Окна и остекление зданий

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.