Окна в зданиях, обладая необходимыми теплозащитными качествами, должны обеспечивать требуемый световой комфорт в помещении и иметь достаточную воздухопроницаемость для естественной вентиляции.
Действующие нормативы устанавливают следующие требования к окнам жилых зданий:
- термическое сопротивление теплопередаче не менее 0,6 м2 К/Вт;
- сопротивление воздухопроницанию - не менее 0,56 м2∙ч∙Па/кг;
- механические показатели и другие требования зависят от конструкции и материалов, из которых изготовлен оконный блок. [4].
По конструкции все окна состоят из светопропускаемых и непрозрачных частей. В качестве заполнения светопропускаемой части окон используют стеклопакеты и стёкла различной толщины.
Придание стеклу энергосберегающих свойств связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения (например, от отопительного прибора). Поэтому стекла с низкоэмиссионными покрытиями называют «селективными стеклами». [41].
|
|
Характеристикой энергосбережения является излучательная способность (эмиссия) стекла, под которой понимают способность стеклянной поверхности пропускать коротковолновое солнечное излучение и отражать длинноволновое, не видимое человеческим глазом тепловое излучение (рис. 4.34.).
Рисунок 4.34. Электромагнитный спектр излучения
Численной характеристикой излучательной способности стекла является эмисситент поверхности Е – чем ниже эмисситент, тем меньше потери тепла. У обычных стёкол Е составляет 0,83, а у селективных – 0,04 и даже ниже, т.е. свыше 90 % тепловой энергии отражается обратно в помещение (рис. 4.35.).
Рисунок 4.35. Принцип действия энергосберегающего стекла
В настоящее время в качестве энергосберегающих наибольшее распространение получили два типа покрытия: К-стекло (Low-Е) – твёрдое низкоэмиссионное покрытие и I-стекло (Double Low-E) – мягкое низкоэмиссионное покрытие. [16].
Стёкла с такими покрытиями полностью прозрачны для видимого спектра света, но отражают инфракрасное излучение, что приводит к значительному повышению теплоизоляционных свойств стеклопакета.
К-стекло практически невозможно отличить невооруженным взглядом от обычного стекла. Главными преимуществами K-стёкол являются устойчивость энергосберегающего покрытия к атмосферным воздействиям, возможность закаливания и ламинирования.
I-стекло по своим теплосберегающим качествам в 1,5 раза превосходит K-стекло. Однако технология нанесения покрытия требует использования дорогостоящего оборудования с системой магнетронного напыления.
|
|
За время отопительного сезона энергосберегающий эффект от оконной конструкции средних размеров, остеклённой стеклопакетами с I-стеклом в составе, эквивалентен сжиганию жидкого топлива (мазут, солярка) общей массой до 300 кг.
К недостаткам можно отнести то, что I-стёкла не являются стойкими к атмосферным воздействиям и поэтому используются только в стеклопакетах.
Применение энергосберегающих стеклопакетов помогает снизить затраты на отопление или кондиционирование помещений. Главным параметром, определяющим теплоизоляционные свойства, является коэффициент термического сопротивления R – величина, обратная коэффициенту теплопередачи.
Ниже приведены значения R для различных конструкций (м2∙К/Вт):
- обычное стекло – 0,17;
- обычный однокамерный стеклопакет – 0,34;
- стеклопакет с тремя стёклами – 0,47;
- однокамерный стеклопакет с K-стёклами – 0,54;
- однокамерный стеклопакет с I-стёклами – 0,76;
- однокамерный стеклопакет с I-стёклами с заполнением камеры аргоном – 0,9 (рис. 4.36.). [27].
Рисунок 4.36. Однокамерный стеклопакет
с нанесением теплоизоляционного покрытия и заполнением межкамерного пространства аргоном
Применяемые в настоящее время в России окна можно условно разделить на три группы:
- деревянные окна;
- окна из поливинилхлоридного профиля (ПВХ профиля);
- окна из алюминиевого профиля.
Деревянные окна выпускаются, в основном, двух видов:
- оконные блоки типа ОЗС с толщиной коробки 100-140 мм с тройным остеклением или стеклопакетом (рис. 4.37.). Сопротивление воздухопроницаемости значительно меньше, чем у окон алюминиевого и ПВХ профилей;
- оконные блоки толщиной коробки менее 100 мм с однокамерным или двухкамерным стеклопакетом (возможно наличие энергосберегающих покрытий и заполнение межкамерного пространства аргоном).
Рисунок 4.37. Деревянные оконные блоки
Окна отличаются высоким качеством изготовления и, как следствие, высокой ценой. Частично импортируется из Финляндии, Германии или Швеции. Древесина обрабатывается специальной защитной пропиткой от влаги, насекомых и воздействия солнца. В окнах весьма точная подгонка деталей, коробка и створки со временем почти не дают усадки.
Окна из ПВХ-профиля (рис. 4.38.) с различными видами стёкол и стеклопакетов имеют два и более специальных воздушных зазора, так называемых камер. [23].
В качестве светопропускающей части используются, как правило, однокамерные и двухкамерные стеклопакеты с применением энергосберегающих стекол (в основном, «К-стекло»). Для повышения сопротивления теплопередаче пространство между стёклами в стеклопакете заполняется инертными газами, чаще всего аргоном.
Окна из трёхкамерного ПВХ-профиля имеют очень высокое сопротивление воздухопроницанию (до 9 м2∙ч∙Па/кг), что ограничивает их использование в жилых зданиях. Для решения этой проблемы фирмы-производители предлагают различные варианты (вентиляционные клапаны, специальное положение ручки, установку в верхней части оконных коробок или створок специальных вентиляционных плёнок с регулируемой системой для притока воздуха), однако они недостаточно проверены экспериментально.
Рисунок 4.38. Окна из ПВХ-профиля
Основными преимуществами таких окон являются простота монтажа, герметичности и возможность открытия створок в нескольких плоскостях.
Окна из алюминиевого профиля (в основном это трёхкамерный алюминиевый профиль с термопрокладками) имеют низкое сопротивление теплопередаче (0,35–0,42 м2 К/Вт), вследствие чего в холодное время года имеет место конденсация влаги на внутренних поверхностях профиля. Для достижения требуемого сопротивления теплопередаче необходим стеклопакет. Эти оконные блоки также характеризуются очень высоким сопротивлением воздухопроницанию, что ограничивает их применение в зданиях с естественной вентиляцией (рис. 4.39.).
|
|
Преимуществами окон из алюминиевого профиля являются:
- практически неограниченная долговечность;
- высокая прочность и устойчивость к деформации и другим воздействиям окружающей среды;
- лучшая ремонтопригодность по сравнению с другими типами окон;
- отсутствие особого ухода.
При любой конструкции окон площадь световых проемов должна быть минимально допустимой по нормам естественной освещенности. Оконные проемы должны обеспечивать световой, тепловой и шумовой комфорт в помещениях и иметь достаточную воздухопроницаемость для работы естественной вентиляции.
При выборе того или иного конструктивного исполнения окон должны учитываться следующие факторы:
- архитектурно-градостроительная и экономическая значимость здания;
- функциональное назначение здания;
- показатели сопротивления теплопередаче и воздухопроницанию.
Рисунок 4.39. Окна из алюминиевого профиля
Профиль окна пассивного дома обязан соответствовать теплотехническим стандартам. Применяются, как правило, одна из двух концептуальных конструкций окон:
- не открывающиеся;
- с автоматической функцией открывать/закрывания для проветривания.
- В пассивном доме используются три вида стеклопакетов:
- вакуумные стеклопакеты: 1-камерные (два стекла) или 2-камерные (три стекла), заполненные низко-теплопроводным аргоном или криптоном;
- стеклопакеты, собранные по принципу стеклоблоков;
- стеклопакеты с тёплой дистанцией (дистанционная рамка изготовлена из резины и пластика, при этом категорически не допускается примыкания металла рамки к стеклу).
Применяется более герметичная конструкция примыкания окон к стенам, утепляются оконные проёмы. Стёкла обрабатываются особым образом – закаливаются во избежание теплового шока, покрываются диоксидной солнцеотражающей и энергосберегающей плёнкой. Иногда для дополнительной теплоизоляции на окнах устанавливают ставни, жалюзи или шторки.
|
|
Как правило, используются специальные двухкамерные стеклопакеты с коэффициентом теплопроводности (для окна в целом: профиль плюс оконное стекло) 0,77 Вт/(м∙К). Толщина и вес таких окон значительно превышают параметры стандартных. Профиль угловых окон также дополнительно утеплён на их стыке. Их герметичность обеспечивают специальные фартуки. В процессе строительства очень важно точное соединение всех элементов и материалов. Для получения максимальной герметичности применяют специальные ленты для склеивания кровельной плёнки, клеи и изоляционные оболочки, уплотнительные массы для мест прохождения труб сквозь стены пассивного дома.
Установка рольставен (роллет) позволяет увеличить тепловое сопротивление оконного блока на 20-30 % (термическое сопротивление роллетной конструкции 0,18-0,27 м2∙К/Вт). [18].
Самые большие окна направлены на юг (в северном полушарии) и приносят в среднем больше тепла, чем теряют.
4.8.14. Теплосберегающая низкоэмиссионная плёнка для окон
В последние годы специалисты всего мира ведут борьбу за уменьшение теплопотерь в зданиях. Чтобы тепло не уходило через крышу, утепляют верхнее ограждающее перекрытие. Чтобы стены были теплосберегающими, разрабатывают стеновые строительные материалы с пустотами и микропустотами внутри. Пресекают утечку тепла через окна, монтируя в проемы металлопластиковые окна с утепляющими прокладками между створками и герметиком между рамой и стеклом. Однако неохваченной остается большая площадь стекол, которая, как известно, должна составлять 1/7–1/8, но не меньше 1/10 от площади комнаты. То есть, чем больше помещение, тем большие по размеру окна должны пропускать в нее свет. Именно стекла, контактирующие с морозом на улице, становятся ледяными, покрываются изморозью и наледями, пропуская холод в помещение.
Для снижения потерь тепла через остекление разработана инновационная технология по производству плёнок с нанесенным на них тончайшим слоем редкоземельных металлов (серебра и платины), благодаря чему снижается теплопропускающая способность защищённого ею стекла (рис. 4.40.). Такая теплозащитная плёнка для окон называется низкоэмиссионной за свою способность понижать эмиссию – передачу тепла.
Теплосберегающая плёнка для окон почти не влияет на светопропускную способность стекла, но способна препятствовать выходу из помещения тепловой энергии. Зимой энергосберегающая пленка сократит теплопотери через стёкла на 40-50 %. Соответственно, летом такая плёнка не пропускает тепло уже внутрь помещения, оберегая людей от жары и создавая комфортны условия проживания или работы. [31].
В сравнении с полной заменой окон можно отметить следующие преимущества оклейки стёкол низкоэмиссионной плёнкой:
- значительное снижение капитальных затрат;
- отсутствие сопутствующих затрат на перевозку и монтаж окон, заделку оконных проемов и т. д.;
- низкоэмиссионная плёнка – это солнцезащита селективного типа, она пропускает в помещение свет видимого спектра, но отражает инфракрасное излучение и, частично, ультрафиолетовое;
- плёнка оберегает стекло от последствий взрыва или удара твёрдым предметом, удерживая стекло в раме и препятствуя его разлетанию на мелкие осколки.
Рисуноук 4.40. Теплосберегающая низкоэмиссионная плёнка
Теплосберегающая плёнка для окон – удобный и выгодный вариант утеплить помещение, не меняя деревянные рамы на современный пластик. Это не маловажно, потому, что пластик совсем не пропускает воздух, оконные рамы «не дышат» и это служит причиной запотевания стёкол и духоты в помещении, которую не преодолеть без кондиционера или постоянного проветривания.
Таким образом, сбережение экологичных деревянных рам способствует экологичности всего помещения.
Разумеется, кроме комфортного существования в помещении, где зимой станет теплее, а летом – прохладнее, оклейка стёкол низкоэмиссионной пленкой приносит и экономический эффект.
4.8.15. Водяной тёплый пол
Водяной теплый пол – это полноценная система отопления, альтернатива классической радиаторной системе отопления (вопреки бытующему обратному мнению). Система экономит от 20 до 50 % энергии.
Суть технологии водяного теплого пола сводится к монтажу между полом и напольным покрытием сети мини трубопроводов (контуров теплого пола), по которым циркулирует теплоноситель – нагретая вода (температура от 35 до 45 °С). [12]. Поэтому водяной тёплый пол называют еще «низкотемпературной системой отопления». Благодаря этому поверхность пола нагревается и отдаёт своё тепло окружающему воздуху (рис. 4.41.).
Рисунок 4.41. Водяной пол
Система водяного теплого пола обеспечивает равномерный обогрев всей площади помещения: без «горячих» и «холодных» (как у радиаторов) мест, без горизонтального перемещения воздуха и т.п. (рис. 4.42., 4.43.).
Рисунок 4.42. Обогрев пола
Мягкое и ровное тепло, отсутствие сквозняков и переноса пыли, уют и исключительный комфорт, оптимальное распределение температуры, экономичность – всё это позволяет считать теплый пол системой отопления близкой к идеальной.
Рисунок 4.43. Неравномерность распределения температур
при радиаторном отоплении
Равномерное распределения тепла, помимо комфорта, позволяет использовать более низкие температуры теплоносителя: в водяных теплых полах она составляет 30-50 °С (в радиаторе 75-95 °С), в зависимости от применяемых покрытий пола, типа укладки трубы, теплопотерь помещения и требуемой тепловой нагрузки.
Таким образом, являясь низкотемпературной обогревательной системой отопления, водяной теплый пол позволяет дополнительно сэкономить ресурсы на производство тепловой энергии и использовать альтернативные источники энергии, например, тепловые насосы и солнечные коллекторы, которые лучше всего работают с низкотемпературными системами.
По сравнению с традиционными радиаторами температура в помещении может быть снижена на 2 ºС (без изменения в ощущении тепла человеком), обеспечивает около 12 % сбережения потребляемой энергии.
Поскольку водяной теплый пол является системой, работающей на крайне низких температурах, уменьшаются также потери в подающем трубопроводе между источником тепла и потребителем.
Тёплый пол приобрёл широкую популярность ещё в 80-е годы ХХ века и является в настоящее время самой распространённой отопительной системой, обладающей многочисленными техническими и эксплуатационными преимуществами по сравнению с традиционными радиаторными системами.