Теплопотери в пластиковых окнах
Одной из важнейших претензий заказчиков после монтажа в их квартирах и прочих объектах к монтажникам и сборщикам окон и дверей из экструдированных ПВХ-профилей является промерзание мест сопряжений пластикового окна с откосами и выпадение конденсата на стеклопакете, ПВХ-профиле, откосе и даже на подоконной доске. Причем такие казусы случаются даже в странах СНГ с теплым климатом (Закавказье и Средняя Азия).
В большинстве случаев причина — нарушения правил монтажа оконной конструкции. Но есть случаи, когда необходим теплотехнический расчет подобных узлов и конструкций в зависимости от конструкции стен и ограждающих конструкций; в большинстве сборочных фирм нет единой методики такого расчета, или очень упрощенная и далекая от объективного анализа теплового режима узлов сопряжении окон из ПВХ-профилей с наружными стенами различного конструктивного решения. Необходимость проведения данного анализа обусловлена большим количеством случаев промерзания наружных стен в местах расположения оконных блоков с узкой оконной коробкой, особенно ярко проявившихся в суровых климатических условиях. В этих случаях проблемы не ограничиваются лишь геометрическим несоответствием отдельных размеров (толщины стен, размеров проемов, разностью диагоналей и т.п.) или качеством монтажа.
Суть проблемы лежит глубже и обусловлена она, прежде всего, особенностями конструктивного решения наружных стен, десятилетиями строившихся в СНГ. Так уж сложилось, что у нас в течение долгих лет считалось, что самая лучшая стена — это однослойная кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича (да и сейчас продолжает считаться). И за несколько десятилетий построено огромное количество зданий с такими стенами. В ЕС это называется «русские стены». Ранее экономически это было абсолютно оправдано, но с началом применения ПВХ столярки ситуация резко изменилась. Относительно большой коэффициент теплопроводности материала стены при наличии узкой оконной коробки приводит к тому, что вдоль стены (в обход оконной коробки) идет интенсивный сток тепла. Более того, сток тепла идет и в толщу стены, которая в месте расположения оконного блока также имеет низкую температуру. И как бы качественно не была выполнена установка оконного блока и произведено запенивание пространства между однослойной кирпичной стеной и окном, промерзание откоса практически неизбежно. Не дает кардинального решения и смещение окна к центру стены (что рекомендуется в настоящее время большинством фирм-изготовителей).
Можно возразить, что в ряде квартир выпадение конденсата на поверхности откосов не наблюдается. Но это уже обусловлено тем, что относительная влажность воздуха в помещениях зимой, как правило, намного ниже расчетных значений, и особенно в помещениях нижних этажей. Если же влажность в пределах расчетных значений или выше (что наблюдается чаще всего в верхних этажах зданий или при плохо работающей системе вентиляции), то происходит выпадение конденсата.
Анализ этих процессов и решение вопросов правильной установки оконных блоков в наружных стенах различного конструктивного решения, исследования теплового режима окон с различными дистанционными рамками в стеклопакетах (алюминиевыми, стальными, пластиковыми) продолжаются и поныне. Оценка эффективности возможных решений, выполненная на основе расчетов температурных полей (программа), позволила сделать следующие выводы:
Таким образом, еще раз можно подтвердить, что в возникающих проблемах у заказчиков виноваты не ПВХ-профили, пластиковые окна, двери, ПВХ-обшивка стен и фасадов (часто заказчики даже не могут обосновать свое неприятие пластиковых стройматериалов) и т.п., а все-таки недостатки в монтаже, и особенно слабое применение проектировщиками новых методов теплотехнического расчета изделий из экструдированных ПВХ-профилей.
В большинстве случаев причина — нарушения правил монтажа оконной конструкции. Но есть случаи, когда необходим теплотехнический расчет подобных узлов и конструкций в зависимости от конструкции стен и ограждающих конструкций; в большинстве сборочных фирм нет единой методики такого расчета, или очень упрощенная и далекая от объективного анализа теплового режима узлов сопряжении окон из ПВХ-профилей с наружными стенами различного конструктивного решения. Необходимость проведения данного анализа обусловлена большим количеством случаев промерзания наружных стен в местах расположения оконных блоков с узкой оконной коробкой, особенно ярко проявившихся в суровых климатических условиях. В этих случаях проблемы не ограничиваются лишь геометрическим несоответствием отдельных размеров (толщины стен, размеров проемов, разностью диагоналей и т.п.) или качеством монтажа.
Суть проблемы лежит глубже и обусловлена она, прежде всего, особенностями конструктивного решения наружных стен, десятилетиями строившихся в СНГ. Так уж сложилось, что у нас в течение долгих лет считалось, что самая лучшая стена — это однослойная кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича (да и сейчас продолжает считаться). И за несколько десятилетий построено огромное количество зданий с такими стенами. В ЕС это называется «русские стены». Ранее экономически это было абсолютно оправдано, но с началом применения ПВХ столярки ситуация резко изменилась. Относительно большой коэффициент теплопроводности материала стены при наличии узкой оконной коробки приводит к тому, что вдоль стены (в обход оконной коробки) идет интенсивный сток тепла. Более того, сток тепла идет и в толщу стены, которая в месте расположения оконного блока также имеет низкую температуру. И как бы качественно не была выполнена установка оконного блока и произведено запенивание пространства между однослойной кирпичной стеной и окном, промерзание откоса практически неизбежно. Не дает кардинального решения и смещение окна к центру стены (что рекомендуется в настоящее время большинством фирм-изготовителей).
Можно возразить, что в ряде квартир выпадение конденсата на поверхности откосов не наблюдается. Но это уже обусловлено тем, что относительная влажность воздуха в помещениях зимой, как правило, намного ниже расчетных значений, и особенно в помещениях нижних этажей. Если же влажность в пределах расчетных значений или выше (что наблюдается чаще всего в верхних этажах зданий или при плохо работающей системе вентиляции), то происходит выпадение конденсата.
Анализ этих процессов и решение вопросов правильной установки оконных блоков в наружных стенах различного конструктивного решения, исследования теплового режима окон с различными дистанционными рамками в стеклопакетах (алюминиевыми, стальными, пластиковыми) продолжаются и поныне. Оценка эффективности возможных решений, выполненная на основе расчетов температурных полей (программа), позволила сделать следующие выводы:
- В многослойных наружных стенах с эффективным утеплителем, выходящим на поверхность оконных откосов (стеновые панели с гибкими связями, кирпичная кладка на гибких связях без обрамления оконных проемов и др.), тепловой режим ограждающих конструкций соответствует требованиям норм. Дополнительного утепления оконных проемов не требуется. Аналогичные результаты наблюдаются в наружных стенах с фасадной теплоизоляцией, доходящей до поверхности оконной коробки.
- В однослойных стенах (особенно в однослойной кирпичной кладке) при расчетных температурах наружного воздуха ниже — 40°C возможно выпадение конденсата на участках шириной до 80 — 400 мм. Коэффициент теплотехнической однородности такой стены составляет г — 0,71 (это означает, что вследствие повышенных теплопотерь через оконные откосы приведенное сопротивление теплопередаче стены снижается в 1,4 раза).
- Смещение пластикового оконного блока от наружной поверхности стены к ее центральной части обеспечивает повышение температуры внутренней поверхности на 1,2 — 2,5°C, что, однако, недостаточно для обеспечения условий невыпадения конденсата (по крайней мере, в однослойных кирпичных стенах) и не обеспечивает повышения теплозащитных качеств стены. Коэффициент теплотехнической однородности кирпичной стены в этом случае составляет г — 0,76.
- Устройство утепляющего термовкладыша в толще стены, расположенного в плоскости оконного блока, также малоэффективно (г — 0,79). Это обусловлено тем, что термовкладыш располагается в слое стены с низкими температурами и существенного влияния на распределение температур внутренней поверхности стены не оказывает. Понижение температуры на поверхности оконных откосов обусловливается стоком тепла в толщу стены, имеющей в этой плоскости низкие температуры.
- Смещение оконного блока к внутренней поверхности стены с наружным утеплением оконных откосов (устройством термовкладыша между четвертью и оконной коробкой) позволяет повысить теплозащитные качества стены. Однако минимальная температура внутренней поверхности конструкции остается все же ниже «температуры точки росы». Эти результаты, так же как и в предыдущем случае, обусловлены стоком тепла из помещения через поверхность оконных откосов в глубь кладки (г — 0,88).
- Наиболее эффективным решением является утепление внутренней части оконных откосов за счет устройства термовкладышей, расположенных в стене вдоль внутренней поверхности откосов. В этом случае сток тепла в наружную стену через откосы ограничивается, что приводит к повышению температуры внутренней поверхности стены и улучшению ее теплозащитных качеств в целом (г — 0,89). При этом достаточна толщина утепляющего термовкладыша 30 — 40 мм (из пенополистирола, минераловатных плит, монтажной пены и пр.).
Необходимо отметить, что для повышения температуры внутренней поверхности пластиковой оконной коробки целесообразно смещать ее как можно глубже за четверть, а пространство между коробкой и четвертью утеплять монтажной пеной толщиной 10 — 15 мм.Эффективность предложенных решений подтверждена результатами натурных испытаний в климатических условиях Крайнего Севера, где утепление откосов было выполнено монтажной пеной толщиной 15 — 25 мм при ширине 120-140 мм (по размерам ниши от старой оконной коробки), защитой этого слоя ветонитом от намокания с последующим оштукатуриванием цементно-песчаным раствором. На основе проведенных анализов уже разработан альбом проектных решений узлов сопряжения окон из экструдированных ПВХ-профилей с наружными стенами различного конструктивного решения (для климатических районов с расчетной температурой наружного воздуха до — 51°C ), включающий варианты утепления оконных откосов, теплоизоляционными плитами из нового материала — вспененных негорючих пенополистирольных жестких плит (пока в СНГ начало работу единственное предприятие по производству этого уникального тепло- и звукоизоляционного материала), с оштукатуриванием цементно-песчаными или цементно-латексными растворами или отделкой панелями ПВХ.
Таким образом, еще раз можно подтвердить, что в возникающих проблемах у заказчиков виноваты не ПВХ-профили, пластиковые окна, двери, ПВХ-обшивка стен и фасадов (часто заказчики даже не могут обосновать свое неприятие пластиковых стройматериалов) и т.п., а все-таки недостатки в монтаже, и особенно слабое применение проектировщиками новых методов теплотехнического расчета изделий из экструдированных ПВХ-профилей.