Все об окнах

© Закрытое акционерное общество "Технологический парк Могилев" - ЗАО "ТПМ"

Перепечатка текстов, использование иллюстраций только с письменного согласия ЗАО "ТПМ" 

Справки по тел. + 375 222 299909 или info@technopark.by МИКЦЭ

	Цели: рассмотреть назначение и основные характеристики окон и стеклопакетов; научить производить сравнительные расчеты эффективности применения стеклопакетов с различным сопротивлением теплопередаче; акцентировать внимание на взаимосвязь экономии энергии и состояния окружающей среды; стимулировать интерес к практическому применению полученных знаний и навыков. Использование солнечной энергии приобретает все растущее значение. В качестве источника энергии она практически неисчерпаема и ее использование не приводит к выделению вредных веществ. При этом нужно различать активное и пассивное использование солнечной энергии. Для активного использования солнечной энергии применяются установки для подготовки горячей воды (солнечные коллекторы) или для получения электроэнергии (фотогальванические установки). Пассивное использование солнечной энергии подразумевает улавливание и использование солнечного тепла для обогрева помещений, например, посредством: специального расположения здания и его окон по отношению к сторонам света; применения специальных теплоулавливающих окон и других светопрозрачных ограждающих конструкций.
	Требования, предъявляемые к окнам  должны соответствовать определенным нормам. Стандартами определяются следующие технические требования: сопротивление теплопередаче; воздухо- и водопроницаемость (пять классов: от А до Д; класс А – наименьшая проницаемость); звукоизоляция (семь категорий: от 0 до 6; категория 6 – наибольшее снижение шума); сопротивление ветровой нагрузке (пять классов: от А до Д; класс А – наибольший перепад давления); коэффициент пропускания света (пять классов: от 1 до 5; класс 1 - наибольший коэффициент).
	Окна - это прозрачные ограждающие конструкции здания. Они нужны для того, чтобы рационально использовать солнечный свет, обеспечить комфорт в жилом помещении и санитарные нормы в офисном или производственном. Кроме того, они позволяют с удобством смотреть на улицу, проветривать помещение, защищают его от холода и шума.
	Принцип использования пассивной энергии базируется на парниковом эффекте, который в данном случае является полезным и желаемым. Проникающая солнечная энергия поглощается в помещении и остается в здании, уменьшая затраты на отопление.
	Вместе с тем, через окна дом теряет очень много тепла. По данным термографических обследований частных домов сделан вывод, что на окна приходится более 40% потерь энергии. На обычной фотографии и на тепловом изображении фасада, полученном при помощи тепловизора, видно распределение температур. Шкала соответствия температур и цвета показана справа на термограмме. Например, синему цвету соответствует - 4,7оС, а желтому цвету соответствует +1,4оС. По термограмме видно, что поверхности окон намного теплее, чем поверхность стен (в некоторых местах температура окон выше на 5 градусов чем температура стен). Кроме того, видно, что теплоизоляция стен тоже плохая, так как через стены «видны» теплые радиаторы отопления (зеленый цвет на термограмме).
	Из курса физики известно, что тепло передается посредством теплопроводности (перенос теплоты атомами и молекулами в процессе их теплового движения), конвекции (перенос теплоты потоками вещества), а также тепловым излучением. Наибольшие потери тепла через остекление происходят именно третьим способом – через излучение. На долю теплопроводности и конвекции приходится около 30% тепла, покидающего помещения через окна, а на долю излучения – остальные 70%. Тепловое излучение – это процесс передачи теплоты с помощью электромагнитных волн. Или, проще говоря, предметы, нагретые внутри помещения, излучают тепло. Невооруженным глазом этого увидеть нельзя, но можно представить, что излучение почти беспрепятственно преодолевает прозрачные конструкции. Это можно увидеть на снимке, сделанном тепловизором.
	Для того чтобы максимально избежать возможных потерь тепла через окна, уже на стадии проектирования здания необходимо учитывать некоторые основные правила: •  с северной стороны здания тепловой баланс всегда отрицательный, поэтому окна с этой стороны нужно планировать только такого размера, чтобы гарантировалась достаточная степень освещенности внутренних помещений; •  южный фасад должен иметь большие площади окон. В соответствии с основным  правилом может иметь силу соотношение оконных площадей Север : Восток/Запад : Юг = 1 : 2 : 3, что соответствует доле оконных площадей 10% : 20% : 30%.
	Перед окнами и прозрачными ограждающими конструкциями нельзя устанавливать отопительные приборы, так как при этом будут очень большие потери тепла из помещения. С другой стороны, с задней стороны радиаторов отопления рекомендуется установка теплоотражающих экранов, что позволяет существенно уменьшить потери тепла.
	Для того чтобы снизить потери тепла через окна были изобретены стеклопакеты. Стеклопакетом называют блок из двух и более оконных стекол, расстояние между которыми образуется за счет дистанционной рамки. По всему периметру стеклопакета дистанционная рамка специального профиля склеивается с оконными стеклами через двухступенчатое уплотнение из бутила и полисульфида, чем достигается герметичность. Внутри стеклопакета находится осушенный воздух или инертный газ. Срок службы стеклопакета зависит от тщательности изготовления этой системы. Например, если в пространство между стеклами при изготовлении стеклопакета или во время его эксплуатации попадает влажный воздух, то поверхности стекол запотевают и теряют свою прозрачность.
	Стеклопакеты в зависимости от назначения подразделяют на следующие виды: •  стеклопакеты общестроительного назначения; •  стеклопакеты строительного назначения со специальными свойствами: •ударостойкие; •энергосберегающие; •солнцезащитные; •морозостойкие; •шумозащитные. К окнам и балконным дверям предъявляется ряд требований, которые должны соответствовать определенным нормам. Стандартами определяются следующие технические требования: •  сопротивление теплопередаче; •  воздухо­ и водопроницаемость (пять классов: от А до Д; класс А – наименьшая проницаемость); •  звукоизоляция (семь категорий: от 0 до 6; категория 6 – наибольшее снижение шума); •  сопротивление ветровой нагрузке (пять классов: от А до Д; класс А – наибольший перепад давления); •  коэффициент пропускания света (пять классов: от 1 до 5; класс 1 ­ наибольший коэффициент). Кроме того, к окнам и балконным дверям предъявляются и другие требования: •  требования надежности; •  требования стойкости к внешним воздействиям; •  требования эргономики; •  конструктивные требования.
	Условное обозначение стеклопакета состоит: из обозначения типа и характеристики применяемого стекла (вид стекла и его толщина), расстояния между стеклами, вида газонаполнения, высоты, ширины, толщины стеклопакета, вида стеклопакета и обозначения стандарта. Примеры условного обозначения стеклопакетов: •  однокамерного стеклопакета, состоящего из двух листовых стекол толщиной 4 мм марки М1, с расстоянием между стеклами 16 мм, заполненного аргоном, высотой 1500 мм, шириной 800 мм, толщиной 24 мм, общестроительного назначения: Стеклопакет СПО 4M1­16Ar­4M1 1500х800х24 ГОСТ 24866­99. •  двухкамерного стеклопакета, состоящего из трех листовых стекол толщиной 4 мм марки М1 с расстоянием между стеклами 12 мм, заполненного воздухом, высотой 1500 мм, шириной 800 мм, толщиной 36 мм, общестроительного назначения: Стеклопакет СПД 4M1­12­4M1­12­4M1 1500х800х36 ГОСТ 24866­99. •  двухкамерного стеклопакета, состоящего из трех листовых стекол толщиной 4 мм марки М1 с мягким низкоэмиссионным покрытием на внутреннем стекле, с расстоянием между стеклами 12 мм, заполнение: наружная камера — воздух, внутренняя камера — аргон, высотой 1500 мм, шириной 800 мм, толщиной 36 мм, морозостойкого, энергосберегающего: Стеклопакет СПД 4M1­12­4M1­12Ar­И4 1500х800х36 МЭ ГОСТ 24866­99.
	Снизить потери тепла через окна за счет теплопроводности и конвекции позволяет использование материалов с низкой теплопроводностью (дерево, пластик и т.п.) и тщательная герметизация стеклопакетов. Площадь рамы в составе оконного блока может составлять 20% и более в зависимости от размера окна, поэтому к выбору материала профиля нужно подходить ответственно. Коэффициент теплопроводности алюминия - 229 Вт/(м·К), ПВХ - 0,20 Вт/(м·К), а дерева всего 0,10 Вт/(м·К), т.е. алюминий проводит тепло в 1145 раз лучше, чем ПВХ, и в 2290 раз лучше чем дерево.  Поэтому понятно, что применение алюминиевых рам целесообразно только для холодных помещений (балконы, лоджии).
	Важнейшим техническим требованием, предъявляемым к окнам и балконным дверям, устанавливаемым в наружных стенах зданий, является сопротивление теплопередаче. Сопротивление теплопередаче (м2•°С/Вт) показывает разницу температур снаружи и внутри дома, при которой через 1 м2 площади окна проходит 1 ватт тепловой мощности. Чем выше этот показатель, тем лучше окно выполняет функцию энергосбережения. В соответствии со стандартом Республики Беларусь СТБ 939­93 сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей, устанавливаемых в наружных стенах зданий и сооружений с нормируемой температурой, должно составлять не менее 0,6 м2•°С/Вт. С 1.07.2009 Приказом министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь вводится изменение в Технический кодекс установившейся практики ТКП 45­2.04­43­2006 (02250), согласно которому нормативное сопротивление теплопередаче окон для вновь строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданий должно составлять не менее 1,0 м2•°С/Вт. Данный показатель обеспечивает энергосберегающие функции окна на высоком уровне, однако производителям окон предстоит сделать еще очень многое, чтобы выполнить это новое требование.
	Теплозащитное остекление 4M1­Ar16­4M1­Ar16­И4 (коэффициент сопротивления теплопередаче 0,8 м2*оС/Вт) позволяет значительно уменьшить теплопотери. В отопительный сезон на каждом квадратном метре оконной площади современного теплозащитного остекления экономия энергии составляет по сравнению с: •  простым стеклом М1: 400 кВт*ч/м2; •  однокамерным стеклопакетом 4M1­16­4M1: 165 кВт*ч/м2; •  двухкамерным стеклопакетом 4M1­10­4M1­10­М1: 85 кВт*ч/м2; •  однокамерным стеклопакетом 4M1­Ar16­И4: 23 кВт*ч/м2.
	В конструкциях теплозащитных окон с применением деревянных профилей дальнейшее повышение их теплозащитных качеств осуществляется не только за счет изменения толщины профилей, но и путем применения сэндвич­брусков для изготовления профиля. Такие сэндвич­бруски состоят из деревянных ламелей и одного или нескольких слоев полимерных материалов, что позволяет получить уникальные характеристики таких комбинированных оконных профилей, делая дерево еще более теплым. Также для улучшения теплозащитных свойств окон представляется целесообразным отказаться при изготовлении стеклопакетов и от металлических рамок, применение которых сказывается на снижении контурных теплозащитных характеристик готового стеклопакета. Имеются уже наработки по применению контурных рамок из ПВХ­профиля, из формованного герметика, армированного металлической волнистой лентой и т.п.
	Увеличение количества стекол, естественно, существенно сказывается на увеличении веса оконного блока и, кроме того, снижает степень светопропускания. В связи с этим, более предпочтительным представляется повышение тепловой эффективности остекления не за счет увеличения количества стекол, а за счет применения специальных высокоэффективных теплозащитных стекол, которые позволяют повысить коэффициент сопротивления теплопередаче до 0,7­1,2 м2*°С/Вт и более. Это позволяет существенно снизить потери тепла.
	В настоящее время для создания энергосберегающих стеклопакетов используется два типа стекол с различными видами покрытий: твердым (пиролитическим) покрытием ­ так называемое К ­ стекло и мягким (магнетронным) покрытием – И ­ стекло. Стекла с мягкими и твердыми покрытиями вместе составляют класс так называемых Low-E (Лоу-И) стекол, т.е. низкоэмиссионных стекол (Low­ Emission).
	К ­ СТЕКЛО ­ высококачественное флоат­стекло со стойким, прозрачным “металлическим” покрытием (состоит из многих компонентов, в основном металлов). Покрытие обеспечивает прохождение солнечной энергии в здание (оно прозрачное, не имеет цвета и его влияние на светопропускаемость и отражение практически не заметно), но существенным образом сокращает тепловые потери через окно (для этого и предназначено). Другими словами, покрытие пропускает коротковолновую солнечную энергию в помещение, но не пропускает наружу длинноволновое тепловое излучение, например, от отопительного прибора. По внешнему виду К ­ стекло похоже на обычное прозрачное стекло. В стеклопакетах может устанавливаться как в качестве внутреннего, так и наружного стекла. Первый способ позволяет сохранить тепло в помещении (минимизировать затраты на отопление, что как нельзя более актуально для суровых зим). Второй ­ позволяет уменьшить тепловой поток с улицы в помещение (очень подходящий способ установки для стран с жарким климатом). Включение К ­ стекла в состав стеклопакета позволяет значительно улучшить показатели его теплоизоляции.
	И ­ СТЕКЛО. Мягкое покрытие на стекло наносится методом электромагнитного напыления, во время которого частицы оксидов металлов в вакуумной среде оседают на стекло. Преимущество данного метода состоит в получении стекла, покрытого равномерным теплосберегающим слоем. Основным недостатком И ­ стекла является его пониженная абразивная стойкость по сравнению с К ­ стеклом, что представляет определенные неудобства при транспортировке и хранении. Хранится такое стекло плохо. После вскрытия упаковки такое стекло необходимо сразу использовать для производства стеклопакетов. Поэтому работают с И ­ стеклом только те производители, которые имеют крупные заказы на производство окон с таким стеклом. Потребитель стеклопакетов и окон этого неудобства не ощущает, потому что покрытие находится внутри стеклопакета. Достоинством И ­ стекла является то, что его теплоизоляционные характеристики значительно выше, чем у К ­ стекла. А вот цена, наоборот ­ ниже.
	Чтобы определить, действительно ли стеклопакет содержит энергосберегающее стекло ­ поднесите к окну зажигалку . Вы увидите несколько отражений ореолов пламени. Количество этих отражений вдвое больше чем количество стекол в стеклопакете. Отражение, отличающееся от других по цвету говорит о наличии энергосберегающего стекла. Место отличающегося по цвету отражения пламени укажет на место энергосберегающего стекла в стеклопакете и на ту сторону стекла, на которое нанесено покрытие.
	Производители окон находятся в постоянном поиске решений по улучшению теплозащитных характеристик своей продукции. Примером одного из таких решений могут служить оконные конструкции, в которых применен стеклопакет “Тепловое зеркало ТМ“. В качестве основного компонента стеклопакета “Тепловое зеркало ТМ” используется оптическая полимерная термоусадочная полиэтилентерефталатная пленка толщиной 75 мкм с низкоэмиссионным напылением. Покрытие наносится методом вакуумного магнетронного напыления для придания пленке необходимых спектрально­селективных свойств. Слои металлов (золото, серебро и др.) обеспечивают селективное пропускание электромагнитных волн в безопасном для здоровья спектре излучения. Сочетание двух основных свойств, а именно, степень черноты менее 0,05 и прозрачность в видимом диапазоне более 80%, делают эти пленки уникальными. Натяжение одной или двух низкоэмиссионных прозрачных мембран во внутреннем пространстве стеклопакета решает проблему тяжелых оконных конструкций с трех­ и четырехслойным остеклением. Установка и термоусадка только одной такой мембраны в межстекольном пространстве отсекает большие потери теплоты и уменьшает конвекцию, что в совокупности увеличивает сопротивление теплопередаче конструкции остекления на 50%. Вследствие уменьшения температурных колебаний возле окон с “Тепловым зеркалом ТМ” создаются благоприятные условия для роста комнатных растений, т.к. развитие и рост растений зависят от количества и качества попадающего в помещение естественного света.
	Ежегодная экономия энергии на отопление в жилом доме со средней площадью окон 20 м2 составляет при замене однокамерных стеклопакетов на теплозащитное остекление приблизительно 3 300 кВт*час (экономим 1089 л нефти, или 1 584 кг угля, или 1 155 м3 газа). Это позволит снизить выбросы СО2 в атмосферу соответственно на 5 610, или 4 950 или 3 960 м3.
	В большом городе, как нигде, актуален вопрос о звукоизоляции. Войдя в помещение, будь это квартира или офис, мы хотим оградить себя от посторонних, мешающих сосредоточиться звуков улицы. Эта проблема более чем актуальна для тех, кто живет рядом с автомагистралями, железнодорожными путями, аэропортами и т.д. Правильный выбор стеклопакетов должен снизить шум до величин, регламентируемых санитарными нормами. Громкость звука выражается звуковым давлением, измеряемом в децибелах (дБ). Разница уровней давлений в 1дБ соответствует минимальной величине различимой слухом. Если Вам кажется, что звук стал громче в 2 раза, то это значит, что звуковое давление повысилось на 10 дБ (или наоборот: если снизить звуковое давление на 10 дБ, то звук для вас станет тише в 2 раза). Порог слышимости принят за 0 дБ, 10 дБ — шелест листвы, 75­80 дБ — громкая музыка или городская транспортная магистраль. 130­140 дБ — болевой порог.
	Шум окружающей человека среды образуется как результат сложения звуковых колебаний множества городских источников шума. Все шумы имеют различные амплитуды и частоты. Уровень шума в комнате зависит от расстояния, которое разделяет помещение с источниками шума. Кроме того, на уровень шума влияет влажность воздуха, его температура, наличие ветра и преграды, отделяющей окна от источников шума. И все же основной источник шума ­ транспортные потоки на улицах наших городов. В строительных нормах указаны расчетные шумовые характеристики транспортных потоков в дБ. Звукоизоляция окна (RАтран) – это величина, служащая для оценки изоляции воздушного шума окном, которая представляет собой изоляцию внешнего шума, создаваемого потоком городского транспорта в дБА. В соответствии с СТБ 939­93 окна и балконные двери подразделяют на 7 категорий со снижением воздушного шума, производимого потоком городского транспорта RАтран, дБА.
	Воздушный шум воздействует на окно. Звук достигает первого стекла в стеклопакете и вызывает его колебания. Колеблющееся наружное стекло излучает звук в межстекольное пространство, где воздух играет роль «амортизатора», т.е. на второе стекло приходит уже ослабленное звуковое воздействие, которое, в свою очередь, вызывает колебание второго стекла, а оно излучает звук в комнату и, таким образом, шум «настигает» человека. Звукоизоляция окна зависит от нескольких факторов: количества и толщины стекол, расстояния между стеклами, герметичности стыков.
	Оптимальными характеристиками по звукоизоляции обладают двухкамерные стеклопакеты, у которых различны как расстояния между стеклами, так и толщина самих стекол. Звукоизоляция таких стеклопакетов составляет около 40 дБ и более. Для достижения изоляции от шума в стеклопакете со стеклами различной толщины необходимо, чтобы эти толщины отличались на 30% (например, 10 и 6 мм или 6 и 4 мм). В принципе, неважно, как эти стекла будут расположены в стеклопакете ­ снаружи или изнутри, результат будет одинаковым. Если звукоизоляция стеклопакета равна 30 дБ, то шум в 70 дБ будет снижен в помещении до 40 дБ. Установлено, что еще 5 дБ поглощается внутренней обстановкой помещения (мебель, ковры).
	Калькулятор “окна” позволяет выполнить расчет экономии различных видов энергоносителей (электроэнергия в кВт*час, природный газ в м3, дрова в кг, торф в кг, центральное отопление в Гкал) для климатических условий Беларуси при установке окон с энергосберегающими стеклопакетами с учетом: •  различных типов стеклопакетов, •  размеров окон и процента светопрозрачного заполнения, •  воздухопроницаемости, •  температуры в помещении, •  к.п.д. источника отопления.