Конструкции светопрозрачных ограждений подвержены силовым и не силовым воздействиям: снаружи на них воздействуют ветровые нагрузки, атмосферные осадки, переменные температура и влажность воздуха, солнечная радиация, шум, пыль и водорастворимые химические примеси в атмосферной влаге; изнутри – потоки тепла и пара, шум. Оконные и балконные заполнения также должны вписываться в архитектурный облик всего здания, легко монтироваться, быть ремонтнопригодными.
Установлено, что в зимний период теплопотери через окна жилых зданий составляют порядка 22…30 % (через стены 18…27 %) общих потерь тепла зданием. Это говорит о том, что какой бы хорошей не была дополнительная теплозащита стен, без проведения мероприятия по сокращению теплопотерь через окна, она не даст ожидаемого эффекта.
Согласно «Изменению № 3 СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» требуемое сопротивление теплопередаче окон изменилось не более чем в 1,5 раза (для стен в 2,5…3 раза). Фактически, значения сопротивлений теплопередаче окон зданий опорного жилищного фонда отличаются от нормативных гораздо более, чем в полтора раза. Главной причиной такого отклонения является их воздухопроницаемость, вызванная проникновением холодного воздух в межстекольную полость окон (соответственно и внутрь помещений), через не плотности и щели в притворах переплетов и фальцев (четвертей со стеклами). Это вызывает усиленную конвекцию воздуха в межстекольной полости и влечет снижение теплозащитной способности, нередко более, чем в три раза по сравнению с новыми нормами.
В новых нормах установлено, что воздухопроницаемость светопрозрачных ограждений жилых зданий должна быть такой, чтобы через каждый квадратный метр оконных и балконных заполнений в помещение проникало за час не более 6 кг воздуха. Это ограничение величины воздухопроницаемости позволяет уменьшить теплопотери.
Проблема воздухообмена через окна и воздухонепроницаемости окон в настоящее время особенно актуальна, и между этими факторами существует непосредственная связь. Изготовителей современных окон, как правило, упрекают в том, что создаваемые ими окна с высокой степенью уплотнения вместе с тем отрицательно воздействуют на условия микроклимата в жилых помещениях, что приводит к необходимости проведения определенных мероприятий в устройстве вентиляции. Ее чаще всего организовывают за счет периодического открывания соответствующих отверстий в окнах, обеспечивающих гарантированное поступление внутрь помещений требующегося количества свежего воздуха. Причем за такой вентиляцией должны следить жильцы домов, которым необходимо разъяснять, что правильная организация воздухообмена означает обеспечение необходимой, соответствующей потребностям вентиляции, а не длящегося часами открывания окон.
Задача воздухообмена (вентиляции) – гарантировать качество воздуха в зависимости от назначения помещения, обеспечить достаточный приток воздуха при включенных газовых плитах и создать определенное движение воздуха, исключающее возможность образования конденсата.
Требования к уплотнению окон устанавливаются нормами не только по воздухопроницаемости, но и с точки зрения предотвращения неконтролируемого проникания дождевой влаги через швы в окнах, которое может привести к повреждению стен здания в местах оконных и балконных проемов. От уплотнения в большей степени, чем теплозащита, зависит изоляция помещений от шума. Исследования проведенные в Германии показали, что звукоизоляция с помощью системы остекления и переплетов лишь тогда может составлять 100 %, когда коэффициент проницаемости швов (a), будет меньше 1. При увеличении коэффициента проницаемости швов (a) до 3 изоляция звука с помощью остекления снижается до 60…70 %. Это означает, что остекление окон, которое может изолировать шум до 40 дБ, при неплотных окнах со значением коэффициента (a) от 3 до 4, может обеспечить изоляцию шума не более 28 – 30 дБ.
Таким образом, теплозащитные свойства окон – это не только проблема экономии энергии, но и условие обеспечения комфортных условий внутри помещений.
Конструктивно-технологические решения окон и балконных дверей
Требования, предъявляемые в настоящее время к окнам, за исключением требований к внешнему виду, как правило, могут быть удовлетворены при использовании трех основных видов материалов – древесины, пластмассы и алюминия, а так же их комбинации. Каждый материал характеризуется специфическими свойствами, которые могут способствовать как достоинствам, так и недостаткам конструкции. Свойство материалов, а также воздействие окружающей среды и предъявляемые к ним требования следует принимать в расчет как при изготовлении, так и при монтаже окон и их эксплуатации.
Главными требованиями являются сохранение формы под воздействием климатических факторов, длительный срок службы, небольшие затраты на содержание и ремонт и благоприятное влияние на микроклимат помещения.
За последние два-три года российский рынок окон и балконных дверей претерпел существенные изменения.
Освоенные западными производителями в 80-е годы конструкции деревянных и поливинилхлоридных (ПВХ) окон с применением стеклопакетов, поворотно-откидных приборов и новых типов уплотняющих прокладок уверенно вытесняют из индивидуального и коттеджного строительства России низкокачественные деревянные окна отечественного производства.
Современные конструкции окон привлекают к себе, прежде всего удобством эксплуатации красивым внешним видом, а также высокими показателями по сопротивлению воздухопроницанию и звукоизоляции.
Базовыми элементами этих конструкций являются стеклопакеты. Основой для их широкого применения стало освоение новых мобильных и относительно недорогих технологий с применением надежных герметиков и термополированных стекол.
Варьируя различными видами стекол и пленок с теплоотражающими (и другими) покрытиями, межстекольными расстояниями и составом газонаполнения стеклопакетов, можно изготавливать окна с любыми заданными параметрами в пределах возможности основного конструктивного решения.
Сложность состоит в точном определении этих возможностей и правильном выборе конструкций окон с учетом эксплуатационных характеристик температурных, ветровых и др. нагрузок, присущих климатическим условиям России.
Многих потребителей окон в России беспокоит вопрос о возможности применения ПВХ окон в условиях отрицательных температур. Сейчас можно с уверенностью сказать, что поливинилхлоридные профили, сертифицированные в системе Минстроя России и прошедшие испытания на долговечность в независимом испытательном центре «Стройполимертрест», могут применяться при минусовых температурах – 40 °С. Ведущие германские фирмы «КВЕ», «Gealan», «Rehau» провели испытания и подтвердили возможность эксплуатации своих изделий при температуре - 50С. Поэтому применение ПВХ профилей в конструкциях окон (с учетом рекомендаций Минстроя России, установленных в сертификатах соответствия) не вызывает опасения, тем более, что ПВХ профили успешно проходят гигиенические испытания в организациях санэпидемнадзора России и других стран.
Что касается ценовых показателей, то практика западного рынка показывает, что качественные окна из древесины дороже аналогичных из поливинилхлорида (хотя для условий российского производства соотношения ценовых показателей могут быть иными).
Сложность применения новых конструкций в условиях России состоит в другом: результаты испытаний стеклопакетов на долговечность показывают, что герметичность стеклопакетов может быть гарантирована (при строгом соблюдении технологии их изготовления) в течении 10…15 лет эксплуатации. Потеря герметичности влияет на образование конденсата внутри стеклопакета в холодные периоды года и снижение коэффициента светопропускания. С точки зрения теплозащиты, стеклопакет может работать еще длительное время. Однако при условии заполнения стеклопакета газом или использовании стекол с теплоотражающим покрытием потеря герметичности резко изменит эксплуатационные показатели изделия.
Технология изготовления стеклопакетов, качество применяемых герметиков и организация контроля качества на российских предприятиях, изготавливающих стеклопакеты, в настоящее время являются наиболее слабым местом в общем процессе производства окон и балконных дверей.
Теоретически опасность разгерметизации стеклопакета усиливается при его эксплуатации при температурах – 30 оС и ниже. В этих условиях следует применять конструкции, в которых стеклопакет защищен от резких температурных перепадов впереди стоящим стеклом, т.е. конструкция, «стекло + стеклопакет» по аналогии с ГОСТ 24699-81.
В настоящее время в стеклопакетах иногда применяют стекла с нанесенными на их поверхность определенных покрытий на основе оксидов металлов, стойких к атмосферным воздействиям. Существуют два типа такого рода покрытий: «твердое» (К-стекло) и «мягкое» (Е-стекло).
К-стекло получают на заводе методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза). Получение Е-стекла предусматривает нанесение на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий. Технология нанесения требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления.
Тем не менее, наивысшее термическое сопротивление имеют конструкции с применением газонаполненных стеклопакетов (заполнение криптоном) с теплозащитными стеклами, и в Северной климатической зоне без применения таких конструкций трудно обеспечить нормируемое сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей.
Другой проблемой является узкая коробка (до 60 мм) ряда конструкций окон из ПВХ и деревянных окон со стеклопакетами, что повышает возможность образования мостиков холода на границе узлов примыкания к стеновым панелям. Увеличение ширины коробки удорожает и без того дорогостоящие изделия. Опасность возникновения «мостиков холода» накладывает дополнительные требования к качеству монтажа изделий и правильному проектированию узлов примыкания. Следует отметить, что проектирование узлов примыкания и выбор материалов для заполнения монтажных зазоров должны учитывать изменение линейных размеров окон ПВХ, возникающее при эксплуатации этих изделий (зависящее также от способа крепления коробок окон к стенам проема). Российским производителям стандартных конструкций деревянных окон необходимо усилить работу по модернизации этих изделий на базе применения новых светопрозрачных элементов, уплотняющих прокладок и фурнитуры.