В современных жилых и общественных зданиях площадь окон составляет 20-35% от площади стен, в производственных зданиях этот показатель имеет более высокое значение. Конструкции окон и дверей, являясь одними из основных элементов ограждающих конструкций, оказывают непосредственное влияние на создание необходимого микроклимата и обеспечение санитарно-гигиенических условий в помещениях, показатели единовременных затрат и эксплуатационных расходов и формирования архитектурного облика здания в целом.
Известно, что из всех видов ограждающих конструкций окна и двери имеют наименьшее значение сопротивления теплопередаче и воздухопроницанию и являются главными источниками потери тепла в зданиях. В холодный период года теплопотери через окна могут достигать 40% от общих теплопотерь здания. Поэтому совершенствование конструкций окон и дверей и повышение их теплотехнических качеств имеет важное хозяйственное значение.
Основная масса зданий, построенных по типовым проектам, оснащена окнами с двухслойным раздельным остеклением в спаренных деревянных переплетах, а в некоторых климатических зонах – с трехслойным остеклением с спарено-раздельных переплетах. Расчетное значение сопротивления теплопередаче широко применяемых деревянных окон с двухслойным остеклением составляет 0,39 м2 оС/Вт, а с трехслойным - 0,53 м2 оС/Вт.
Однако действительные теплотехнические качества таких конструкций, из-за дефектов отдельных элементов, значительно ниже расчетных и поэтому не отвечают требованиям энергосбережения и нормируемым параметрам микроклимата и комфортности в помещениях.
Анализ зарубежных данных, результаты сертификационных испытаний и опыт ряда отечественных производственных предприятий свидетельствуют о реальной возможности значительно сократить потери тепла через светопрозрачные конструкции за счет внедрения новых энергоэффективных окон. Принятые Минстроем России Изменения №3 к СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» предусматривают значительное поэтапное увеличение сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций. Однако, решение этой проблемы с помощью окон с двойным остеклением в деревянных переплетах практически невозможно.
Переход на трехслойное остекление окон, как одной из основных мер обеспечения энергосбережения в зданиях, не даст должного экономического эффекта, так как требует значительного увеличения расхода дерева и стекла и, соответственно, стоимости конструкций. Окупаемость таких изделий составит 25-30 лет. Устройство трехслойного остекления в раздельных деревянных переплетах существенно снизит и световую активность окон (примерно на 20%), что потребует соответствующего увеличения площади световых проемов и создаст дополнительные потери тепла. Повышение теплозащитных качеств окон возможно только путем кардинального изменения их конструктивных решений и использования новых эффективным материалов и изделий, а также совершенствования строительных норм и правил проектирования.
В Западной Европе и США пути снижения потребления энергии при эксплуатации зданий начали активно искать в 70-х годах в связи с возникновением нефтяного кризиса и резким ростом стоимости энергии. В связи с этим были разработаны и освоены промышленностью новые виды окон с переплетами из полимерных материалов и светопропускающими элементами из стеклопакетов, имеющих высокое значение сопротивления теплопередаче.
Рациональным новым материалом для изготовления переплетов новых видов окон и дверей является стеклопластик на основе полиэфирным смол. Широкому применению стеклопластиков для изготовления переплетов окон и дверей способствует возможность получения из этого материала изделий в виде профилей сложного поперечного сечения высокопроизводительными способами непрерывного формования – пултрузией.
Разработанные в последние годы за рубежом новые виды окон и дверей из стеклопластиков применяются в России. Они имеют существенные преимущества по сравнению с аналогичными конструкциями из дерева и ПВХ, поэтому целесообразность производства и массового их применения при строительстве зданий различного назначения не вызывает сомнений.
Стеклопластик имеет низкое значение коэффициента теплопроводности (k=0,3 Вт/ м2 оС), благодаря чему переплеты из этого материала отличаются высоким сопротивлением теплопередаче. По показателям прочности стеклопластик близко к алюминию. Высокая прочность профилей из стеклопластика не требует установки в них усиливающих стальных элементов, как это имеет место в профилях из поливинилхлорида. Выполненные НИИСФ испытания переплетов окон различных конструкций из стеклопластиков показали, что они имеют среднее значение сопротивления теплопередаче Rпер.= 0,68 м2 оС/Вт.
Основным элементом энергоэффективных окон, обеспечивающим высокое сопротивление теплопередаче и снижение теплопотерь, являются стеклопакеты. Наибольший эффект даст применение однокамерных стеклопакетов, для изготовления которых используются специальные теплоотражающие стекла с селективным покрытием, а также стеклопакетов с заполнением прослойки между стеклами инертными газами (аргон, ксенон).
Теплоотражающие стекла с селективным покрытием изготавливают многие зарубежные фирмы, наиболее известными из которых являются «Пилкингтон» и «Сан-Гобен». Применение стекол с селективными покрытиями позволяет решать различные светотехнические и теплотехнические задачи, ограничивая потери тепла или проникновение солнечного излучения в помещение. При этом могут быть учтены особенности функционального назначения здания (жилое, административное), его ориентация относительно сторон света, климатические условия, конструктивное решение и др.
Среди различных видов теплоотражающих стекол характерным представителем может являться стекло, выпускаемое фирмой «Сан-Гобен» под названием «Эко-Плюс». Это бесцветное флоатстекло, покрытое слоем металлического оксида методом пиролиза в ходе флоат-процесса в горячем состоянии. Покрытие устойчиво к образивному воздействию, коррозии, моющим средствам и не разрушается с течением времени.
Стекло «Эко-Плюс» обладает пониженным эмиссивитом, который характеризует его способность вторично излучать поглощенное тепло. Чем ниже эмиссивит, тем меньше теплообмен между стеклом и окружающей средой. Использование стекла с низким эмиссивитом в двухслойных стеклопакетах дает более высокую степень теплоизоляции за счет снижения пропускания длинноволнового теплового излучения.
Низкоэмиссивитное стекло, установленное в стеклопакете, представляет собой «зеркало», отражающее тепловые лучи и позволяющее сохранить в помещении тепло, вырабатываемое обогревающими устройствами и осветительными приборами. В районах с жарким климатом такое стекло уменьшает передачу тепла снаружи внутрь помещения. Таким образом, оно позволяет экономить на отоплении и кондиционировании воздуха при эксплуатации зданий.
В табл.1 даны сравнительные характеристики обычного и теплоотражающего стекла Эко-Плюс.
Таблица 1
Примечание. Сравнительные показатели даны для стекол толщиной 4 мм и однокамерных
и двухкамерных стеклопакетов с толщиной воздушных прослоек 12 мм.
Результаты теплотехнических испытаний показывают, что приведенное сопротивление тепропередаче окон и дверей с переплетами из стеклопластиков, в зависимости от конструктивного решения и применяемых в них стеклопакетов, может составлять от 0,38 до 0,60 м2 оС/Вт. Благодаря высокой точности изготовления, сопротивление воздухопроницанию таких конструкций значительно превосходит нормируемые показатели, принятые в действующих СНиП для окон и балконных дверей.
Окна и двери с переплетами из стеклопластиков, остекленные однокамерными стеклопакетами, обеспечивают изоляцию от внешнего городского транспорта до RA=32 дБ.
Результаты теплотехнических и акустических испытаний опытных образцов окон с распашными и раздвижными створками, полученные НИИСФ, приведены в табл.2.
Выполненные ИЦ «Стройполимертест» сертификационные испытания профилей из стеклопластиков фирмы «Инлайн Файберглас» (Канада), используемых для переплетов окон и дверей, показали, что они соответствуют требованиям, предъявляемым нормативной документацией (ТУ 21-5744710-62-93) к аналогичной продукции и превосходят их по показателям прочности при растяжении и модулю упругости в 8 раз, по ударной вязкости в 20 раз, по изменению линейных размеров в 7 раз. Долговечность окон и дверей с переплетами из стеклопластиков оценивается более чем в 25 лет эксплуатации.
Сравнительные технико-экономические показатели окон с переплетами из дерева, стеклопластика и алюминия приведены в табл.3.
Опыт применения в отечественном и зарубежном строительстве окон и дверей с переплетами из стеклопластиковых профилей показывает, что соответствуют, а по некоторым показателям превосходят требования действующих ГОСТ и СНиП. Стеклопластиковые профили являются универсальными и благодаря гибкости конструктивной системы позволяют изготавливать высококачественные окна и двери различных архитектурных форм и очертаний согласно ГОСТ или по индивидуальным заказам, в том числе для выполнения работ по реконструкции и реставрации зданий, представляющих историческую или архитектурную ценность. Окна и двери устойчивы к атмосферным воздействиям, имеют идеально гладкие поверхности и не нуждаются в ремонте и окраске в течение всего срока эксплуатации конструкций.
Таблица 2
Таблица 3
В заключение следует отметить, что применение для устройства естественного освещения помещений зданий новых технически и эстетически более совершенных конструкций окон и дверей из стеклопластика позволит снизить энергопотребление на отопление зданий на 20-25% по сравнению с традиционными конструкциями.
При существующей высокой стоимости тепловой энергии, величина которой постоянно растет, возможно за счет ее сбережения окупить разницу в относительно более высокой стоимости окон и дверей из стеклопластика по сравнению с аналогичными конструкциями из дерева за 1-2 года.
На конструкции окон и дверей с переплетами из стеклопластиковых профилей Госстрой России выдал Сертификат соответствия.
Автор: Ю.П. Александров, к.т.н. , АО "ЦНИИПромзданий
Источник: "ОКНА и ДВЕРИ", № 5/97