Рыкова и ГА. Так что, можно не считать, или Возвращаясь к напечатанному

Статья сотрудников НИИСФ РААСН В.А, Могутова, А.А. Верховского, Г.В. Рыкова и ГА. Потаповой затронула серьезную проблему, которая возникла в связи с ужесточением норм энергоэффективности остекления.

В настоящее время теплотехнические характеристики того или иного стеклопакета являются одним из факторов, влияющих на выбор покупателя, утверждают авторы. И они, конечно, правы. Действительно, при выборе остекления потребитель ориентируется на цифры, предоставляемые продавцом. При этом цифры эти зачастую не соответствуют действительности, ведь получены они (как отмечают авторы) при помощи грубых расчетов. Далее авторы сравнивают результаты измерений и расчеты, проведенные ими при помощи двух программ. Рассматривая экспериментальные данные в качестве точных, они приходят к выводу, что расчетные данные почти всегда завышены (порой значительно) и применять их на практике нецелесообразно. Для усиления эффекта приводятся данные о сравнении проведенных в авторитетном финском центре VTT испытаний и расчетов, подтверждающих мысль авторов. Однако по прочтении статьи у нас, постоянно работающих в области расчетов и испытаний светопрозрачных конструкций, возникло желание сказать несколько слов, которые в результате отлились в довольно большой по объему комментарий. Начать хочется с того, что ничего шокирующего или неожиданного в самом факте различий между измерениями и расчетами нет.

В упоминаемом в статье стандарте EN 673 даже есть существенное замечание: "Данная методика предназначена для сравнения теплотехнических характеристик вариантов остекления между собой" (аналогичные фразы есть и в международных стандартах на испытания). Данный стандарт рассматривает вариант остекления (даже не стеклопакет, а просто сочетание стекол и газов между ними) без учета каких-либо краевых эффектов, с упрощенной моделью конвекционных процессов и другими упрощениями. И при этом результаты на сложном для расчета стеклопакете с низкоэмиссионным стеклом отличаются от эксперимента менее чем на 25%! Отметим сразу, что разница между расчетом по этой методике и экспериментом в большинстве случаев, по нашим дачным, не выходит за пределы 20% и даже менее. Второй момент: в данной статье почему-то расчет изначально ставится в неравноценное с экспериментом положение. Именно он "виноват" в наличии расхождения. Но ведь это не совсем справедливо.

Во всей статье есть только одна цифра, дающая представление о точности эксперимента. Про измерения по EN I 241 2, проведенные в VTT, сказано, что погрешность метода (но не конкретного измерения) составляет ±3%. А вот оценки погрешности проведенных авторами экспериментов нет. Это тем более странно, что один из авторов - главный метролог. Между тем, погрешности в подобных экспериментах могут достигать 30%. Мы были бы рады ошибиться и поздравить авторов, если они смогут привести данные, доказывающие, что погрешности испытаний на их оборудовании не выходят за пределы 5%. Такой работы авторы, нам кажется, не проводили.

Хотя бы потому, что начинать, в этом случае, надо было бы с определения точного состава газовой смеси в каждом образце и коэффициентов эмиссии стекол с покрытиями. Вызывает также большие вопросы выбор программ для сравнения. Кстати, упомянутых программ Windows 4.1 и Glas не существует.

Точнее, всемирно известная операционная система MS Windows к расчету параметров остекления не имеет никакого отношения. На самом деле, авторы имели в виду, видимо, программы Window 4.1 и Glass (версия не указана, а их несколько). Можно было бы это счесть за опечатку, но по тексту статьи они везде называются именно так, с "перебежавшим" "s". Понятно, что это просто программы, которые были у авторов "под рукой", потому что про них нельзя сказать, что они лучшие или самые точные. Сразу оговоримся, что у нас претензий к разработчикам этих программ нет, просто существуют и другие программы, их довольно много, а сравнивают их редко. Только относительно программы Glass хотелось бы сразу сделать замечание: эта программа выпускается фирмой Pilkington и предназначена для расчетов вариантов остекления только со стеклами Pilkington. Причем от версии к версии набор доступных для расчета стекол подгоняется под текущий модельный ряд все того же Pilkington.

База данных, в которой хранится информация о стеклах, серьезно защищена, поэтому нет возможности проверить те параметры, которые Pilkington приписывает своим стеклам, или добавить в нее стекла других производителей. Если авторы статьи смогли "вскрыть" эту базу, то это большая удача для них. В описании к программе утверждается, что она осуществляет расчет по EN 673, о недостатках которого сказано выше. Более того, известно, что в программе никак не учитывается конвекция, на чем ее неоднократно "ловили". Для рекомендуемых в EN 673 для целей сравнения климатических параметров (на улице 0°С, в помещении 1 5°С) конвекция в подавляющем большинстве случаев - лишь малая добавка, но искусственно выбрав "тяжелый" случай можно почувствовать, что создатели программы Glass из Швеции ее просто откинули.

Поэтому расчеты, сделанные с ее помощью, нельзя сравнивать с измерениями по ГОСТ 26602.1 -99, который предусматривает значительно больший перепад температур. В статье, кстати, о параметрах эксперимента ничего не сказано, но, видимо, имелись в виду следующие параметры: холодная сторона -24°С, теплая сторона +20°С. Не говоря уже о том, что экспериментальные стеклопакеты состояли, видимо, не из стекол Pilkington. Впрочем, о том, что про образцы и эксперимент ничего толком не известно, уже сказано выше. Отдельно хочется отметить, что программа Window хорошо известна во всем мире и уже длительное время развивается, совершенствуясь от версии к версии. Эта программа разработана в США, имеет прекрасную репутацию и хорошо проверена. В отличие от Glass, для пользования Window требуется специальная подготовка и грамотная постановка задачи.

Так как мы не являемся экспертами по этой программе, то и результаты расчета по ней мы комментировать не беремся. Далее, авторы справедливо отмечают, что экспериментально можно определить только приведенное сопротивление теплопередачи, а значит, результаты расчетов тоже должны давать эту величину. Так как рассматривавшиеся программы позволяют рассчитать сопротивление теплопередачи центральной части стеклопакета (то есть вдали от краевой зоны), авторы пересчитывают полученные значения в приведенное сопротивление теплопередачи. К сожалению, не совсем понятно, как они это делают. А это, как нам представляется, один из интересных результатов работы авторов. Итак, что же в итоге?

Результаты экспериментов и расчетов расходятся на 25-30%. При этом авторы справедливо отмечают, что это красноречиво свидетельствует о том, что краевые зоны стеклопакета имеют большое значение. А также о том, что расчет по EN 673 имеет ограниченную применимость в условиях России. И в этом мы полностью согласны с авторами статьи. Даже неоднократно высказывали подобные суждения в своих публикациях.

Интересно отметить утверждение авторов статьи о том, что результаты расчетов завышены по сравнению с экспериментальными данными. Простейший анализ показывает, что так и должно быть - практически все технологические нарушения в процессе изготовления стеклопакетов приводят к увеличению теплопроводности (снижению сопротивления теплопередаче) стеклопакета: нарушение герметичности - к увеличению конвекции; не полное заполнение инертным газом - к увеличению теплопроводности газового промежутка; окисление мягкого низкоэмиссионного покрытия - к увеличению коэффициента эмиссии; маслянистая пленка на стеклах - к увеличению коэффициента эмиссии), а при расчете считается, что все сделано правильно. В заключение хотелось бы немного порассуждать о вопросе, вынесенном в заглавие: а стоит ли вообще заниматься расчетами, когда есть такие замечательные экспериментальные методики?

Тут же ответим на него: да, стоит. Этот ответ для нас очевиден (читатель вряд ли ожидал другого ответа, не так ли?). Приведем несколько аргументов. При проектировании нового здания, сооружения или какой-либо светоограждающей конструкции проектанту необходимо знать возможные для него варианты остекления, приемлемые с точки зрения оптических и тепловых характеристик. При проектировании всегда рассматривается множество вариантов и на испытания каждого в реальном масштабе (а масштаб, как все уже поняли, имеет огромное значение - вспомним о влиянии "краевых зон" и т.п.) нет ни времени, ни средств. Очевидно, что выбор должен делаться на основании расчета. Эксперимент имеет свои ограничения. Температура холодной стороны стеклопакета обычно не опускается ниже -30°С.

В то же время, расчет можно провести и для температур в -50°С и ниже, которые в России бывают, и не редко. Причем именно в тех регионах, где более всего заинтересованы в высоких теплозащитных свойствах остекления. Контроль качества. Это та область, где расчетные и экспериментальные методики дополняют друг друга.

Сравнивая результаты испытаний конкретного образца и его расчетные характеристики, можно выявить его недостатки (такие, как несоответствие газовой смеси, качество низкоэмиссионного покрытия и т.п.). Расчетные методики постоянно совершенствуются, в том числе благодаря колоссальному количеству экспериментов, проводимых по всему миру. Да, пока не все эффекты удается смоделировать с достаточной точностью.

Есть сложности с учетом краевых зон и супернизкоэмиссионных покрытий. Но, во-первых, эти эффекты можно учесть при помощи поправочных коэффициентов, а во-вторых, они возникают в незначительном числе случаев. В статье рассмотрены двухкамерные стеклопакеты, в том числе содержащие низкоэмиссионные стекла.

Вообще-то сразу можно сказать, что почти все они удовлетворяют любым требованиям по теплосбережению, что показывают и расчет, и эксперимент. На практике уже этого результата было бы достаточно. Но более новые методики, дающие возможности более тонкой настройки, позволяют сделать достаточно точные расчеты и для таких стеклопакетов. Что интересно: авторы сравнивают результаты расчетов по стандарту EN 673 "Стекло в строительстве - Определение термического пропускания (U) - Расчетный метод" с результатами измерений по стандарту EN 7 24 Т 2 "Окна и двери - Теплопроводность -Метод откалиброванного и герметичного закрытого теплого ящика", а не с результатами измерений по стандарту prEN 674 "Стекло в строительстве - Определение термического пропускания (U) - Метод защищенной горячей пластины" или prEN 675 "Стекло в строительстве - Определение термического пропускания (U) - Метод теплового потока", о ведь стекло и окно это розные вещи!