen Selkwitz and Lisa Heschong. USA. 1996.

2. RSN 143-92. Pastatų atitvarų šiluminė technika. Vilnius, 1992. 3. STR 2.05.01:1999. Pastatų atitvarų šiluminė technika.

Vilnius, 1999. 4. STR 2.05.01:2005. Pastatų atitvarų šiluminė technika.

Vilnius, 2005. 5. Langų modernizavimas Baltijos šalyse: problemos ir galimybės.

Tarptautinės konferencijos pranešimų medžiaga [Vilnius, 2000 m. balandžio 27 – 28d.]. Kaunas, 2000.

6. Pastatų šilumosaugos reikalavimai Baltijos šalyse. Tarptautinės konferencijos pranešimų medžiaga. Kaunas, 2001 m. gegužės 24 – 25 d.

7. LST EN ISO 10077–1:2003 lt. Langų, durų ir užsklandų šiluminės charakteristikos. Šilumos perdavimo apskaičiavimas. 1 dalis. Supaprastintas metodas (ISO 10077-1:2000). Lietuvos standartizacijos departamentas. 2003. 31 p.

8. LST EN ISO 8990:1999 lt. Termoizoliacija. Nuostoviojo šilumos perdavimo savybių nustatymas. Saugiosios karštos ir kalibruotos dėžės metodai (ISO 8990:1994). Lietuvos standartizacijos departamentas. 1999. 25 p.

9. LST EN ISO 12567-1 lt. Šiluminės langų ir durų charakteristikos. Šilumos perdavimo koeficiento nustatymas karštosios dėžės metodu. 1 dalis. Langų ir durų deriniai (ISO 12567-1:2000). Lietuvos standartizacijos departamentas, 2002. 41 p.

10. Karštos dėžės pirminės ir periodinės atestacijos metodika. KTU ASI Statybinės šiluminės fizikos laboratorija. 2003.

11. GOST 26602-85 Langai. Šilumos perdavimo koeficiento nustatymo metodas. 1985. 9 p.

12. B.Samajauskienė. Langų šiluminių savybių analizė. Magistro darbas. Kaunas, 2000. 37-43 p.

13. V.Barkauskas, V.Stankevičius. Pastatų atitvarų šiluminė fizika. Vadovėlis. Kaunas, Technologija, 2000. 286 p.

14. THERM 5 / WINDOW 5. NFRC Training Simulation Manual. Lawrence Berkeley National Laboratory, USA. July, 2002. 272 p.

Literatūra

134

15. M.Raudys. Langų konstrukcijos įtaka pastato šilumos nuostoliams. Magistro baigiamasis darbas. Kaunas, 2005. 71 p.

16. COST ACTION C13 Įstiklinimas ir su juo susiję pastatų atitvarų elementai. Tarpinė ataskaita. Architektūros ir statybos institutas. Kaunas, 2000.


18. A.Burlingis, B.Samajauskienė, J.Ramanauskas. An Influence of Outdoor Temperature on Thermal Performance of Windows With a Low-emissivity Glazings // ISSN 1392-3730 JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING AND MANAGEMENT. 2003. Vol IX. No 2. 115-121.


20. Dikavičius V., Samajauskienė B., Ramanauskas J. The Effect of Deflection of Insulated Glass Unit on Sound and Heat Transfer // ISSN 1392-1320 MATERIALS SCIENCE (MEDŽIAGOTYRA). Vol. 8, No. 4. 2002, p. 517-521.

21. I.V.Boriskina, A.A.Plotnikov, A.V.Zacharov Projektirovanije sovriemiennich okonnich sistem graždanskich zdanij. Maskva, 2003. 310 p. (rusų kalba).

22. R.Bliūdžius, V.Stankevičius. Statybinės šiluminės fizikos žinynas. Kaunas, Technologija, 2001. 90 p.

23. LST EN ISO 14683:2000 Statybinių konstrukcijų šilumos tilteliai. Ilginis šilumos perdavimas. Supaprastinti metodai ir nustatytosios vertės (ISO 14683:1999).

24. LST EN ISO 10211-1:2000 Statybinių konstrukcijų šilumos tilteliai. Šilumos srautai ir paviršiaus temperatūros. 1 dalis. Bendrieji apskaičiavimo metodai (ISO 10211-1:1995).

25. Jerzy A. Pogorzelski, Jaroslaw Awksientjuk. Katalog mostkow cieplnych Budownictwo tradycyjne. Instytut Techniki Budowlanej. Warszawa, 2003. 236 p.


Literatūra


28. RSN 156-94. Statybinė klimatologija. Vilnius, Rekona, 1995. 136 p. 29. Higienos normos HN 42:1999 Gyvenamųjų ir viešosios

paskirties pastatų mikroklimatas. Lietuvos higienos norma (Žin., 1999. Nr. 5-121). LR Sveikatos apsaugos ministerija, Vilnius, Baltijos kopija, 1999. 13 p.

Redagavo S. Lukošenkovaitė

SL 344. 2005-12-20. 8,5 leidyb. apsk. l. Tiražas 100 egz. Užsakymas 491. Kaina sutartinė.

Išleido leidykla „Technologija“, K. Donelaičio g. 73, 44029 Kaunas Spausdino leidyklos „Technologija“ spaustuvė, Studentų g. 54, 51424 Kaunas

Documents

LANGŲ ŠILUMINĖS SAVYBĖS · Langai tapo efektyvesni, jų gamybai pradėtas naudoti stiklas su mažo išspinduliavimo dangomis, inertinių dujų užpildai [1]. Tačiau ir šiuo