Энергоэффективные вентилируемые светопрозрачные ограждающие конструкции

Т. А. Ахмяров, научный сотрудник

А. В. Спиридонов, канд. техн. наук, заведующий лабораторией

И. Л. Шубин, доктор техн. наук, директор института, Научно-исследовательский институт строительной физики Министерства строительства и ЖКХ РФ

Совершенствование оконных конструкций

В последние годы происходит достаточно активное развитие светопрозрачных конструкций и фасадов – как с точки зрения повышения функциональных и эксплуатационных показателей, так и по использованию современных технологий (рис. 1 и 2).

Рисунок 1. Развитие светопропускающего заполнения оконных конструкций

Рисунок 2 (подробнее) Развитие конструкций деревянных окон

На сегодняшний день большинство серьезных компаний, изготавливающих светопрозрачные конструкции, могут без значительных проблем массово производить окна и фасады с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,8–0,9 м²•°C/Вт [5]. Однако для того, чтобы добиться значений этого показателя, характеризующего теплотехническую эффективность конструкций, выше 1,0 м²•°C/Вт, необходимо использование новых (и довольно дорогостоящих) технологических решений.

В то же время известны [6, 7] светопрозрачные конструкции, разработанные в последние годы, приведенное сопротивление теплопередаче которых достигает 1,5–2,0 м²•°C/Вт.

Современные технологии

В качестве вариантов улучшения ряда функциональных показателей традиционных светопрозрачных конструкций и их остекления в настоящий момент используется много различных технологических новинок:

• электрохромные стекла. Эта технология разрабатывалась довольно длительное время, однако сегодня она уже доведена до массового промышленного производства. Эффективность при остеклении оконных и фасадных конструкций подтверждена и особенно актуальна в регионах с жарким климатом, а также на южных и западных фасадах зданий. Суть технологии заключается в возможности изменения светопропускания остекления за счет использования специальных покрытий под воздействием электрического тока, что позволяет обеспечить в помещениях комфортный микроклимат;
• новые поколения теплоотражающих и многофункциональных стекол. Такие стекла получают с использованием как традиционного магнетронного напыления специальных покрытий на стекла, так и с применением наливных и других технологий. Это позволяет улучшить теплотехнические и светотехнические характеристики стеклопакетов и обеспечить их эффективную работу в зимних и летних условиях эксплуатации;
• стекла с фотоэлектрическим эффектом. Только в последние несколько лет удалось разработать специальные полупрозрачные покрытия стекол с удовлетворительным КПД, обладающие способностью преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Это позволяет использовать в инженерных системах зданий практически не применявшиеся ранее фасады зданий и обеспечить дополнительную энергетическую эффективность светопрозрачных и фасадных конструкций;
• вакуумные стеклопакеты. Впервые появились на рынке в начале 1990-х годов и первоначально имели помимо хороших теплотехнических характеристик серьезные ограничения по применению в большинстве зданий. В последние годы был достигнут значительный прогресс в доведении этих перспективных конструкций до промышленного производства, поэтому следует ожидать резкого увеличения предложения подобных стеклопакетов во многих странах – США, Китае, Японии, странах Европы и, может быть, в России, что позволит обеспечить значительное повышение теплотехнических характеристик традиционных оконных конструкций (рис. 1);
• стеклопакеты с электронагревом. В последнее десятилетие стали довольно распространенными светопрозрачные покрытия крыш, перекрытия атриумов, стеклянные козырьки и т.п., которые в условиях РФ требуют удаления снеговых отложений. Для таких конструкций, а также для удаления конденсата в ограждениях бассейнов оправданно использование стеклопакетов с электрообогревом, изготавливаемых, как правило, из стекол с твердым теплоотражающим покрытием. За счет подведения к теплоотражающему покрытию электрического тока возможно обеспечение регулирования температуры стекол в достаточно широких пределах. Также эффективным является применение подобных стеклопакетов в северных климатических зонах России для увеличения зоны комфорта в жилых и рабочих помещениях;
• заполнение межстекольного пространства стеклопакетов аэрогелем. Попытки заполнения проводятся с конца 1970-х годов и связаны с уникальными теплотехническими характеристиками аэрогеля, открытого американским химиком Стивеном Кистлером в 1931 году. Однако несмотря на потрясающе низкую теплопроводность аэрогеля и его высокую прочность при практическом его использовании возникает целый ряд технологических проблем, связанных как с заполнением полости между стеклами, так и с его высокой гигроскопичностью. Кроме того, этот материал полупрозрачен и довольно дорог, что также препятствует его широкому применению. В последние годы был достигнут значительный прогресс в использовании аэрогелей в оконной промышленности;
• композитные материалы рамных конструкций. Для повышения прочности, исключения стальных усилителей в стандартных ПВХ профилях, а также для повышения теплотехнических характеристик окон в целом было разработано целое поколение оконных профилей из различных композитных материалов, в том числе стекловолокна, комбинации ПВХ и стеклопластика, смеси деревянных опилок и ПВХ-крошки и многих других. Правда, большинство из них пока имеют ограниченное использование, однако в связи c повышением теплотехнических и экологических требований к оконным конструкциям, а также с необходимостью утилизации отходов от производства ПВХ и других видов оконных конструкций, в последние годы многие крупные фирмы обратили свое внимание на эти материалы, что позволяет надеяться на расширение их использования в ближайшие годы.

Другие способы повышения теплотехнических характеристик окон

Следует отметить, что повышение теплотехнических характеристик светопрозрачных конструкций происходит в настоящее время в основном за счет пассивных мероприятий: увеличения числа камер в стеклопакете и числа стекол с селективным покрытием, использования более эффективных инертных газов, повышения толщины рамных профилей и пр. Однако, как и в ситуации с непрозрачными
ограждениями [8], такой подход к повышению сопротивления теплопередаче светопрозрачных конструкций в большинстве случаев неэффективен с экономической точки зрения.

Кроме того, переход в массовом строительстве на современные герметичные окна со стеклопакетами, наряду с положительными факторами, такими как удобство эксплуатации, снижение теплопотерь и улучшение акустических характеристик, привел к ухудшению воздушного режима помещений. Практически все оконные и фасадные конструкции европейского образца не обеспечивают нормативного воздухообмена в помещениях. Это приводит как к неблагоприятным условиям микроклимата в них, так и к появлению на внутренних откосах и стенах грибка и плесени.

Предлагаемые многими фирмами-производителями окон залповые проветривания помещений некомфортны и нивелируют все усилия по повышению теплотехнических характеристик светопрозрачных конструкций, а также дискредитируют саму политику энергосбережения. Для улучшения вентиляции помещений (особенно в многоэтажных зданиях с естественной вентиляцией, которая в большинстве из них практически не работает) стали популярными так называемые вентиляционные клапаны (устройства для проветривания помещений) [9]. Однако и они, очевидно, несколько увеличивают стоимость светопрозрачных конструкций.

Литература

1. Гусев Н. М. Основы строительной физики. М. : Стройиздат, 1975.
2. Лицкевич В. К. Жилище и климат. М. : Стройиздат, 1984.
3. Соловьев А. К. Физика среды. М. : АСВ, 2011.
4. Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Развитие светопрозрачных конструкций в России // Светотехника. 2014. № 3.
5. Спиридонов А. В. Выгодно ли устанавливать энергосберегающие окна? // Энергосбережение. 2013. № 3.
6. Carmody J., Selkowitz S., Arasteh D., Heschong L. Residential Windows – A Guide to New Technologies and Energy Performance,  New York, W.W.Norton, 2007.
7. Carmody J., Selkowitz S., Lee E., Arasteh D., Willmert T. Window Systems of High-Performance Buildings, W.W.Norton&Company, 2003.
8. Ахмяров Т. А., Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Создание наружных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты //
   Энергосбережение. 2014. № 6.
9. СТО НОСТРОЙ 2.23.61–2012 «Окна. Часть 1. Технические требования к конструкциям и проектированию». М. : БСТ, 2013.

АНОНС
В следующем номере читайте продолжение статьи, в котором будут приведены варианты энергоэффективных вентилируемых светопрозрачных ограждающих конструкций, разработанные специалистами НИИ строительной физики.