Новейшие технологии теплоизоляции и вентиляции с помощью окон и фасадов

 5 263
После саммита 2007 года тема глобального изменения климата у всех на слуху. И если «ученые» все еще ведут дебаты о том, фикция это или действительность [см. «Окна. Двери. Витражи» №1-2008, с. 92-96], каж­дый из нас уже ощущает климатические изменения. Во всем мире люди страдают от ливней, наводнений, ураганов, экстремальных температур и засух. Эти катастрофы во многих регионах мира происходят уже давно, а сегодня они достигли Европы. Это признано в Германии и в других европейских странах на государственном уровне. В строительной отрасли повышаются требования к теплоизоляции зданий, что ведет к динамичному развитию технологий.

Развитие технологий теплоизоляции в строительстве
В Германии до сих пор свыше 40% первичной энергии потребляется для отопле­ния, теряется при вентиляции в жилищном секторе. Из этого количества около 30% приходится на такие элементы зданий как окна, двери и фасады. Поэтому первооче­редными задачами и целями отрасли являются следующие:

  • Дальнейшее повышение требований к коэффициенту теплопроводности (U) окон и фасадов предполагает, что коэффициент Uw должен составлять 0,8-2 Вт/(м2K).
  • Доля теплопотерь при проветривании, которая все больше увеличивается по отношению к потерям при теплопередаче, должна быть сведена к минимуму.
  • Эффективные системы теплозащиты летом должны предотвратить потребление ценной энергии для охлаждения.
  • С помощью окон и фасадов необходимо внести вклад в сбережение энергии.
    Многие из этих требований уже учтены в виде норм в действующей версии стандарта DIN 18599 «Энергетическая оценка зданий: расчет полезной, конечной и первичной энергии, потребляемой для отопления, кондиционирования, вентиляции, нагрева­ния питьевой воды и освещения». То есть в нежилом строительстве для окон и фа­садов учитывается кроме коэффициента U и потребление энергии для освеще­ния и кондиционирования. При санировании зданий, однако, существует опасность, что дискуссии будут вестись исключительно вокруг коэффициента U окон и стекла, а такие преимущества как выигрыш в энергии или улучшение комфорта окажутся на заднем плане.
    Эта отрасль должна подчеркивать энергетические свойства окон и фасадов и учитывать возможный выигрыш в энергии, представляя его в виде понят­ной величины, например, в виде реального коэффициента U. Активная дискуссия об энергосбережении, усовершенствовании характеристик зданий и их ремонте дает хорошие шансы для завоевания большей доли рынка путем создания мощных и эко­номичных продуктов.
    Программы ЕС по поддержке эффективного энергосбереже­ния в строительстве стимулируют потребителей и инвесторов.
    При оценке энергетических характеристик окон, фасадов и стекла определяющи­ми являются следующие показатели.
    Потеря тепла при трансмиссии происходит как через элемент строительной конс­трукции, так и через тепловые мосты, которые возникают после монтажа окна в на­ружную стену. Параметрами измерения являются коэффициент теплопроводности окна Uw, фасада Ucw, а также линейный коэффициент тепловых мостов ?.
    Пассивное накопление солнечной энергии и использование дневного света характеризируются такими величинами как степень пропускания энергии g, а также степень световой трансмиссии ?V. При оценке пассивного накопления солнечной энергии следует учитывать, что наряду с желательным накоплением во время отопи­тельного сезона происходит накопление тепла и летом, поэтому нужно не допускать перегрева здания и, как следствие, использования энергии для кондиционирования. Следует учитывать взаимосвязь между наличием дневного света и средствами за­щиты от него.
    Теплопотери от вентиляции через окно характеризуются таким показателем, как класс герметичности. Обычные конструкции обладают высоким уровнем герме­тичности, поэтому они почти не влияют на потребление энергии для отопления.
    Согласно немецкому Постановлению об энергосбережении для окон зданий высотой до двух этажей предусмотрен класс герметичности 2 как минимум, а в трехэтажных — класс 3. Согласно DIN 4108 для мест соединения конструкций коэффициент а должен быть меньше, чем 0,1 м2/(lfm (дециПа)2/3).

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

    Рис. 2. Окно в функции современного накопителя энергии

  • Регулировка света
  • Фотоэлектричество
  • Защита от солнечных лучей
  • Регулируемая вентиляция
  • Получение солнечной энергии
  • Малые трансмиссионные тепловые потери
  • Интеграция в техническое оснащение здания

    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.

    Рис. 3. Реализация требований немецкого Постановления об энергосбережении EnEV2009n2012

    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.

    Рис. 5. Конструкция современного двухкамерного стеклопакета

    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».

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

    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:

  • Средства защиты от солнца не подвергаются воздействию погоды. Тем самым их можно использовать даже при больших ветровых нагрузках и высоте здания.
  • Уход ограничивается очищением поверхности стекла.
  • Простота решения всех вопросов между производителями фасадов, стеклопакетов и средств защиты от солнца, поскольку стекло и солнцезащита поставляются вместе.
  • Энергетические параметры сравнимы с параметрами наружных систем солнце­защитных средств.
    Решающим фактором для длительного и безупречного применения в строитель­стве является осведомленность о том, как и где применяется та или иная система, а также, где границы ее использования. Главными критериями оценки пригодности системы являются:
  • Обеспечение герметичности краевого соединения, чтобы оно не пропускало газ.
  • Предотвращение возможности попадания влаги в краевое соединение.
  • Предотвращение осаждения влаги и обмерзания.
  • Обеспечение длительного использования.
  • Предотвращение трещин стекла под воздействием высоких климатических на­грузок путем расчетов толщины стекла.

    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.


    Дипл. инженер Юрген Бениц-Вильденбург,
    Начальник отдела PR & Kommunikation,
    ift-Розенхайм, Германия.
    По материалам доклада на V Международном конгрессе
    «ОКНА. ДВЕРИ. ФАСАДНЫЕ СИСТЕМЫ» в рамках
    VIII Международной специализированной выставки «ПРИМУС: ОКНА. ДВЕРИ. ПРОФИЛИ 2008», Киев, 24 января 2008 г.
  • Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

    Новое и лучшее