Утепление
Более половины теплопотерь дома или квартиры зимой приходится на окна. При постоянном росте цен на энергоносители, замена устаревшего окна на эффективные, практичные пластиковые рамы — решение проблемы. От выбора зависит комфорт, уровень трат на отопление, кондиционирование.
Типы стекла
Стеклопакеты
Центральный элемент окна. Стеклопакеты составляют 90% площади — 2 — 3 листа, параллельно вставленные в металлическую раму из алюминия или нержавеющей стали. Конструкция герметизируется бутилом, заполняется под давлением выше атмосферного осушенным воздухом, инертным газом. Внутри рамки размещают гранулированный поглотитель водяных паров — для предупреждения запотевания.
Если при изменении температуры происходит внутреннее запотевание стеклопакета, это означает поломку. Внутрь проникает воздух, увеличивает теплопотерю.
Функции стеклопакета:
- Теплоизоляция. Выполняется благодаря отсутствию циркуляции воздуха внутри (как в традиционном деревянном окне), наполнению осушенным или инертным газом, использованию материалов с тончайшим напылением, отражающим тепловое излучение, уменьшающим теплопотерю.
Коэффициент эффективности по теплосбережению пластикового окна (ПВХ—профиль) равен показателям теплопотери стены из кирпича толщиною около метра!
- Шумоизоляция. Осуществляется двумя камерами, заполненными газом с плотностью, отличной от атмосферного воздуха. Расстояние между стенками камер в 1.5—2 раза больше обычного. Размеры первого со стороны улицы промежутка превышают второй. Достигается эффективное поглощение, отражение звуковых волн, при снижении теплопотери.
- Солнцезащита. Осуществляется с помощью покрытия пленкой, напыления веществ (металлов или пластика). Величина пропускаемого светового потока снижается. Есть возможность нанесения солнцезащитного покрытия разных цветов — зеленого, серого, бронзового. Тонирование можно сделать плотным, с уличной стороны окна будут иметь зеркальную поверхность.
- Антивандальная. Заключается в защите от повреждения окна, вплоть до защиты от попадания пуль. Делается нанесением бронирующей пленки, изготовлением окна из триплекса. Стоимость подобных стеклопакетов выше остальных вариантов, увеличивается вес конструкции. Важно учитывать при установке в окна на балконах, лоджиях.
Какой должна быть площадь окон?
Очевидно, что чем больше площадь оконного проёма, тем больше тепла через него может покинуть комнату . Но совсем без окон нельзя… Площадь окон должна обосновываться расчетом: почему выбрали именно такую ширину и высоту окна?
Отсюда вопрос: какая площадь окон оптимальна в жилых домах?
Если обратиться к ГОСТ’ам, то получим чёткий ответ:
Площадь оконного проёма должна обеспечивать коэффициент естественной освещённости (КЕО), значение которого зависит от района строительства, характера местности, ориентации по сторонам света, назначения помещения, типа оконных переплётов.
Считается, что света поступает в помещение достаточно, если площадь всех стеклянных поверхностей в сумме составляет 10…12% от общей площади комнаты (рассчитанной по полу). По физиологическим показаниям считается, что оптимальное условие освещения достигается при ширине окон, равной 55% от ширины комнаты. Для котельных площадь светового проёма 0.33 м2 на 1 м3 объёма помещения.
Для отдельных помещений (например, котельных) имеются свои требования, о которых нужно узнавать в соответствующих нормативных документах.
Маркировка стеклопакета
На каждом сертифицированном изделии имеется маркировка. Она содержит информацию о типе, толщине, пространстве между листами, количестве камер, составе газа, уровне теплопотерь.
В России применяется два стандарта маркировок — международная (для импортных изделий) и ГОСТ (отечественного производства).
Международная маркировка:
- Для однокамерных — «ХХ—Х—ХХ»
- Для двухкамерных — «ХХ—Х—ХХ—Х—ХХ»
Вместо буквы «Х» применяются:
- Сорт, толщина листа обозначаются как в приведенной ниже таблице
- Тип газа внутри пакета
Газонаполнение
- Размер внутренних камер — обозначается цифрами, может колебаться от 0.6 до 3.6 см
ГОСТовская маркировка:
- СП — сокращенное обозначение пакета
- О и Д — однокамерный и двухкамерный СП
УД, Э, С, М, Ш — ударостойкие, энергосберегающие, солнцезащитные, морозостойкие, шумозащитные.
Сорта используемого материала обозначаются следующим образом:
Типы стекол по ГОСТ
Роль окна из ПВХ профиля в теплозащите помещения
На сегодняшний день большая часть предприятий, занимающихся изготовлением пластиковых окон и дверей использует 3-х камерный профиль (различных производителей) и двухкамерный стеклопакет (далее с/п) (4М—10—4М—10-4М). Согласно ГОСТ 30674-99 «Блоки оконные из поливинилхлоридных профилей» сопротивление теплопередаче оконной конструкции изготовленной из 3-х камерного профиля с двухкамерным с/п 4М—10—4М—10—4М (наиболее распространенный и часто используемый с/п) составляет 0,51 (м2•°С)/Вт.
Величина справочная, однако реально значения для данных конструкций варьируются в пределах 0,53-0,56 (м2•°С)/Вт. Какими же путями возможно увеличить сопротивление теплопередаче окон пластиковых хотя бы до сегодняшних 0,6 (м2•°С)/Вт, не говоря уже о быстром устаревании строительных требований и учитывая 20-40 летнюю жизнь окна, при этом не увеличивая значительно стоимость всей оконной конструкции?
23 ноября 2009 года принят Федеральный закон об энергосбережении и повышении энергетической эффективности (№ 261-ФЗ). Предполагается, что этот закон поможет создать правовые, экономические и организационные основы стимулирования энергосбережения и повышения энергоэффективности. Коснется он и установки оконных систем. Но обо всем по порядку.
1 мая 2010 принят приказ, который утверждает требования по энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений. Обновленный закон предписывает заменить окна на энергоэффективные (с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,56-0,8 (м2•°С)/Вт). На это законодатель выделил свой срок: с 2011 до 2015 гг. Если говорить простым и понятным языком, то в течение четырех следующих лет окна должны стать теплее на 48%.
Требования к окнам будут касаться не только муниципальных заведений, строящегося жилья, но и уже построенных домов. Подталкивать нас к этому будут требования к установке счетчиков энергопотребления. По предварительным подсчетам, с 1 января 2011 г. россияне, не установившие счетчик, будут переплачивать за воду, газ и тепло почти в двойном размере, а с 2012 — и вовсе в четырехкратном.
Такая практика стимулирования широко распространена в Западной Европе, где собственники домов, неоснащенных счетчиками, оплачивают «коммуналку» по ставкам в несколько раз больше.
Вдохновленные перспективами, будем разбираться: окна пластиковые состоят из двух основных элементов: ПВХ профилей (рама, створка, импост, штапики и т.д.) и с/п. Именно эти составляющие определяют значение сопротивления теплопередаче всей оконной конструкции.
Ширина камеры (звукоизоляция)
Важная функция окна — шумозащита. Предельно допустимая сила звука для человека днем — 40 дБ, ночью — 30 дБ. Оживленная улица города шумит на 80—90 дБ. Необходимость защиты от избыточного шума очевидна.
Делается с помощью утолщения одного из стекол (наружного), увеличением внутреннего пространства. В стеклопакете может быть две камеры.
Конструктивно, для эффективной звукоизоляции, чаще используют (мм):
- Однокамерный: внутреннее 4 — пространство 16 — внешнее 6
- Двухкамерный: комнатное 4 — промежуток 10 — среднее 4— промежуток 10 — внешнее 6
- Двухкамерный: внутреннее 4 — полость 10 — среднее 4— полость 16 — внешнее 6
- Двухкамерный: комнатное 4 — зазор 16 — среднее 4 — зазор 6 — внешнее 6
Сравнительные характеристики распространенных видов стекол для окон
Кроме количества камер, размеров, толщины листов в пакете, могут применяться материалы, защищающие от теплопотерь — «триплекс» — сандвич из двух закаленных стекол, между которыми проложена пленка. Вариантом конструкции, с декоративным видом, является применение в качестве «начинки» сандвича трех пленок — двух упрочняющих, одной цветной.
Установка пластикового окна со стандартным пакетом снижает уровень шума на 25—35 дБ, теплопотери — в разы.
Окна способны снижать уличный шум до 3—5 раз. Перед установкой нужно замерить уровень шума в месте расположения окна, провести сравнительные расчеты, выбрать конструкцию.
Стеклопакет триплекс
Теплопроводная теплопередача
Такая теплопередача присуща твердым материалам. Причина тепловой потери в данном случае — «мостик холода». Под «мостиком холода» подразумевается дистанционная рамка из алюминия, находящаяся внутри стеклопакета. Профессионалы из «Модерн-ХХІ» предложили простое и эффективное решение – использовать «теплую» полимерную дистанцию Super Spacer. Испытания показали, что уровень температуры на внутренней стороне стеклопакета вырос, это значительно снижает вероятность появления конденсата. Таким образом, на раме не появляется вызванная сыростью плесень и грибок, которые могут быть опасными для детей и взрослых, склонных к аллергическим реакциям.
Кроме того, для снижения потерь тепла и повышения термического сопротивления металлопластиковой конструкции квалифицированные специалисты предлагают использовать профильные конструкции с теплоизолирующими вставками в воздушных камерах.
Если рассматривать деревянные конструкции, то рекомендуется использовать более крупный брус, либо специальный брус с термовставкой. Характеристики такого бруса в отношении сохранения тепла значительно выше, чем у стандартного евробруса. Также брус с термовставкой не несет нагрузки на фурнитуру. В качестве примера можно привести такое сравнения. Сосновый брус толщиной в 13,8 см будет обладать таким же сопротивлением теплоотдаче, как и брус с термовставкой, но шириной 7,8 см.
Энергосберегающие стёкла
Для уменьшения теплоотдачи путем инфракрасного излучения разработаны энергосберегающие стекла. Часто их называют теплосберегающими, селективными, низкоэмиссионными. Это обозначает низкую теплопроводность, защиту от теплопотерь.
Тонированное стекло для окна
Качества достигаются тем, что для производства используются высококачественные листы, отливаемые в горизонтальные формы. По сравнению с вытягиваемыми из расплава вертикально, они более оптически чистые, однородные, прозрачные. После полировки лист помещают в камеру, где наносят тончайший слой оксида металла, полимерные соединения. По различию в нюансах изготовления, выделяют виды с «твердым», «мягким» покрытиями.
Ударопрочное стекло для окна
К — стекло (твёрдое покрытие)
Материал с твердым покрытием называют К—стекло. Разработано первым, более дорогое в производстве. Слой металла наносится во время отлива листа. Используют соединения олова. Преимущество материала — защита от теплопотерь, высокая механическая прочность, стойкость металлического включения к износу. Можно применять в однокамерных пакетах.
Устройство 1—камерного и 2—камерного стеклопакетов
I—стекло (мягкое покрытие)
Отличается большей степенью снижения теплопотерь, дешевле. Минус — низкая прочность покрытия (соединения серебра, сложные органические полимеры). Материал используют в двухкамерных пакетах. Помещают в середину конструкции. I—стекло более распространено, чем его аналог — К—стекло.
Шумоизоляционное стекло для окна
Теплопотери
Теплота может уходить из помещения по трем причинам:
- Инфракрасное излучение помещения, обстановки
- Конвекция внутренних газов
- Теплопроводность стекла, рамы окна
Качественный, герметичный профиль, правильно смонтированные рамы окон могут оказаться бесполезны для снижения теплопотерь, если в них установлен низкокачественный, большой по площади стеклопакет.
Энергосберегающее стекло для окна
Расчет теплопотерь
Получив исходные данные, проектировщики начинают расчет. Рассмотрим основные виды тепловых потерь и формулы их расчета. Теплопотери бывают: через стены, через пол, через окна, через крышу, через вентиляционные шахты и дополнительные потери тепла. Термическое сопротивление для всех конструкций рассчитывается по формуле
Rст =1/ αв+Σ(δі / λі)+1/ αн,
где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м2·оС; λі и δі – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м; αн – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м2·ос;
Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.
И так, начнем:
Первым делом рассмотрим теплопотери через стены
На них наибольшее влияние имеет конструкция стен. Рассчитываются по формуле: Коэф. n-поправочный коэффициент. Зависит от материала конструкций, и принимается n=1 если конструкции из штучных материалов,и n=0,9 для чердака, n=0,75 для перекрытия подвала.
Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м. В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λк =0,58 Вт/мºС, λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76 Вт/мºС. После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:
Rст=1/ 23 +0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/ 8,6 = 2,64 м2 ºС/Вт.
Для нашей местности такого сопротивления недостаточно и дом нужно утеплить лучше. Но сейчас не об этом. Расчет теплопотерь:
Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.
ß- это дополнительные потери тепла. Далее мы распишем их значение и станет ясно, откуда взялось число 10 и зачем делить на 100.
Далее идут тепловые потери сквозь окна
Здесь все проще. Расчет термического сопротивления не нужен, ведь в паспорте современных окон он уже указан. Теплопотери через окна рассчитываются по той же схеме, что и через стены. Для примера рассчитаем потери через энергосберегающие окна с термическим сопротивлением Rо= 0,87 (м2°С/Вт) размером 1,5*1,5 с ориентацией на Север. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.
К теплопотерям через перекрытия относят отвод тепла через крышные и половые перекрытия. В основном это делается для квартир, где и пол и потолок представляет собой железобетонную плиту. На последнем этаже учитываются только потери сквозь потолок, а на первом лишь через подвальное перекрытие. Это обусловлено тем, что во всех квартирах принимается одинаковая температура воздуха, и теплоотдачу от квартиры к квартире не берут во внимание. Недавние исследования показали, что через не утепленные узлы примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям идут большие потери тепла.
Определение утечки тепла через перекрытие такое же как и для стены, но не учитываются дополнительные теплопотери. Коэффициент α берется другой: α вн =8,7 Вт/(м 2·К) α вн =6 Вт/(м2·К), разница температур также, ведь в подвале или на крытом чердаке температура принимается в пределах 4-6ºС. Не будем расписывать расчет термического сопротивления для перекрытия, ведь он определяется по той же формуле Rст = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ α. Возьмем перекрытие с сопротивлением 4,95 и примем воздух на чердаке +4ºС, площадь потолка 3х4м, внутри 22ºС. Подставляем в формулу и получаем:Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.
Расчет потерь тепла через пол на грунте
Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла. За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи. Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м2°С/Вт), для второй R2=4,3 (м2°С/Вт), для третьей R3=8,6 (м2°С/Вт)
Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй. Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м2°С/Вт), R2=4,3 (м2°С/Вт), подставляем в формулу: Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.
Дополнительные теплопотери
Учитываются только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей. Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%. Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет. Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету. Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу.
Теплопотери на вентиляцию
Не учитываются, если проектируется воздушное отопление или используется вентустановка с подогревом воздуха, так как воздух в помещение поступает уже теплый, и на его нагрев не тратится тепло. Но если установка без подогрева, необходимо учесть расход тепла на нагрев входящего воздуха. Упрощенная формула выглядит так:
Q=0,337·V·Δt
где V — бьем помещения в м3, Δt — разница внешней и наружной температур.
Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения.
Тепловое излучение и выбор стекла
Не менее 65% теплопотерь через стекло происходят за счет теплового (инфракрасного) излучения. Правильно подобранный вид стекол для пакета поможет снизить цифру теплопотерь. Наиболее действенно — использование энергосберегающих стекол. Благодаря покрытию оксидами металлов отражают большую часть инфракрасного потока.
Увеличение толщины стекол в пакете не приносит пользы, растет вес окна, стоимость. Использование энергосберегающего материала, профиля для окна позволяет экономить до 30% расходов на отопление. Минус — высокая цена, но быстро окупится, если рассчитать.
Энергосберегающие окна
Простые способы, требующие минимальных затрат
Рассмотрим самые простые способы уменьшения утечет тепла в помещении. Они, как можно догадаться из названия, больших затрат не потребуют.
Установить фольгированный (теплоотражающий) экран около батареи. Благодаря этому тепловая энергия будет отражаться и направляться в помещение, а не расходоваться на обогрев стены.
Отражающий экран за батареей
Закрывайте двери/окна. Самым простом способом экономить тепло является банальное плотное закрывание дверей и окон.
Закрывайте окна и двери
Утепление дверей/окон. Если окна деревянные, то нужно герметизировать участки, в которых стекло прилегает к раме. Чтобы сократить теплопотери, достаточно просто оклеить щели или установить уплотнители.
Уплотнение окон
Устранить затенение окон. Через окно проходит до 95 процентов солнечного света, а потому тепло будет аккумулироваться внутри помещения. Подтверждением этому является тот факт, что очень многие теплицы делают именно из стекла.
Солнечная радиация
Солнечной радиацией называют поток энергии излучаемой солнцем. Состоит из видимого, невидимого излучения. Важные невидимые составляющие — ультрафиолетовое, инфракрасное излучения. Первое имеет бактерицидные свойства, вызывает загар, второе — тепло, к примеру, как от чайника с горячей водой, теплопередача от радиатора отопления.
СП задерживают внутри помещения, не допускают с улицы до 60% инфракрасного излучения. Снижаются теплопотери помещений зимой, перегрев летом. Снижаются расходы на отопление, кондиционирование.
Стекла в старых деревянных рамах поглощают ультрафиолет. Стеклопакеты пропускают безопасное количество излучения. Способствуют очищению помещений от болезнетворных микроскопических организмов, спор.
Куда уходит тепло из дома?
Стены утеплены, потолок и пол тоже, ставни поставлены на пятикамерные стеклопакеты, вовсю раскочегарен газовый котел. А в доме все равно прохладно. Куда же продолжает уходить тепло из дома?
Настало время искать щели, щелки и щелочки, куда уходит тепло из дома.
Во-первых, система вентиляции. Холодный воздух приходит по приточной вентиляции в дом, теплый воздух покидает дом по вытяжной вентиляции. Чтобы уменьшить теплопотери через вентиляцию, можно установить рекуператор – теплообменник, забирающий тепло у выходящего теплого воздуха и нагревающий входящий холодный воздух.
Во-вторых, входные двери. Чтобы исключить теплопотери через двери, следует смонтировать холодный тамбур, который будет буфером между входными дверями и уличным воздухом. Тамбур должен быть относительно герметичным и необогреваемым.
