Повышение тепловой эффективности окон

Новый СНиП 23.02.2003 «Тепловая защита зданий существенно повысил требования к теплозащите и энергосбережению жилых зданий.

Нормирование теплозащитных качеств зданий в соответствии с теплотехническими нормами выполняются как по удельному расходу тепла на отопление, так и по требуемому приведенному сопротивлению теплопередаче элементов оболочки зданий (поэлементный подход), (СНиП II-3-79*), (1998 г.).

К элементам оболочки зданий можно отнести окна, стены (со стыками), цокольные перекрытия, чердачные перекрытия, покрытия. Ниже анализируются теплотехнические характеристики окон, как элементов оболочки зданий в комплексе с их тепловым и воздушным режимом.

Значительная часть теплопотерь в зданиях (30-60 %) происходит через световые проемы (см. табл. 1). В России предусматривается повсеместное повышение теплозащиты окон.

Для повышения сопротивления теплопередаче окон разрабатываются новые конструкции, в том числе с увеличением слоев остекления, со стеклопакетами, теплоотражающими стеклами в деревянных, стеклопластиковых, из ПВХ и других переплетах, обладающих высоким сопротивлением воздухопроницанию, обеспечиваемым эффективными герметиками. Повышение сопротивления теплопередаче окон достигается также путем усовершенствования его отдельных конструктивных элементов.

Новое поколение оконных конструкций основано на использовании в качестве светопрозрачных элементов одно- и двухкамерных стеклопакетов, применение которых в светопрозрачных конструкциях позволило существенно повысить уровень теплозащиты по сравнению с ранее выпускавшимися. Применение в стеклопакетах стекол с селективным покрытием увеличивает сопротивление теплопередаче оконных блоков на 30 %.

Таблица 1 

Проекты реконструкции 5-этажных жилых зданий (с надстройкой до 7 этажей) (серии 1-511 и 1-447)

Структура теплопотерь, %

Внедрение в практику отечественного строительства окон в пластмассовых переплетах с повышенной теплозащитой повлекло за собой ряд ошибок в теплотехническом проектировании фасадов зданий и монтаже светопроемов. Одна из ошибок первоначального внедрения таких окон связана как с малой толщиной пластмассовых оконных блоков в пределах 60 мм, так и нерациональном расположении их в проеме; в связи с чем на внутренних поверхностях оконных откосов однослойных и двухслойных стен возникают зоны с пониженными температурами, приводящие к выпадению конденсата или даже его замерзанию.

Для устранения этой ошибки необходимо выбирать светопрозрачную конструкцию с увеличенной толщиной коробки и правильно размещать ее в оконном проеме, например, заполняя пространство между оконной коробкой и внутренней поверхностью четверти вспенивающимся теплоизоляционным материалом.

Поскольку основное охлаждение помещений в зимнее время происходит через щели и неплотности в окнах, повышение их теплозащитных качеств связано с уменьшением воздухопроницаемости за счет применения герметизирующих прокладок.

В настоящее время в России действует два ГОСТа регламентирующих применение уплотняющих прокладок в притворах окон: ГОСТ 19177 [1] и ГОСТ 10174 [2]. В последнем ГОСТе, разработанном ЦНИИЭП жилища, даются технические требования по изготовлению пятислойных пенополиуретановых прокладок, обеспечивающих большее сопротивление воздухопроницанию чем резиновые.

Увеличение герметичности окон снижает теплопотери, с другой стороны уменьшает количество свежего воздуха, поступающего в помещение.

Неорганизованное поступление наружного холодного воздуха через притворы окон в помещении делает их воздушный режим неуправляемым.

Проветривание через форточки, узкие остекленные створки окон в холодный период года создает относительное улучшение качества воздуха помещений лишь на период их открывания. Этот способ проветривания ведет к переохлаждению помещений, перерасходу тепла, простудным заболеваниям.

Достигнуть стабильного поступления наружного воздуха во всем помещении многоэтажного здания можно только при механической вытяжной вентиляции, воздушном отоплении и кондиционировании помещений.

Наряду с отдельными преимуществами упомянутые системы вентиляции имеют существенные недостатки. Качество воздушного режима помещений при воздушном отоплении и кондиционировании резко ухудшается в связи с уменьшением необходимых человеку отрицательно заряженных ионов в воздухе, поступающем в помещение. Кроме того, при таких способах вентиляции растут дополнительные потери тепла на подогрев наружного воздуха.

Преимущества воздушного отопления и кондиционирования помещений перед естественной вентиляцией в улучшении воздушного режима помещений будут заметны, если не касаться повышения эксплуатационных и строительных затрат. Но это преимущество сходит на нет, если говорить о составе воздуха, проходящего упомянутые механические системы.

Новые возможности улучшения воздушного режима помещений открывает способ вентиляции помещений через вентилируемые наружным воздухом наружные ограждения. Эффект такой вентиляции заключается в том, что наружный сухой холодный воздух, проходя через наружное ограждение, нагревается и выходит в помещение, утилизируя уходящее тепло.

Наметились два направления. Одно связано с методом так называемого продольного проветривания [5], второе - поперечного (сквозного) [3].

Разработанная нами система [4] вентиляции через световой проем имеет в своей основе принцип рекуперации (возвращения) теплового потока.

Кроме теплового эффекта имеется эффект шумоглушения и санитарно-гигиенический, за счет исключения дутья из окон, подачи прогретого воздуха в верхнюю зону помещения и сохранения необходимых человеку отрицательно заряженных ионов, в отличие от используемых в настоящее время шумозащитных клапанов с применением металла, где отрицательные ионы теряются.

Вентилируемые клапаны и окна, в которых использовано это решение, позволяют обеспечить постоянную вентиляцию помещения необходимым количеством прогретого воздуха за счет того, что воздух проходя по воздушному каналу и межстекольному пространству, прогревается теплом, идущим из помещения, и поступает через сквозной проем в клапане в помещение.

Анализируя количество воздуха, поступающего в помещение при обычном проветривании и требуемого, определив дефицит свежего воздуха (около 40 кг/ч) и выполнив расчет количества воздуха, поступающего при вентиляции окна можно сделать вывод, что вентилируемое окно способно обеспечить поступление требуемого количества воздуха, необходимого для естественной вентиляции помещения площадью 18 м².

Актуальность перехода от неуправляемой инфильтрации наружного воздуха к организованной регулируемой подаче его через специальные приточные устройства при условии сохранения теплового комфорта в помещении диктуется экономическими (сокращение перерасхода тепла, вызванного как избыточной инфильрацией, сопровождающей залповое проветривание через форточки и узкие створки) и гигиеническими (постоянное обеспечение свежим воздухом в соответствии с нормами без увеличения дискомфорта) соображениями.

Список литературы

1. ГОСТ 19177 Прокладки резиновые пористые уплотняющие. Технические условия.

2. ГОСТ 19174 Прокладки уплотняющие пенополиуретановые для окон и дверей. Технические условия.

3. Ушков Ф.В. Теплопередача через наружные ограждения зданий и фильтрации воздуха. М., Стройиздат 1972.

4. Беляев В.С., Бондарь Я.Л. А.С. № 1350313.

5. Рекомендации по проектированию зданий с вентиляционными устройствами утилизирующими тепло. М., ЦНИИЭП жилища.

6. Приказ председателя Москомархитектуры № 147 от 08.10.2004 г. об утверждении технических решений энергоэффективных окон, утилизирующих тепло.

Беляев В.С. к.т.н., зав. лабораторией теплового и воздушного
режима зданий, окон и дверей ЦНИИЭП жилища.
Есенгабулов С.К. аспирант.