Теплоизоляция и влагозащита окон и фасадов
Чтобы выполнить требования по тепло- и влагозащите окон и фасадов, необходимо обеспечить строгое разделение функциональных областей, а также защиту примыканий от наружных и внутренних воздействий. Конструкция должна быть герметичной с наружной стороны, а возможные тепловые мостики необходимо оптимизировать на стадии проектирования. Необходимо обеспечить герметичность против дождя поверхности, защищающей от атмосферных воздействий, а случайно проникшая влага должна быть надежно отведена наружу. Эти требования действуют независимо от материала рам, расположения сооружения и конструкции наружных стен.
Зимой и летом теплозащита и влагозащита (от талой воды, плесени, ливня, тумана) окон, наружных дверей и фасадов являются важнейшими качествами, которыми должны обладать применяемые строительные элементы. Выполнение этих требований находится в компетенции исполнителей и требует правильного проектирования.
1. Функциональные области — основа работоспособной
конструкции
В результате четкого разделения функций по разным областям становится
возможным идеально использовать материал для различных требований. Так
что в области атмосферных воздействий применяются материалы, стойкие к
ним. В функциональной области применяются материалы, которые оптимальны
для выполнения установленных здесь требований относительно теплозащиты,
герметичности, статических нагрузок, крепления стекол и образования конденсата.
В декоративной области могут использоваться различные материалы для художественного
оформления. Эти отдельные области должны быть четко определены конструктивно.
Описанная модель подходит для европейского климата и помещений с обычным
микроклиматом. При рассмотрении и оценке должна учитываться вся наружная
стена.
Рис. 1. Модель областей ift Rosenheim
2. Теплозащита
Изданные в 2002 г. Европейские EPB-директивы по энергетической эффективности
зданий отражают необходимость бережного обращения с нашими конечными энергетическими
ресурсами и должны применяться во всех странах ЕС. В Германии это происходит
в результате обновления Предписания об экономии энергии (ENEV), в котором
должны быть учтены следующие аспекты:
Окна и фасады играют решающую роль в потреблении энергии зданиями
и в комфорте пользователей. Здесь необходимо учитывать следующие величины:
характеризуются суммарным коэффициентом энергетической проницаемости g, а также коэффициентом светопропускания ?v. При оценке пассивного солнечного тепла необходимо учитывать, что наряду с желательностью его увеличения в течение отопительного периода является нежелательным поступление этого тепла в летнее время, так как здание перегревается, и требуется энергия для его охлаждения. Необходимо учитывать взаимодействие дневного света и затенения.
Рис. 2. Схема потоков энергии на примере окна
DIN 4108) условию а < 0,1 м3/(м.(даПа)2/3).
3. Коэффициент теплопередачи окон, стекла и фасадов
Коэффициенты Uw для комплектного окна по европейским нормам приведены
в следующих источниках:
При пользовании таблицами и при расчете необходимо знать исходные
значения Ug, Uf и f. Эти значения можно найти в таблицах (Таблица C2
в EN ISO 10077-1), определить расчетом или измерить. Для определения
коэффициента теплопередачи Uf рам из различных материалов имеются таблицы
или диаграммы.
Погонный коэффициент теплопередачи f можно определить по Таблице E1
или Таблице E2 норм EN ISO 10077-1. Чтобы лучше оценить теплотехническую
эффективность систем прокладок, можно выполнить расчет согласно EN ISO
10077-2. Коэффициент теплопередачи окна Uw определяется теплотехническими
свойствами отдельных компонентов:
Как и для окна, коэффициент теплопередачи фасада Ucw определяется теплотехническими
свойствами отдельных компонентов (DIN EN 13947).
Из-за сложного строения фасада его коэффициент теплопередачи определяется
расчетом по приведенной ниже формуле. Определение параметров отдельных
компонентов производится по таблицам, в результате расчета или измерения.
Коэффициент теплопередачи остекления стандартных конструкций определяют по таблицам норм EN ISO 10077-1, методом расчета согласно EN 673 или измерением согласно EN 674 на приборе для плит. В этом случае для определения коэффициента Ug должны быть даны не только геометрические размеры стекла, но также вид заполнения газом и излучательная способность примененного покрытия. Так как расчетные методы определения теплотехнических свойств имеют много преимуществ (быстрота, дешевизна и др.), то в последние годы именно эти методы широко применяются.
Рис. 3. Связь между теплотехническими величинами окна
4. Тепловые мостики
Тепловые мостики — это локальные (точечные, линейные или поверхностные)
слабые в теплотехническом отношении места ограждающей поверхности здания.
Эти мостики возникают, например, при примыкании различных строительных
элементов друг к другу или в результате использования материалов с разной
теплопроводностью. В сложных случаях многомерных тепловых потоков (например,
примыкание окна к наружной стене) расчетное распределение температуры
можно определить лишь приближенно. Изотермы — это линии одинаковой температуры;
в результате расчета изотерм можно определить тепловые потоки и распределение
температуры в поперечных сечениях строительного элемента. Отличительные
признаки тепловых мостиков:
Теплопередача через примыкание определяется в значительной мере поверхностью в месте установки окна, а также правильным расположением слоев изоляции.
Предписание об экономии энергии предписывает определять теплопотери через тепловые мостики при расчете годовой потребности в тепле. Имеются три варианта учета теплопотерь:
a) Без расчета вводится общая добавка dUWB = 0,10 Вт/(м2.K) к коэффициенту теплопередачи общей ограждающей поверхности. Эта добавка входит в приведенную ниже формулу теплопотерь через ограждающую поверхность.
Здесь:
HT теплопотери через ограждающую поверхность
Fx,i температурный поправочный коэффициент
Ui коэффициент теплопередачи строительного элемента, Вт/(м2.K)
Ai поверхность строительного элемента, м2
A теплопередающая ограждающая поверхность, м2
b) При применении деталей конструкций (Лист приложения 2 DIN 4108) разрешается уменьшать надбавку до UWB = 0,05 Вт/(м2.K);
Таким образом, вдвое уменьшаются указанные выше теплопотери через наружное ограждение.
c) Детальный учет тепловых мостиков согласно DIN V 4108-6 совместно с DIN EN ISO 10211-2.
При детальном расчете производится количественная оценка влияния линейных
тепловых мостиков (например, примыкание окна или фасада к стене) при
помощи относительного погонного коэффициента теплопотерь мостика f,
размерность которого Вт/(м.K). Коэффициент f показывает, какое количество
тепла теряется в тепловом мостике при разнице температуры в 1 К и длине
1 м. Коэффициент f можно определить согласно DIN V 4108-6 по каталогу
тепловых мостиков или методу расчета (расчет изотерм) согласно DIN EN
ISO 10211-2. Необходимо учитывать, что найденные значения коэффициента
f зависят от того, проводится ли расчет относительно наружной или внутренней
поверхности. Согласно DIN 4108-2, оконный размер проема принимается
в свету, т.е. без учета отделочных работ. Для разных вариантов примыкания
могут быть получены значения ? для верхних, боковых и нижних сторон.
Важно так проектировать конструкции, чтобы они не содержали, по возможности,
тепловых мостиков. За счет улучшения деталей в примыканиях необходимо
добиваться, чтобы значения f были не больше, чем 0,1 Вт/(м.K). Исследования
монолитных зданий показали, что при оптимизации деталей тепловых мостиков
можно так снизить значения общей указанной выше добавки, чтобы она была
dUWB <= 0,02 Вт/(м2.K). Часть теплопотерь через наружную ограждающую
поверхность составляет при этом лишь пятую часть по сравнению с надбавкой,
устанавливаемой без расчета, т.е. приблизительно 4-6 %.
5. Влага
Окна и наружные двери, как части наружной стены, испытывают наружные
и внутренние воздействия влаги. Правильное исполнение должно выполнять
следующие требования:
Необходимо учесть основные виды воздействий на конструкцию, которые могут присутствовать порознь или совместно, а также в зависимости от строительной ситуации (например, защищенная от ливня поверхность монтажа), от климатических условий, а также от особых обстоятельств (например, наличие крытого бассейна).
Рис. 4. Примеры примыканий, приведенные в DIN 4108-7 для герметичных
уплотнений между окном и наружной стеной
6. Воздухонепроницаемость
Предписание EnEV устанавливает требования к воздухонепроницаемости ограждающей
поверхности здания и требует современного надежного и герметичного исполнения
ограждающей поверхности, включая стыки. Должны соблюдаться принятые
технические правила норм DIN 4108-7 , приведенные в виде рекомендаций
и по проектированию и исполнению, а также примеров. Одновременно здесь
указаны требования к минимальному числу смен воздуха, которые учитываются
при назначении проемов и выборе вентиляционного оборудования. В нормы
DIN 4108-7 не рассматривают стыки и проемы в ограждающей поверхности
здания, необходимые в связи с функционированием строительных элементах,
например, в открывающихся оконных створках. Здесь предполагается, что
воздухонепроницаемое примыкание обеспечено соответствующей системой
уплотнения. Чтобы избежать образования конденсата, это уплотнение должно
располагаться с теплой стороны (поверхность 1). Проверка воздухонепроницаемости
по Blower-Door-методу применяется согласно предписанию EnEV для расчета
теплопотерь при вентиляции; при этом одновременно могут быть целенаправленно
найдены неплотности и недостатки в выполнении работ.
|
Снаружи
|
Пример
|
Внутри
|
Воздействие влаги
|
|
| Воздействие осадков с наружной стороны |
 |
Ливень Капли воды под действием давления и порывов ветра ударяют по открытым стыкам, например, по облицовке с проветриваемой обратной стороной. Посредством конструктивных мероприятий вода должна быть надежно удалена из конструкции. |
||
 |
Капиллярность Благодаря капиллярности вода проникает в конструкцию без внешнего воздействия (без давления ветра), например, в сплошной узкий шов двух элементов. Поэтому необходимо избегать капиллярных швов с наружной стороны. |
|||
| Воздействие водяного пара со стороны помещения |
 |
Конвекция водяного пара Наличие потока воздуха от горячего места к холодному приводит к образованию конденсата на холодной поверхности неуплотненного и неплотного шва. Такой поток воздуха может приносить в конструкцию большое количество влаги. Потоки воздуха от холодного места к теплому не приводят к образованию конденсата в конструкции, но создают неприятное ощущение сквозняка. Поэтому необходимо избегать воздухопроницаемых швов. |
||
 |
Диффузия водяного пара имеет место из-за разницы парциального давления водяного пара, который продвигается из-за разного климата между наружной и внут- ренней сторонами. Этот процесс зависит также от сопротивления диффузии водяного пара для различных материалов (коэффициент ., DIN 4108) и толщины материала. Диффузионные процессы идут существенно медленнее по сравнению с конвекционными, и перено си- мое ими количество влаги значительно меньше. Это, однако, не должно оправдывать длительное увлажнение материала из-за диффузии. |
|||
7. Предотвращение образования конденсата и плесневых
грибов
Воздух достигает максимальной влажности (состояние насыщения) в зависимости
от температуры. При этом теплый воздух содержит больше воды, чем холодный.
Относительная влажность — это отношение содержания воды в воздухе к
ее содержанию в состоянии насыщения. Конденсат возникает тогда, когда
в процессе охлаждения воздух более не в состоянии удерживать первоначальное
количество воды. Температура, при которой наступает этот эффект, называется
точкой росы. Плесневые грибы образуются не только вследствие образования
конденсата, они могут появиться и раньше при следующих благоприятных
условиях: влажность примерно 80% на поверхности в течение длительного
времени и подходящая питательная среда. Эти данные содержатся в переработанной
редакции норм DIN 4108-2.
Чтобы предотвратить образование конденсата и плесневых грибов, в нормах
DIN 4108-2 установлены минимальные требования к теплозащите тепловых
мостиков. Эти требования действуют также и при санировании конструкций.
Если требования не могут быть выполнены, то об этом сообщают заказчику.
Упомянутые требования приведены ниже:
a) Примыкания, которые выполнены в соответствии с детальными примерами
на Листе приложений 2 к нормам DIN 4108 (примеры из нового строительства),
теплоизолированы достаточно, и проверка их теплозащиты не требуется.
b) Для всех прочих примыканий требуется проверка минимальной теплозащиты.
Для проверки минимальных требований (случай b) вводится температурный
коэффициент fRsi , который определяется по нормам DIN EN ISO 10211-2.
Индекс si соответствует положенному в основу расчета термическому сопротивлению
теплоотдачи со стороны помещения Rsi. Температурный коэффициент должен
удовлетворять минимальному требованию fRsi, min ? 0,70 в неблагоприятных
местах примыкания строительного элемента, т.е. при предельных условиях
согласно DIN 4108-2 температура наружной поверхности в помещении должна
быть ?si, min ? 12,6 °C. Для оценки принята изотерма, соответствующая
13 °C. Наружная температура определяется, как правило, посредством расчета
изотерм. Температурный коэффициент определяется по формуле:
Здесь:
Osi = температура поверхности со стороны помещения;
Oi = температура воздуха в помещении;
Oe = температура наружного воздуха.
Рис. 5. Термические сопротивления теплоотдачи на поверхности в помещении
и наружной поверхности и определение температурного коэффициента fRsi
при граничных климатических условиях согласно DIN 4108-2
8. Герметичная защита от ливня и уплотнение
Нормы DIN 4108-3 требуют достаточной герметической защиты от ливня для
зданий, строительных элементов, а также для швов и примыканий, чтобы
предотвратить неконтролируемое поступление воды и защитить внутреннее
помещение и чувствительные к влаге материалы. Защита от атмосферных
воздействий состоит в идеальном случае из создания защитных экранов
от ветра и дождя. Решающими здесь являются наружные стены и навесные
конструкции фасада, которые должны надежно отводить влагу и предотвращать
длительное увлажнение.
Рис. 6. Конструктивный принцип: действующие водяные столбы
8.1 Конструктивные указания для окон и фасадов
Нельзя полностью исключить проникновение дождевой воды через функциональные
стыки окон и фасадов. Поэтому наряду с улучшением герметичности необходимо
предусмотреть в системе окон и фасадов второй уровень защиты, который
обеспечит надежное отведение воды из конструкции. Решающим здесь является
быстрый и достаточный сток, который в значительной мере определяется
перепадом давления между фальцевым пространством и наружной средой.
Для этого теоретически было бы достаточно давления в 100 Па, т.е. высоты
водяного столба в 10 мм. Так как часто это трудно осуществить на практике,
то применяют некоторый конструктивный прием: устраивают отверстие, которое
располагается в защищенной от ливня зоне и предназначено для выравнивания
давления между фальцевым пространством и наружной средой. Благодаря
этому достигается хороший слив из конструкции и повышается класс герметичности
от ливня. Диаметр и место расположения отверстия для слива имеют важное
значение для обеспечения объема сливаемой воды. Исследования в ift Rosenheim
показали, что отверстия диаметром менее 8 мм или удлиненное отверстие
размером менее 5 Ч 20 мм сливают не весь объем воды из-за поверхностного
натяжения и являются недостаточными. Хорошо происходит слив через форкамеру
и через боковые щели. Поэтому при ригельно-стоечных фасадах стойки сознательно
выполняются открытыми в защищенной от дождя зоне, чтобы выравнивать
давление и обеспечивать хорошее протекание (эффект камеры).
Рис. 7. Устройство двухступенчатого стыка
8.2 Уплотнение
Правильное выполнение примыкания окон и фасадов — это важная предпосылка
для долговременной работы сооружения. Важнейшие функции уплотнения:
Разделение между внутренним и наружным климатом (область 1),
Звуко-, тепло- и влагозащита в стыке (область 2),
Защита от атмосферных воздействий (область 3).
8.3 Области уплотнения
При проектировании и исполнении герметичных поверхностей необходимо
учитывать различные механизмы движения влаги. Воздухонепроницаемое уплотнение
всегда располагается снаружи (область 1). Оно препятствует проникновению
влаги с наружным воздухом в конструкцию и выпадению ее в виде конденсата
в местах, где температура поверхности ниже точки росы.
Неконтролируемые теплопотери (прохождение изнутри наружу) и сквозняки
(прохождение снаружи внутрь) через швы примыканий воздухонепроницаемого
уплотнения связаны между собой. Необходимо обратить особое внимание
на выполнение углов и воздухонепроницаемых поверхностей при конструктивно
необходимых углублениях (коробки свертывающихся жалюзи, подоконники
и пороги) и обеспечить хорошее уплотнение.
Литература:
[1] Руководство по монтажу:
Руководство по проектирования и монтажу окон и наружных дверей. Издание
— декабрь 2006. Издатель: RAL-Объединение охраны качества «Окна и наружные
двери» (зарегистрированное объединениe), Франкфурт
[2] Технические указания по стекольным работам № 20:
Руководство по монтажу окон и наружных дверей (с примерами). 4 издание,
2007. Переработано Институтом оконной техники (зарегистрированное объединение),
Розенхайм. Изд. Handwerk, GmbH, Дюссельдорф
Дипл.-инж. (FH) Волфганг Ель
