Исследования эффективности вентилируемых ограждающих и светопрозрачных конструкций с активной рекуперацией выходящего теплового потока. II часть

В последующих расчетах энергетической эффективности исследуемой конструкции использовались результаты измерений в областях оконного блока, свободных от влияния краевых эффектов. Результаты измерений в области краевых эффектов использовались при анализе процессов в целом. Для измерения расхода воздуха через ЭВОК и ЭВСОК использовались расходомеры с диаметром входного канала 100 мм.

Для определения общего характера движения воздушного потока устанавливались датчики визуализации потока. Направление воздушных потоков корректировалось соплами, установленными на щелях, а также вентиляторами, установленными на притоке и вытяжке воздушного потока.       

Фотографии экспериментального стенда приведены на рис. 3 и 4. В ходе исследований экспериментальные стенды совершенствовались и модернизировались. Установленные в климатической камере вентиляторы моделировали ветровую нагрузку и вытяжную тягу системы вентиляции в здании в целом.

  

                          

• оценка снижения теплопотерь из помещений через ограждающие и светопрозрачные конструкции в различных вариантах исполнения;
• определение наиболее подходящих материалов для использования в новом поколении ограждающих и светопрозрачных конструкций и их элементах;
• оптимизация расстояний между слоями основных конструкций и специальными теплоотражающими экранами различного исполнения;
• организация оптимизированной продольно-поперечной вентиляции в пространстве между слоями нового поколения ограждающих и светопрозрачных конструкций;
• разработка эффективного способа подачи наружного воздуха в пространство между наружным ограждающим слоем, экранами и ограждающей конструкцией (в случае со светопрозрачными конструкциями – в межстекольное пространство);
• разработка способов эффективного использования нагревшегося в пространстве между экранами воздуха с применением современного поколения рекуператоров, в том числе с рекуперацией тепла и влаги вентвыбросов с КПД более 90%.

Как уже отмечалось ранее [1], энергоэффективные вентилируемые ограждающие и светопрозрачные конструкции (ЭВОК и ЭВСОК) невозможно оценивать только по приведенному сопротивлению теплопередаче, т.к. в процессе  эксплуатации они функционируют во внешних условиях, которые изменяются в широком диапазоне. При этом вентилирование и теплосъём в воздушной прослойке непосредственно за внутренней поверхностью внешнего остекления или облицовочной панели осуществляется наружным воздухом в режиме работы приточных устройств системы приточно-вытяжной вентиляции.  

Для объективной оценки ЭВОК и ЭВСОК были предложены дополнительно [1] два показателя:  

1. Коэффициент уменьшения плотности выходящего теплового потока (Куп) при прохождении в центральной зоне ограждающей конструкции (определяет ориентировочно на сколько уменьшается выходящий тепловой поток и, соответственно, повышаются теплотехнические характеристики модуля ограждающей конструкции): 
   
   Куп = qт (ц) / qх (ц),  (1) 
   
   
2. Коэффициент рекуперации (возвращения) выходящего теплового потока (Крп), который определяется в процентах от плотности входящего теплового потока:

Крп = (qт (ц) – qх (ц)) х 100% / qт (ц), (2)

где: qт (ц) и qх (ц) – плотность теплового потока на поверхностях ограждающей конструкции с теплой и с холодной стороны (индекс «ц» – в центральной зоне модуля ограждающей конструкции).

Для каждой из испытанных экспериментальных конструкций определялись плотности выходящего теплового потока в различных зонах, а также на всех основных поверхностях.

Свидетельством эффективности предложенного авторами механизма снижения теплопотерь через ограждающие конструкции зданий являются замеры тепловых потоков с холодной стороны экспериментального образца (рис. 5) при выключенном и включенном режиме активной рекуперации выходящего теплового потока.

 

Испытания, представленные на рис.5, проводились с использованием одного из вариантов экспериментального стенда (рис.2 б). При этом, помимо изначального наружного простого стекла М1 и отнесенного на 140 мм от него однокамерного стеклопакета 4Их16х4, в межстекольном пространстве на относе 64 мм от наружного стекла был установлен светопрозрачный экран из К-стекла с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, а на относе 100 мм от наружного стекла был установлен дополнительный светопрозрачный экран из К-стекла с теплоотражающим покрытием, также обращенным в теплую сторону. 

На начальном этапе испытаний (измерения 1 – 10) оба вентилятора (на приток и вытяжку) были отсоединены и убраны из холодильной камеры, на торцы вентиляционных каналов были установлены заглушки. Холодильная камера работала до установления стационарного режима. Временной интервал между измерениями составлял 15 минут.

После установления стационарного режима (без отключения холодильной установки) оперативно были установлены и включены оба вентилятора (на приток и на вытяжку), которые обеспечивали работу механизма активной рекуперации выходящего теплового потока. На входе воздушного потока было оборудовано распределительное сопло толщиной 10 мм и щель 3 мм, а на выходе – распределительное сопло толщиной 10 мм. Вентиляторная стойка в холодной части климатической камеры все время была включена, обеспечивая выполнение требований ГОСТ 26602.1-99.

Все остальные измерения (11 – 40) проводились в условиях функционирования механизма активной рекуперации выходящего теплового потока. На рис.5 представлены данные измерения выходящего теплового потока с холодной стороны светопрозрачной конструкции в различных областях (сверху, по центру и внизу по центральной вертикальной оси, а также сбоку по центральной горизонтальной оси). 

Из обсуждаемого рисунка очевидна эффективность влияния предложенного механизма активной рекуперации на величину выходящего теплового потока – в различных областях он снижается (измерения 20 – 40) в 8 – 12 раз по сравнению с первоначально установившимся потоком (измерения 2 – 10).      

Результаты исследований наиболее показательных вариантов конструкций ЭВСОК приведены на рис. 6 – 8.

Вариант 1 (рис.6) – наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, и отнесенная на 140 мм спаренная рама с одним внешним простым стеклом, на расстоянии 30 мм от наружного стекла установлен светопрозрачный теплоотражающий экран из К-стекла с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону (по бокам щели 30 мм, низ качественно проклеен скотчем, вверху распределительное сопло 10 мм и щель 5 мм),  два вентилятора на приток и вытяжку с расходом 26 м³/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на выходе распределительное сопло 10 мм. Экран установлен, как «стационарное остекление». Вентиляторная стойка включена.

Вариант 2 (рис.7) – наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, и отнесенная на 140 мм спаренная рама с двумя простыми стеклами, на расстоянии 70 мм от наружного стекла установлен непрозрачный теплоотражающий экран из алюминиевой фольги (по бокам, сверху и внизу экрана оставлены щели), два вентилятора работают на приток и вытяжку с расходом 26м³/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на выходе – распределительное сопло 10 мм. Вентиляторная стойка выключена.

Вариант 3 (рис.8) – наружное К-стекло с теплоотражающим покрытием, обращенным в теплую сторону, и на расстоянии 140 мм от него – спаренная рама с двумя простыми стеклами, на 30 мм от наружного стекла установлен светопрозрачный теплоотражающий экран из К-стекла (по бокам и внизу экрана щели 30 мм, которые проклеены скотчем, вверху расположено сопло и щель 5 мм), два вентилятора работают на приток и вытяжку с расходом 26 м³/ч. На входе воздушного потока установлены распределительное сопло 10 мм и щель 3 мм, на выходе – распределительное сопло 10 мм. Вентиляторная стойка включена.

         

    

Основные результаты проведенных в 2013 – 2014 годах исследований сведены в таблицы 1 – 3.

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальной схемой №4 (Рис. 2 г) – тепловые потоки

 

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальной схемой №2 и №5 (Рис. 2 б и 2 д) – тепловые потоки

 

Таблица 3

Результаты испытаний светопрозрачных конструкций в соответствии с экспериментальной схемой №3 и №5 (Рис. 2 в и 2 д) – тепловые потоки  

Пояснения к таблицам 1 – 3:

• СПК/ЭС№ – описание исследуемой светопрозрачной конструкции/соответствие номеру экспериментального стенда по рис.2;
• ТЭ – наличие (или отсутствие) теплоотражающего экрана в межстекольном пространстве и его описание;
• П – показания приточного расходомера, м³/час;
• qх, qт – плотности выходящего теплового потока с холодной и теплой стороны светопрозрачной конструкции, Вт/м²;
• Rоф – условное сопротивление теплопередаче светопрозрачной конструкции, определяемое в соответствии с [6], как ΔТ/qх, м² ºС/Вт;
• Куп – коэффициент уменьшения плотности выходящего теплового потока, отн.ед.; 
• Крп – коэффициент рекуперации (возвращения) выходящего теплового потока, %;
• ΔТ – разница температур в холодной и теплой частях климатической камеры, ºС;
• К-стекло – низкоэмиссионное стекло с твердым теплоотражающим покрытием;
• И-стекло – низкоэмиссионное стекло с мягким теплоотражающим покрытием;
• Примечание 1 – данные приведены для конструкции, соответствующей ГОСТ 23166 – 99 «Блоки оконные. Общие технические условия»;
• Примечание 2 – теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 12 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону;
• Примечание 3 – то же, что и в Примечании 2, но работал только вытяжной вентилятор, а приточный был выключен; измерения проводились по приточному расходомеру;
• Примечание 4 – теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 30 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону;
• Примечание 5 – то же, что и в Примечании 4, но работал только вытяжной вентилятор, а приточный был выключен; измерения проводились по приточному расходомеру;
• Примечание 6 – теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону;
• Примечание 7 – 1-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в холодную  сторону, 2-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 100 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону;
• Примечание 8 – 1-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 64 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую  сторону, 2-й теплоотражающий экран в виде К-стекла расположен на расстоянии 100 мм от наружного стекла, покрытие обращено в теплую сторону;
• Примечание 9 – на расстоянии 12 мм от наружного остекления в качестве теплоотражающего экрана был временно установлен и зафиксирован однокамерный стеклопакет 4Их16х4 (внешнее И-стекло с теплоотражающим покрытием, направленным в теплую сторону, внутреннее простое стекло, в межстекольном пространстве – воздух), работал только вытяжной вентилятор;
• Примечание 10 – в данном варианте ЭС №2 была проведена оптимизация условий подачи воздушного потока и увеличен расход воздуха;
• Примечание 11 – в данном варианте ЭС №3 были включены вентиляторы на приток и на вытяжку с расходом 26 м³/час;
• Примечание 12 – в данном варианте ЭС №3 было установлено наружное К-стекло с покрытием в теплую сторону, работали оба вентилятора с  расходом воздуха 26 м³/час;
• Примечание 13 – в данном варианте ЭС №3 на расстоянии 70мм от наружного К-стекла были установлены жалюзи из полированной алюминиевой фольги толщиной 12 мкм, работали оба вентилятора с  расходом воздуха 26 м³/час.