Окна и фасады, пригодные к применению

1 Введение
Окна и фасады, как компоненты светопрозрачных конструкций наружной оболочки здания, должны удовлетворять не только эстетические запросы, но и отвечать требованиям механической прочности и устойчивости, пожаробезопасности и огнестойкости, медико-санитарным и экологическим нормам, безопасности использования, звукоизоляции в той же мере, что и теплозащите и энергосбережению. Этот сложный комплекс показателей вмещает в себя и более высокие концептуальные запросы к разрабатываемому изделию. Поскольку характеристики частично противоречат или иногда взаимно исключают друг друга, невозможно достичь абсолютного оптимума сочетания параметров. Таким образом, каждый конструктивный элемент представляет собой компромисс желаемых характеристик. Для разработки новых конструкций требуется инновационный процесс, который, собственно, “ведет” за собой новый продукт. Инновация, по мнению ведущего немецкого экономиста Йозефа А. Шумпетера, это единство технической и организационной новации, не связанной со степенью новизны и количеством изобретений. В итоге инновация должна представлять собой сочетание новых и уже известных технологий, которые приводят к появлению нового изделия.
Целью всегда ставится монопольное положение благодаря инновации, пусть даже на короткое время, за которое будет обеспечена более высокая цена или повышение производительности, или (может даже одновременно) снижение материалоемкости или затрат труда.

Инновационный процесс условно делится на три основные стадии: Фаза первоначального импульса, в которой рассматриваются основные тенденции и прогрессивные технологии. Стадия оценки, на которой оценивается пригодность новой технологии для конкретной отрасли, производства и собственно для изделия. Перенос, трансферт технологий, при котором внедряются соответствующие технологические и организационные решения.

2 Принципы конструирования
Рассматривая инновационный процесс с этой точки зрения вне зависимости от появления новых технологий, важно определить такие принципы конструирования, которые скажутся на функциональности и пригодности использования конечного изделия.

2.1 Функционально-ориентированное использование материалов — уровень моделирования
В результате ясного определения уровней функциональности можно назначить к применению именно те материалы, которые удовлетворяют требованиям технического задания и соотносятся с другими требованиями спецификации. Таким образом, в изделиях для наружного применения должны использоваться исключительно атмосферостойкие материалы, к тому же стойкие к возможным неоговоренным нагрузкам и ударам. На уровне определения функциональности используются материалы, оптимизированные с точки зрения требований по термоизоляции, влагостойкости, уплотняющим свойствам, сопротивлению материалов, конструкционным требованиям, способности удерживать стекло и крепления фурнитуры и т.д. На уровне оценки декоративных свойств, например, можно включать в рассмотрение любые материалы, не противоречащие требованиям других уровней. В принципе, мы делаем различия в подходе при рассмотрении составных (дискретных) или монолитных конструкций таких систем. Типичным примером дискретной конструкции является деревянно-металлическое окно, которое разделяется на:
а) атмосферостойкую наружную часть из металла;
б) компоненты, обеспечивающие высокую термоизоляцию и оптимизированные по статическим свойствам, которые выполнены из, скажем, хвойных пород древесины;
в) декоративную внутреннюю часть из, например, древесины лиственных пород. Типичный пример монолитной конструкции — трехслойный клееный профиль, сделанный из разных пород древесины.

Рис. 1. Принципы конструирования. Стекло как элемент жесткости
Способы устранения недопустимо высоких нагрузок:
а) ужесточение рамы;
г) распределение нагрузки эластичным уплотнителем.
Методы визуализации при моделировании:
в) в поляризованном свете;
г) метод конечных элементов.

2.2 Пространственное выделение функциональных уровней
Другим примером хорошего решения на уровне моделирования может быть отбойник на наружном подоконнике или система дренажа, с помощью чего можно существенно повысить атмосферостойкость и снизить уровень протечек окна в целом. Областью, где это необходимо, является уплотнение перекрытия створок или уплотнение штапика с внутренней стороны деревянной рамы: с течением времени внутренняя атмосфера помещения мало сказывается на долговечности самих материалов уплотнения, но увеличиваются щели, увеличиваются протечки, а в результате портится уплотнение окна и с внутренней стороны. Эта проблема может быть легко решена пространственной сменой функциональных уровней путем использования уплотнительных накладок или устранением соединений и стыков с внутренней стороны. Так, например, уплотняющие свойства штапика могут быть существенно выше, если его располагать с наружной части рамы, а не изнутри. Некоторые конструктивные изменения могут применяться исключительно после длительной практической апробации, например, вклеенные стеклопакеты или рамы с металлическими раскладками, крепящимися снаружи к остекленным рамам.

2.3 Стекло как элемент жесткости
Многие оконные системы, поступившие на рынок в последнее время, имеют стекла с покрытиями, одновременно выполняющими роль силового элемента. В отличие от обычной роли элемента жесткости в створчатых окнах, они несут дополнительную функциональную нагрузку, как, например, повышенная стойкость ко взлому, отказ от уплотняющих штапиков и накладок, снижение эксплуатационных расходов по обслуживанию наружных переплетов. При использовании таких новых типов конструкций, по меньшей мере, есть серьезные замечания по поводу совместимости используемых компонентов так же, как и к применимости клеящих материалов. Только когда адгезивный слой применяется в соответствии с определенными условиями и в случае использования точно подогнанных соединяемых деталей, можно говорить о долговечности и однородности полученного изделия.
Для повышения стойкости используемых материалов в каждом случае необходимо точно определить ограничения для материалов и системы в целом, информация о которых должна быть известна как поставщикам, так и клиентам. Для предотвращения преждевременных разрушений, во всяком случае, следует соблюдать рекомендации ift “Руководство по клееным остекленным системам”.

Рис. 2. Принципы конструирования. Эффективный столб воды

2.4 Выравнивание давлений и повышение уровня воды.
Инфильтрация дождевой воды через соединительные элементы конструкции не может быть полностью устранена для оконных и фасадных систем. Чтобы измерить степень проникновения воды через конструкцию, теоретически необходимо обеспечить высоту столбика воды высотой 10 мм на каждые 100 Па перепада давления между шпунтовой канавкой и наружной средой. Однако на практике очень трудно этого достичь, поэтому прибегают к нехитрому трюку — перепад давления между канавкой и наружной средой понижается посредством разгрузочного отверстия, которое размещается со стороны, где льет дождь. Таким образом, конструкция при испытаниях подвергается более обильному поливу и получает даже более высокий коэффициент сопротивления воздействию воды. Даже размер и место расположения дренажного отверстия играют роль в определении действительного объема протечек.
Исследования в ift-Rosenheim показывают, что круглые отверстия диаметром меньше 8 мм или щелевые отверстия менее 5 x 20 мм дают искажения объема проникающей воды из-за поверхностного давления и явлений смачивания, т.е. практически непригодны, что играет положительную роль для дренажа — отверстия в наружной камере и через боковую сливную щель. Следует учитывать “эффект дымохода” из-за разницы давления и температуры — когда вода может подниматься в зазоре между рамой и боковыми стенками при постановке защелок в режим щелевого проветривания.

2.5 Увеличенное заглубление стекла в раму
Если, оценивая температуру поверхности оконной системы для определения граничных условий в соответствии со стандартом DIN 4108-2, сравнить данные с результатом, полученным для аналогичного же алюминиевого окна, но с более заглубленным в раму (на 3 мм) стеклопакетом с покрытием и системой проставок, то можно получить температуру поверхности на границе стекло-рама почти на градус выше. Опираясь на это, можно влиять на точку росы и образование конденсата путем простой модификации оконной конструкции.

2.6 Термораспределение на одном уровне
Сдвиг наружу за счет термопрокладок в металлическом окне между переплетным элементом и рамой или в случае брусковой конструкции между стеклопакетом и проставкой может обеспечить равномерную теплопроводность поперек сечения.
Это означает, что простым подбором размеров тепловых проставок можно добиться линеаризации изотерм, то есть добиться существенного подобия тепловых характеристик фасада и окна.

Share	Share
Рис. 3а Изотермы для двух одинаковых рам при одинаковых условиях, но с разной степенью заглубления стеклопакета в тело рамы (15 и 18 мм)

Share	Share
Рис. 3б Сдвиг теплового потока по сечению за счет перемещения стеклопакета наружу

3 Выводы
С помощью интеллектуальной комбинации знаний и принципов конструирования в сочетании с новыми тенденциями и изобретениями может быть разработана конструкция “инновационного” окна и фасада, которая сосредоточит и преимущества, и новизну. Что будет решающим фактором при выборе каждой инновации между рисками и возможностями, трудностями внедрения и выгодами при продаже? Сравнительные испытания по определению характеристик и надежности при изменении механических и климатических условий и нагрузок есть непреложный этап, который минимизирует риск появления жалоб и недовольства. Изделие, которое получило (даже незаслуженно) негативную оценку на рынке, помимо прямых финансовых потерь приносит еще и невозможность дальнейших продаж на рынке. Этот факт означает, что даже легко устранимые ошибки и дефекты могут иметь далеко идущие негативные последствия.
Вы, безусловно, можете опираться на практический опыт и знания, добытые в ift-Rosenheim за сорок лет существования, которые позволили немецким оконным системам обрести заслуженное лидерство на мировом рынке, и разрабатывать свои новые изделия, будучи заранее уверенными в их успехе на рынке. Постоянные инновации — одно, и только одно конкурентное преимущество с длительным сроком действия!

Семь принципов конструирования новых оконных систем независимо от их типа 1 Использование материалов с подобными характеристиками: — Атмосферостойкость для наружного применения; — Конструкционные материалы с хорошим подобием статических характеристик и показателей жесткости на функциональном уровне; — Декоративные материалы — только со стороны интерьера. 2 Пространственное разделение функциональных уровней: — Декоративные материалы — только со стороны интерьера. Элементы, защищающие от непогоды и уплотнения должны быть разнесены как можно дальше друг от друга. 3 Внутренние поверхности должны уплотняться надежнее, чем наружные. — Конструктивные элементы должны скорее направлять поток влаги наружу, чем удерживать от просачивания внутрь. 4 Следует тщательно взвешивать все риски, связанные с применением новых технологий и материалов: — Испытания могут безосновательно подтвердить ожидаемое улучшение характеристик от использования новых материалов и технологий в индустрии окон и фасадов. 5 Выравнивание давлений для разгрузки дренажа влаги: — С помощью мер по принудительному выравниванию давления снаружи и внутри переплета можно добиться большей водостойкости, чем мерами по обеспечению большей герметичности конструкции. 6 Увеличение заглубления стеклопакета в раму: — Заглубление стеклопакета в раму может изменить точку росы и снизить риск образования конденсата на границе стекло — рама. 7 Тепловые проставки на одном уровне: — Простым подбором размеров термопроставок можно линеаризовать изотермы теплового потока и добиться существенного повышения термоизоляционных свойств всей системы “фасад-окно”