CC BY
63УДК 692.821.6
ПОВЫШЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОКОННЫХ БЛОКОВ ЗДАНИЙ
С.В. Саморядов, М.А. Червонцева, Ю. Легат
Аннотация. Массовое использование пластиковых окон со стеклопакетами имеет недостатки с точки зрения нарушения воздухообмена, теплопотерь, низкой звукоизоляции и др. Поэтому особое внимание должно уделяться сокращению теплопотерь через оконные проемы для достижения требований к энергоэффективности зданий. В статье анализируются причины проблем с естественной вентиляцией и теплопотерями при использовании пластиковых окон, а также причины высокой звукопроницаемости. Излагаются способы повышения функциональности оконных блоков для решения задач эффективной работы вентиляции, снижения теплопотерь и повышения, таким образом, энергоэффективности зданий, а также снижения звукопроницаемости, солнцезащиты и повышения безопасности людей. Дана классификация факторов теплопотерь зданий. Приведены примеры солнцезащитных и пулезащитных стеклопакетов. Изложены и способы повышения солнце- и пулезащиты стеклопакетов. Приводится схема направлений повышения функциональной эффективности пластиковых окон.
Ключевые слова: пластиковые окна, естественная вентиляция, энергосбережение, звукоизоляция, эффективность, безопасность, солнцезащита, функциональность, эксплуатация.
INCREASE OF FUNCTIONAL EFFICIENCY OF WINDOW BLOCKS IN BUILDINGS
S.V. Samoryadov, М.А. Chervontseа, Yu. Legate
Abstract. The massive use of plastic windows with double-glazed windows has drawbacks in terms of violation of air exchange, heat loss, low sound insulation, etc. Particular attention should be paid to reducing heat loss through window openings in order to achieve energy efficiency requirements for buildings. The causes of problems with natural ventilation and heat loss when using plastic windows are analyzed. The reasons for high sound permeability. Ways to increase the functionality of window units to solve the problems of efficient ventilation, reduce heat loss and, thus, increase the energy efficiency of buildings, as well as reducing sound permeability, sun protection and improving the safety of people, are described. A classification of factors behind heat loss in buildings is given. Examples of sunscreen and bulletproof glass units are given. Ways of increasing both the sun and bulletproof windows are outlined. The scheme of areas where functional efficiency should be enhanced is given.
Keywords: plastic windows, natural ventilation, energy saving, sound insulation, efficiency, safety, sun protection, functionality, operation.
Пластиковые окна - современный атрибут реконструкции фасадов и проектирования гражданских зданий. Их особенности:
- малая масса;
- высокая прочность;
- хорошие эстетические свойства;
- различные конфигурация и цвет;
- удобство регулировки и обслуживания.
Основная функциональность оконных блоков - обеспечение естественного освещения (инсоляции). Также включается теплозащита и дополнительная вентиляция при проветривании.
Рисунок 1. Требования к качеству внутренней среды зданий
Функциональность современных оконных блоков возможно повысить, усилив их основные свойства и добавив новые. То есть речь идет о многофункциональности оконных блоков.
Рассмотрим проблемы современных зданий, связанные с требованиями к соблюдению внутренней среды зданий и их энергоэффективности (рисунок 1).
Плотное прилегание рам препятствует сквознякам, но если держать окна постоянно плотно закрытыми, естественный воздухообмен отсутствует.
Это является одной из проблем современного проектирования гражданских зданий.
В гражданских зданиях из железобетона, сборного и монолитного, нет каналов в стенах для естественной вентиляции. А в зданиях, где они есть, система не работает. Именно из-за отсутствия притока воздуха в здание и его помещения возникает явление «падения естественной вентиляции» (синонимы - опрокидывание вентиляции, эффект обратной тяги). Оно связано с тем, что «отработанный» воздух из помещений стоит в вертикальном вентиляционном канале и не может удаляться наружу из-за отсутствия притока холодного воздуха, на чем и основан принцип гравитационной вентиляции. При отсутствии циркуляции система «останавливается». А при открытии окна или двери, за счет разницы в давлении, воздух из помещения устремляется наружу через образовавшееся отверстие, и в помещении создается разряжение, которое «засасывает» воздух из вентиляционного канала, то есть создает противоток.
Существенную добавку к этому делают кондиционеры и кухонные вытяжки.
Таким образом, для нормального воздухообмена, который призвана обеспечивать система естественной вентиляции, необходимо поддерживать баланс между объемом приточного и выходящего воздуха.
Рисунок 2. Автоматический встраиваемый клапан
Первое направление повышения функциональности оконных блоков - их участие в системе вентиляции.
Проблему притока воздуха в помещения решают двумя способами. Один из них не связан с окнами - это установка приточных клапанов в стенах. Для подачи свежего воздуха внутрь жилых и любых других помещений применяется три типа клапанов:
- проветриватели стенные пассивные (естественный приток);
- переточные устройства;
- приточно-вытяжные агрегаты принудительного действия с подогревом воздуха за счет рекуперации тепла.
Второй способ - система вентилирования самого окна в закрытом виде. Такие окна позволяют иметь наилучший режим влажности в помещении, с помощью встроенной системы самостоятельно регулируемой вентиляции.
Типы клапанов: ручные; автоматические; фальцевые; щелевые; в ручке створки окна; накладные (рисунок 2).
Автоматический клапан, например, типа «SMARTBOX», встроен в каждое окно и обеспечивает регулярное поступление воздуха. Свежий воздух сквозь клапан поступает автоматически при полностью закрытом окне. При морозе или сильном ветре есть возможность, повернув клапан в нужное положение, прекратить поступление свежего воздуха и избежать лишней теплопотери.
Второй проблемой заполнения проемов, в частности оконных блоков, является их малая энергоэффективность как основного источника теплопотерь здания. Как известно, наибольшие теплопотери происходят через окна.
Второе направление повышения функциональности оконных блоков - повышение теплозащиты стеклопакетов.
Повышение энергозащиты заполнения оконных проемов - одна из важнейших задач в направлении повышения энергоэффективности зданий.
Состав энергопотерь здания представлен на рисунке 3.
Совершенствования пластиковых окон решают проблему теплопотерь в помещении. Во всем мире проблема энергосбережения - одна из важнейших задач, поэтому все крупнейшие производители стеклопакетов освоили выпуск энергосберегающих стекол.
Энергосберегающие стекла имеют наиболее важную функцию стекол - высокую теплоизоляцию.
Рисунок 3. Классификация энергопотерь зданий
На сегодняшний день самым эффективным видом энергосберегающих технологий в отрасли производства стеклопакетов, новинкой, является энергосберегающие стеклопакеты (низкоэмиссионные стекла). На внутреннюю сторону стеклопакета наносится серебряное напыление, которое играет роль отражателя. Напыление на прозрачность окон не влияет.
Серебряное покрытие внутренней стороны стекла отражает длинноволновое излучение. Зимой такое остекление не дает «уходить» холодному воздуху, а летом за счет отражения тепловой энергии в помещении не будет жарко. На рисунке 4 показаны энергосберегающие окна в летний и зимний периоды: проиллюстрировано, как происходит отражение тепловой энергии в энергосберегающих окнах.
АРГОН ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩЕЕ АРГОН ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩЕЕ
Рисунок 4. Энергосберегающие окна в летний и зимний периоды
Обычный
Рисунок 5. Сравнение
Энергосберегающий
разных стеклопакетов
Стеклопакет заполняется инертным газом - аргоном, который не только предохраняет в процессе взаимодействия с воздухом серебро от окисления, но и повышает уровень шу-моизоляции, так как у аргона выше динамический модуль упругости, чем у воздуха. Аргон обладает почти вдвое более низкой теплоемкостью, чем воздух, а значит, теплоизоляция почти вдвое выше. Аргон - совершенно безвредный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса.
Как правило, конструкция энергосберегающих окон состоит из одной камеры, которая по своим характеристика превосходит двухкамерные обычные стеклопакеты, что позволяет снизить вес конструкции, а значит, увеличить срок службы фурнитуры и окна в целом.
На рисунке 5 приведено сравнение разных стеклопакетов. Хорошо видно положение точки росы в обычном или энергосберегающем стеклопакете.
Функциональность окон зависит от правильности проведенного монтажа. Наиболее важные этапы установки:
- замер оконных проемов;
- выравнивание оконных проемов;
- монтаж пластикового окна;
- крепление фурнитуры, аксессуаров и отделка оконных проемов;
- герметизация окна.
Уменьшает теплопотери также расстояние между стеклами и их толщина (рисунки 6, 8, 9).
¿аяисимостъ кюффицип4та пплопскноса к
от шигаиы дистанционной РАМКИ а разных типах спклокаксто*
Рисунок 6. Влияние расстояний между стеклами на теплопередачу стеклопакета
Рисунок 7. Повышенные звукоизоляционные свойства двухкамерных пакетов
Третье направление в повышении функциональности окон - повышение звукоизоляции стеклопакетов.
Это требование актуально за рубежом и в нашей стране, особенно с учетом транспортных проблем мегаполисов. СанПин устанавливает допустимый уровень шума в помещениях 45-50 Дб.
Использование двухкамерных стеклопакетов взамен однокамерных частично решает эту проблему (рисунок 7).
Стёкла
Обычный Шумоизолирующий
стеклопакет стеклопакет
Рисунок 8. Асимметрия стекол в пакете
Рисунок 9. Повышение звуко- и теплозащиты пластиковых окон
Увеличение толщины стекла и толщины камеры тоже малоэффективно.
Существует три способа повышения звукоизоляции. Первый - асимметрия стекол в пакете (рисунки 8 и 9).
Такая конструкция изменяет резонансные характеристики пакета.
Второй способ - заполнение камеры пакета инертным газом. Однако, кроме акустических свойств, они имеют еще и разную теплопроводность и стоимость. Звукоизолирующие свойства газов зависят от их плотности - повышаются с увеличением плотности (таблица 1).
Таблица 1
Свойства инертных газов
Плотность, кг/м3 Коэффициент теплопроводности при нормальном давлении и температуре 0 С° Стоимость руб./л в газообразном состоянии при давлении 200 атм.
Ксенон 5,89 0,51 3000
Криптон 3,74 0,88 1900
Аргон 1,7839 1,62 400
Неон 0,8999 4,65 1900
Гелий 0,1785 14,15 5000
Как видно из таблицы 1, наилучшие свойства у ксенона, но его цена очень высока.
Третий способ - использование триплексных стекол. Они уменьшают звукопроводность на 4-5 Дб. Однако и стоимость их очень высока. Оконное стекло 6 мм стоит 760 руб/кв м, а триплекс такой же толщины - в два раза дороже: 1540 руб/кв м.
Четвертое направление - солнцезащита, что является актуальным для субтропического климатического пояса Юга России.
Здесь также два способа. Первый - тонировка светозащитной пленкой. Второй - цветное стекло или металлонапыление (рисунок 10).
Пятое направление - обеспечение безопасности человека в здании повышением защитных функций оконных блоков.
Во-первых, безопасность при возможном повреждении окон, что важно для световых зенитных фонарей (рисунок 11). В случае, если окно разобъется, оно не должно повредить людям. Особенно актуально это в детских учреждениях. Для этого стеклопакет формируют с комбинацией стекол - наружное закаленное, а нижнее триплекс. Однако нормы ограничивают применение закаленного стекла в зенитных фонарях.
пней
Рисунок 10. Светозащита остекления
Во-вторых, для повышения личной безопасности устанавливают стекло триплекс необходимого класса пулезащиты. Правда, необходимо оговориться, что при этом обычная пластиковая рама не подойдет, ее надо накрывать стальной броней.
В третьих, возможна установка небьющихся стекол для исключения проникновения.
Рисунок 11. Комбинрованный стеклопакет светового фонаря дестких учреждений
Рисунок 12. Детский замок на створку и механический блокиратор
Шестое направление - обеспечение безопасности детей.
Дело в том, что часты случаи выпадения маленьких детей из окон. Это происходит по двум причинам: или не закрыто окно, или ребенок сам его в состоянии открыть. Кроме того, эта опасность подстерегает и старых людей.
Базовые оконные блоки не имеют систем защиты от открывания.
Поэтому с целью защиты окон от открывания детьми применяют следующие решения:
- установка ручки с замком;
- решетка на окно;
- детский замок с ключом, позволяющий открыват его только на проверивание (рисунок 12);
- специальный стальной блокиратор (рисунок 12);
- цепочка или стальной трос.
Таким образом, совершенствование пластиковых окон путем их включения в систему вентиляции, в процесс энергосбережения, звукоизоляции, солнцезащиты и безопасности
Рисунок 13. Классификация способов повышения функциональной эффективности окон
имеет важное значение в системе энергосбережения зданий и повышения качества внутренней среды. Однако соотношение цена - технические характеристики не имеет оптимума.
В целом же можно отметить, что совершенствование оконных стеклопакетов определило возможность комбинации положительных свойств, как это принято говорить - «три в одном», а в данном случае «пять в одном» (рисунок 13).
Но это требует и дополнительных капитальных затрат. Таким образом, подобная задача - определение эффективности дополнительных капвложений при использовании высокоэффективных стеклопакетов в соответствии со снижением энергоемкости зданий и сокращением расходов на отопление - является предметом научных исследований.
Также необходимо отметить, что повышение теплозащиты оконных блоков имеет большое значение при эксплуатации зданий. Ведь физический износ зданий, их инженерных систем увеличивает энергопотребление, что устанавливается в результате энергетического аудита. В этом случае эффективной мерой снижения теплопотерь является замена оконных блоков на энергосберегающие с низкой эмиссией, или хотя бы нанесение пленочных теплозащитных покрытий на стекла. Это значительно дешевле утепления, например, фасадов.
Подведем итоги. Пластиковые окна имеют свои достоинства и недостатки, но дополнительными техническми и конструктивными средствами они помогаю решать вопросы повышения кмфортности, энергосбережения и безопасности. Однако их использование должно быть учтено в нормах проектирования с точки зрения вентиляции.
1. Вентклапаны в стенах и окнах не могут обеспечить нормативную кратность воздухообмена. И очевидно, правильный путь в зданиях из бетона - устраивать пристенные вертикальные короба естественной вентиляции по аналогии с каналами в кирпичных стенах. Конечно, это потребует нового госта на плиты перекрытий с монтажным отвестием.
2. Отдельные конструктивные изменения стеклопакетов позволяют решать комплекс задач по повышению функциональной эффективности оконных блоков:
- повышение звукоизоляции;
- снижение теплопотерь;
- частичная компенсация недостатков воздухообмена;
- сонцезащиту;
- повышение безопасности.
3. Оконные блоки - наиболее функциональные элементы зданий и сооружений, позволяющие решать вопросы комфорта, энергоэффективности и безопасности.
Таким образом, повышение функциональности оконных блоков как средств повышения комфортности, энергоэффективности и бзопасности, осуществимо преимущественно на этапе проектиролвания и строительства. Поэтому требования к оконным блокам должны закладываться уже в проекте.
Библиографический список
1. Методические указания по совершенствованию и актуализации раздела проектной документации, содержащего мероприятия по обеспечению соблюдения требований энергетической эффективности к проектируемым и построенным жилым и общественным зданиям. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве». 2017. URL: https://www.faufcc.ru/upload/methodical_materials/mp39_2017.pdf (дата обращения: 02.02.2020).
2. ГОСТ Р 56926-2016. Конструкции оконные и балконные различного функционального назначения для жилых зданий. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200135164 (дата обращения: 02.02.2020).
3. БеляевВ.С., ГраникЮ.Г., МатросовЮ.А. Энергоэффективность и теплозащита зданий. М., 2014.
4. Заполнение инертными газами пространства в стеклопакете. Полезно? Как работает. URL: https:// sprb.by/stroitelstvo/706-zapolnenie-inertnymi-gazami-prostranstva-vsteklopakete-polezno-kak-rabotaet. html (дата обращения: 20.02.2020).
5. Опрокидывание вентиляции: принципы и решение. URL: https://пгс24.рус/опрокидывание вентиляции/ (дата обращения: 20.02.2020).
6. От чего зависит степень звукоизоляции пластиковых окон? URL: http://okna-moskva.blogspot. com/2016/08/blog-post_39.html (дата обращения: 20.02.2020).
7. Приточные клапаны вентиляции в стене. URL: https://first-apartment.ru/klapan-pritochnoj-ventilyatsii. html (дата обращения: 20.02.2020).
8. Саморядов С.В., ЧервонцеваМ.А. Аспекты архитектурно-строительного моделирования. Архитектура и строительство - конфликты и решения // Вестник Московского информационно-технологического университета - Московского архитектурно-строительного института. 2018. № 1.
9. Саморядов С.В., Шрейбер А.А., Манохин Е.М. Надежность строительной продукции // Вестник Московского информационно-технологического университета - Московского архитектурно-строительного института. 2018. № 2.
10. Секреты «теплого» окна. URL: https://www.kirov.kp.ru/daily/25975/2910743/ (дата обращения: 20.02.2020).
11. Табунщиков Ю.А. и др. Пути повышения энергоэффективности эксплуатируемых зданий. Библиотека научных статей // АВОК. Энергоэффективные здания. Технологии. 2009. № 5. URL: https:// www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4360 (дата обращения: 22.02.2020)
12. ТюленевМ.Д. Оценка по светотехническим и теплотехническим параметрам эффективности профильных систем в оконных конструкциях // Молодой ученый. 2017. № 12.
13. Шумопоглощающие окна - три технологии улучшения звукоизоляционных параметров окон. URL: https://obustroeno.com/instrum-i-material/izolyac-materialy/zvukoizolyaciya/80178-shumopo-gloshhayushhie-okna (дата обращения: 20.02.2020).
14. The little flap with IQ. URL: http://kajfa.hr/education-development/price/sustav-prozracivanja-gecco-mali-poklopac-za-veliki-ucinak (дата обращения: 20.02.2020).
15. URL: http://4-okna.ru/produktsiya/teplo-n.html (дата обращения: 20.02.2020).
16. URL: https://www.kirov.kp.ru/daily/25975/2910743/ (дата обращения: 20.02.2020).
С.В. Саморядов
Кандидат технических наук, доцент Российский университет транспорта, г. Москва E-mail: ssamor@mail.ru
М.А. Червонцева
Заведующий кафедрой строительства и городского хозяйства Московский информационно-технологический университет - Московский архитектурно-строительного институт E-mail: Chervontseva.M@mfua.ru
Ю. Легат
Студент
Московский информационно-технологический университет - Московский архитектурно-строительного институт
