Новейшие технологии теплоизоляции и вентиляции с помощью окон и фасадов

• Share

Рис. 1. Динамика коэффициента Uw на фоне повышения требований в Германии

• Share

Рис. 2. Окно в функции современного накопителя энергии

Диапазон коэффициента U в Германии возрастет для новостроек от Uw =  1,4-1,5 Вт/(м2K) в настоящее время до Uw = 1,0-1,2 Вт/(м2K) (в 2009  г.) и до Uw = 0,8-1,2 Вт/(м2K) (в 2012 г.). Это серьезный вызов для современных конструкций. Современные конструкции металлических окон, однако, уже сейчас достигли своих границ. Например, для окна стандартных размеров 1,23 ? 1,48 м, с коэффициен­том Uf = 1,4 Вт/(м2K), с высококачественным двухкамерным стеклопакетом с Ug ? 0,7 Вт/(м2K), для всего окна в целом Uw может достичь только 1,21 Вт/(м2K) (с алюмини­евой рамой) и Uw =  1,14 Вт/(м2K) (с «теплой кромкой»).
При использовании двухкамерного стеклопакета требования первого уровня (Uw = 1,0-1,2 Вт/(м2K) ) можно сравнительно легко удовлетворить с помощью совре­менных деревянных и ПВХ-окон. Для выполнения требований второ­го уровня с коэффициентом Uw = 0,8?1,2 Вт/(м2K) необходимо дальнейшее усовер­шенствование конструкции рам и профилей.
При планировании и оценке фасадов имеется намного больше возможностей для улучшения их теплоизоляционных свойств. Благодаря использованию трехслойно­го (двухкамерного) стеклопакета крупных размеров и вакуумных панелей доля ко­эффициента теплопотери U профилей становится меньше, и показатель U для всего фасада в целом можно широко варьировать. Интересно также, как будет изменяться коэффициент U, если принимать в расчет воздействие солнечной энергии. Конечно же, это воздействие учитывается при расчетах энергетики по зданию в целом, но ведь прозрачные элементы здания используют солнечную энергию по-другому, чем непрозрачные стены.

• Share

Рис. 3. Реализация требований немецкого Постановления об энергосбережении EnEV2009n2012

• Share

Рис. 4. Энергетические потери фасада с учетом накопления солнечной энергии

Как видно на рисунке, при любых раскладах стеклопакет обеспечивает прогресс в теплосбережении. Поэтому использование двухкамерных стеклопакетов с двумя защитными покрытиями, аргоновым наполнителем и коэффициентом теплопроводности Ug 0,7 Вт/(м2K) скоро станет стандартом в Германии. Ведь теплотехнические характеристики находятся на первом плане, с точки зрения энергосбережения. Но стеклопакеты, а также окна и фасады должны выполнять и другие функции. Поэтому необходимо учитывать и другие аспекты, например, при использовании стеклопаке­тов, защищенных от выпадения.
Кроме теплотехнических показателей строительных элементов решающую роль для энергосбережения, а также для предотвращения образования конденсата и пле­сени играет правильное выполнение монтажа и предотвращение образования теп­ловых мостов. Тепловые мосты — это слабые в теплотехническом отношении места в оболочке здания, имеющие форму точки, линии или плоские. Они возникают, на­пример, в местах соединения различных строительных элементов или при исполь­зовании стройматериалов с разной теплопроводностью. При постоянном улучше­нии теплотехнических свойств наружных стен и наружных строительных конструкций слабые места (тепловые мосты в области соединения конструкций) все больше вы­ступают на первый план. Прохождение тепла в местах соединения существенным образом зависит от уровня расположения окна, а также правильного распределения теплоизоляционного слоя в месте соединения. Положение об энергосбережении в Германии предусматривает в качестве подтверждения три альтернативных вариан­та:
a) Без специального подтверждения коэффициенту теплопроводности всей теплопередающей площади охвата добавлена суммарная величина ?UWB = 0,10  Вт/(м2K).
b) В случае применения конструкций деталей, перечисленных в Списке 2 к стандарту DIN 4108, добавочную величину можно сократить до ?UWB = 0,05 Вт/(м2K); этим самым упомянутые выше потери теплопередачи сокращаются наполовину.
c) Коэффициенты ? можно определить по стандарту DIN V4108-6 с помощью ка­талогов тепловых мостов или специальных многомерных методов исчисления (вычисление изотермы) по DIN EN ISO 10211-2. Следует учитывать при этом, что коэффициент ? зависит также от избранного способа рассмотрения (на внешней поверхности или на внутренней). Главным принципом планирования
должно быть следующее: в конструкции должно быть как можно меньше тепло­вых мостов. Как правило, повышения коэффициента ? в области соединения (примыкания) выше 0,1 Вт/(м2K) можно избежать путем усовершенствования используемых деталей.

• Share

Рис. 5. Конструкция современного двухкамерного стеклопакета

• Share

Рис. 6. Оптимальные теплотехнические характеристики при монтаже новых окон

Будут ли окна служить для проветривания в будущем?
Использование новых строительных конструкций и способов проветривания при­вело к изменениям физических характеристик здания с более высоким уровнем влажности в помещениях и вызвало широкую дискуссию о недостатках проветрива­ния с помощью окон. В Германии были переработаны стандарты DIN 1946-6, 2006-12, «Техника вентиляции в помещениях — Часть 6: Проветривание квартир. Общие поло­жения. Требования к обмеру, изготовлению и маркировке, сдаче/приемке и техническому обслуживанию» и предложены варианты, при которых свободное про­ветривание должно обеспечивать только минимальный воздухообмен, если это воз­можно без помощи пользователя. Однако для современных оконных конструкций, как правило, необходимо, чтобы их кто-то открывал и закрывал. Это может привести к тому, что в оболочку здания будут встраивать соответствующие системы с мотором для открывания и закрывания, которые управляются, например, с помощью СО2.
В соответствии с нормативными требованиями в Европе сейчас определены 4 уровня проветривания и необходимые для них объемы наружных воздушных пото­ков:
1. Проветривание для защиты от влажности: Проветривание, не зависящее от пользователя (минимальный режим), которое помогает избежать образования плесени и губительного воздействия влаги, в зависимости от уровня теплосбережения при обычном уровне влажности и температуре помещения.
2. Минимальное проветривание: Проветривание, не зависящее от пользователя, которое удовлетворяет минимальные требования к качеству воздуха в поме­щении при обычной влажности и обычном уровне вредных веществ.
3. Основное проветривание: Проветривание, необходимое для обеспечения за­щиты здания, а также выполнения требований гигиены и медицины при плановом использовании одной квартиры (обычный режим).
4. Интенсивная вентиляция: Необходимая время от времени вентиляция в усиленном режиме.
Необходимость применения той или иной концепции вентиляции определяется соотношением активного потока инфильтрационного воздуха qI к общему объему потока наружного воздуха, необходимого для защиты от влаги qA. Если qA > qI, то нужно назначить мероприятия по вентиляции, т.е. воздухообмена с помощью сво­бодной вентиляции недостаточно.
Свободное проветривание может иметь место в том случае, если не предъявляются какие-либо особые требования к гигиене, пот­реблению энергии или звукоизоляции.
Определение общего объема потока наружного воздуха на одну квартиру происходит с учетом осо­бенностей здания и других особых требований на том или ином уровне вентиля­ции по таблице.
Этот пока­затель потом сравнивают с показателем по каждой комнате и устанавливают мак­симальный. Из общего объема потока вычисляется тот, который нужно обеспечить с помощью вентиляции, путем вычитания доли инфильтрации.
В зависимости от этих показателей в каждом помещении определяют расположение, например, воздуш­ных фильтров в наружной стене при свободной или сквозной вентиляции или филь­тров вентиляторов. Во всех концепциях вентиляции необходимо обеспечить, чтобы вентиляция для защиты от влаги и минимальная вентиляция осуществлялись неза­висимо от пользователя, т. е. при закрытых окнах. Открывающееся окно тем самым может служить только для обычной и интенсивной вентиляции. Его можно, конечно же, использовать также в сочетании с системами принудительной вентиляции.
На­пример, для квартиры с такими параметрами:
Площадь жилая — около 70 м2
Плотная застройка (т. е. оценочный воздухообмен при 50 Ра составляет 1,5 ч–1)
Высокий уровень теплосбережения (новостройка или санированное здание): необходим объем потока наружного воздуха для защиты от сырости около 30-40 м3/ч, а для минимальной вентиляции — 60-80 м3/ч, в зависимости от расположения комнат.
Если размеры здания и расположение комнат позволяют свободное движение воздуха (сквозняк), вентиляцию можно осуществлять и с помощью окон. Для этого нужно встроить фильтры для забора воздуха снаружи (ALD) в оконную раму. Для каж­дого фильтра существуют характеристики в виде кривых линий, которые позволяют определить необходимое количество элементов для минимальной вентиляции.
Ос­новное (обычное) и, в случае необходимости, интенсивное проветривание осущест­вляются путем дополнительного открывания окон. В Институте ift-Розенхайм прове­дено исследование, в ходе которого были описаны основы концепции вентиляции с помощью окон, действующей независимо от пользователя, что нашло свое отраже­ние в норме ift LU-01/1 «Вентиляция через окна, часть 1: Параметры».

• Share

Рис. 7. Концепция вен­тиляции — центральная вытяжка (вентиляция с помощью окна)

• Share

Рис. 8. Защита от солнца интегрирована в пространство между стеклами

Энергосбережение за счет защиты от солнца
Помимо потребностей в энергии зимой следует принимать в расчет затраты энер­гии на кондиционирование летом. Эти затраты могут (в зависимости от климата, оснащения и предназначения здания, а также использования кондиционеров) пре­восходить количество энергии для отопления во много раз. Два самых важных фак­тора сокращения влияния климата — это защита от солнца летом (затенение) и ох­лаждение путем проветривания. Прежде всего, очень важно отрегулировать ночное охлаждение. Лучше всего расположить средства защиты от солнца снаружи, пос­кольку тогда тепло вообще не будет попадать в помещение.
Недостатком подвижных средств защиты, типа жалюзи или маркиз, является то, что они часто бывают неэф­фективными при большой скорости ветра. В первую очередь это касается высоких зданий. Стационарные или подвижные металлические приспособления для защиты от солнца хоть и очень эффективны и выдерживают большие нагрузки, но они очень сильно изменяют вид фасада, а их вторичные несущие конструкции занимают много места и дорого стоят. Солнцезащитное стекло само по себе, как правило, не может при интенсивном освещении удерживать энергию от попадания внутрь помещения. Стеклопакет предлагает альтернативу в вопросах защиты от солнца.
Такие новые системы обеспечивают хорошее затенение, не изменяют вида фаса­да и не подвергаются воздействию климата или непогоды. Именно такие подвижные системы могут гибко реагировать на изменения времени года, дня и ночи, и имеют высокий уровень эффективности в любых условиях применения. Сюда относятся, прежде всего, солнцезащитные элементы между стеклами многокамерного пакета.
Монтаж солнцезащитных элементов типа жалюзи, занавесок или решеток в герме­тически закрытые пространства между стеклами дает интересные системные пре­имущества:

Для размещения солнцезащитных средств в пространствах между стеклами не­обходимо увеличить расстояния между ними, чтобы подвижные части этих средств даже при неблагоприятных климатических условиях не касались поверхности стек­ла, т.е. очень важно, чтобы оконные стекла имели соответствующие размеры. Уве­личение пространства между стеклами увеличивает также нагрузку внутри системы. Это приводит к повышению нагрузки на краевое соединение стеклопакета и уве­личению прогиба стекол.
Требования для обычных стеклопакетов в соответствии с европейским стандартом DIN EN 1279 «Строительное стекло — многокамерные стеклопакеты» не подходят для оценки пакетов со встроенными средствами солнцезащиты. Необходимо проверить эти системы в оригинальном исполнении, чтобы оценить функциональность кабельных проводок и влияние конструктивных свойств.
Чтобы эти продукты соответствовали высоким требованиям суровой повседневной практики, Институт ift-Розенхайм разработал Директиву ift VE-07/2 «Многокамерные стеклопакеты с встроенными подвижными солнцезащитными средствами», по кото­рой можно испытывать и оценивать продукт, чтобы обеспечить его высокое качество и длительный срок использования.