ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ОКНА – ВАЖНЕЙШИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ДОМОМ НУЛЕВОГО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

И. А. Султангузин, доктор техн. наук, профессор, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ»)

А. В. Говорин, советник генерального директора АО «САГА Электроникс»

В. С. Лукьянов, студент НИУ «МЭИ»

Окно – это конструктивный элемент здания, который серьезнейшим образом влияет на комфортность жилья. Безусловно, в любом здании окна обладают важным эстетическим свойством: определяют общий вид здания, как снаружи, так и внутри, придавая ему уникальность и неповторимость, а также обеспечивают визуальный контакт с окружающим миром.

Окна оказывают решающее воздействие на освещенность помещений, поскольку дневной свет позитивно влияет на здоровье и самочувствие людей.

Как светопрозрачная ограждающая конструкция здания окно – это важнейший энергетический элемент (до 40 % от суммарных тепловых потерь приходится на окна). Окна среди всех элементов оболочки здания являются самой слабой его защитой от тепловых потерь на единицу площади. Если фасад здания полностью выполнен из стекла, то через окна теряется до 70–80 % тепловой энергии, которую нужно компенсировать: подавать в дом дополнительное количество тепла в холодный период и холода летом. В то же время солнечное тепло, поступающее в дом через окно, позволяет добиться значительной экономии энергии (см. справку).

Также окна выполняют функцию вентиляции помещения, позволяя осуществлять его проветривание. Однако здесь важно помнить о требованиях по теплозащите здания.

Вблизи шумных объектов и улиц важной функцией окон становится защита от шума. Что касается защиты от краж со взломом, то, поскольку стекло окон является самым хрупким элементом здания, в этом случае нужно армировать стекло или ставить решетку.

Перечисленные функции окна тесно взаимосвязаны между собой. Необходимо правильно выбирать расположение и размер окон в доме в зависимости от назначения конкретных помещений. Остановимся на теплоэнергетических характеристиках окна, во многом определяющих энергопотребление дома в целом.

СПРАВКА

Поток солнечной энергии, так называемая полная радиация, состоит примерно на 52 % из видимого света и на 48 % – из невидимых инфра-красного (IR) и ультрафиолетового (UV) излучений [1].

Часть солнечного излучения, падающего на оконное стекло, будет им абсорбирована, то есть поглощена, и в виде теплового излучения распространится в обе стороны (вторичная теплоотдача наружу и вовнутрь помещения). Другая часть излучения будет отражена от поверхности стекла (отражение). И, наконец, большая часть излучения пройдет сквозь стекло (пропускание). Если излучение, проходящее через стекло в помещение, попадает на массивный элемент, оно преобразуется в тепловую энергию и в виде длинноволнового инфракрасного излучения отражается обратно. Когда этот тепловой поток попадает на остекление, он частично отражается обратно в комнату.

Светопрозрачные конструкции для пассивного дома

Поскольку окна являются слабым звеном в оболочке здания для его защиты от холода, то сразу рассмотрим наиболее энергоэффективные оконные решения. Согласно принципам построения пассивного дома [2, 3], при выборе окна нужно обращать внимание на следующие моменты:

• оконные рамы должны быть качественно утеплены;
• предпочтение отдается тройному остеклению;
• стекло должно быть с низкоэмиссионным покрытием;
• камеры стеклопакета заполняются инертным газом;
• площадь остекления не должна быть очень большой;
• отношение площади рамы к площади остекления должно иметь малую величину;
• следует выбирать ориентацию окон на юг;
• по возможности следует обеспечить минимальное затенение расположенными рядом объектами.

Материалы оконных профилей

Современное окно состоит из двух основных частей: оконного профиля и стеклопакета. Вклад оконных профилей (рам) в общий коэффициент теплопередачи окна зависит от размера окон и их конструкции. Поскольку, как правило, рама по сравнению с остеклением показывает худший коэффициент теплопередачи, с учетом оптимизации освещенности помещения рекомендуется минимизировать площадь оконных рам по отношению к общей площади остекления. В качестве основных материалов для производства оконных профилей могут использоваться древесина, алюминий и пластик.

Дерево

Оконные рамы из хорошо вылежавшейся хвойной древесины таких пород, как сосна и лиственница, удовлетворяют требованиям к конструкции окон с точки зрения как статической прочности, так и других строительно-физических параметров. При условии их обработки диффузионно-проницаемыми защитными красками, которые обеспечивают достаточную пигментацию, окна, изготовленные из такой древесины, сохраняют свои свойства в течение длительного срока и устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения, проливных дождей и перепадов температур [1].

Если ориентироваться на российских производителей окон, среди них выделяется компания «Рукна» , которая производит деревянные профили Rukna-1 (рис. 1, табл. 1) [4], сертифицированные Институтом пассивного дома в Германии [5]. Rukna-1 – единственный компонент из России с сертификацией пассивного дома, На российском рынке есть деревянные оконные профили, коэффициент теплопередачи которых достигает 0,65 Вт/(м²•К) благодаря композитной раме. Качественное тройное остекление с дополнительным наружным стеклом позволяет добиться суммарного коэффициента термического сопротивления всего окна Rок = 1,72 м²•К/Вт и более. Такие окна могут применяться не только в средней полосе России, но и в условиях Крайнего Севера. Единственным их недостатком является высокая стоимость. Ранее сертификат пассивного дома имели также деревянные окна Rukna-B и Rukna-M, имеющие меньшие коэффициенты термического сопротивления, чем Rukna-1, но более доступные по цене.

Рис. 1. Вид окна Rukna-1 снаружи и размеры сечения профиля с теплым конструкционным материалом CompacFoam

Пластик

Окна из пластика на сегодняшний день состоят из полого многокамерного профиля из поливинилхлорида (ПВХ), где количество камер может достигать семи. Теплоизолирующие свойства таких пластиковых оконных профилей приближаются к аналогичным свойствам деревянных рам. ПВХ относительно устойчив против образования царапин и невосприимчив к загрязнениям. Пластиковые окна могут сохранять первоначальную прочность и внешний вид десятки лет. Поливинилхлорид не выцветает, не коробится и не трескается, а по долговечности может превосходить дерево.
В России выбор профилей из ПВХ достаточно широк. Для пассивных домов подходят утепленные пластиковые профили, имеющие 6–7 внутренних воздушных камер шириной 82–88 мм и коэффициент термического сопротивления Rпр, равный 1,04–1,06 м²•К/Вт. Максимальная ширина стеклопакета варьируется от 44 до 56 мм.

Производители ПВХ-профиля

• Международный концерн The Deceuninck Group в России представлен подразделением Deceuninck Rus Ltd. (ООО «Декёнинк Рус»), которое включает в себя собственное производство в Протвино (Московская обл.), оборудованное по последнему слову техники.

Наиболее утепленным является профиль DECEUNINCK EFORTE 84 с 6 камерами шириной 84 мм и коэффициентом термического сопротивления Rпр = 1,05 м²•К/Вт (рис. 2.). Максимальная ширина стеклопакета составляет 56 мм [6]. Серия DECEUNINCK EFORTE отличается среди профилей бренда повышенными характеристиками тепло- и звукоизоляции, что делает ее хорошим решением для остекления в условиях холодной русской зимы и шума большого города.

Рис. 2. ПВХ-профиль DECEUNINCK EFORTE 84:
1 – ширина профиля 84 мм; 2 – 6 воздушных камер; 3 – высокая звукоизоляция; 4 – три контура притвора; 5 – штапик с двумя ножками; 6 – уплотнение в конструкции створки; 7 – стеклопакет толщиной до 56 мм

• Компания VEKA Rus является дочерней производственной компанией немецкого концерна VEKA AG. VEKA стала первой европейской компанией, открывшей в России собственный завод. Он был построен в 1999 году в Наро-Фоминском районе, в 30 км от Москвы. Самым теплым является профиль ПВХ VEKA SOFTLINE 82 с сопротивлением теплопередаче Rпр = 1,06 м²•К/Вт (рис. 3) [7] с 7 камерами шириной 82 мм. К недостаткам этого профиля можно отнести то, что максимальная ширина стеклопакета составляет 44 мм. Также данный профиль выше, чем многие другие, и больше перекрывает световой проем окна.

Рис. 3. ПВХ-профиль VEKA SOFTLINE 82

• В России много поставщиков окон компании REHAU Group, производимых главным образом в Германии. Эти окна обладают высоким качеством и пользуются широким спросом.

Наиболее теплым является профиль REHAU-GENEO 86. В этой профильной системе используется фиброволоконный материал RAU FIPRO, обеспечивающий высокую прочность и устойчивость к нагрузкам при минимальном весе. Шестикамерная система при монтажной глубине в 86 мм обеспечивает максимальный среди профилей REHAU уровень теплозащиты Rпр = 1,05 м²•К/Вт (рис. 4) [8].

Рис. 4. ПВХ-профиль REHAU GENEO 86

• Компания Profine GmbH – International Profile Group начала производить оконные профили KBE в 1980 году в Берлине. Первый оконный профиль KBE ETALON 58 этой марки был произведен в России на заводе profine RUS в Воскресенске в 2000 году. Самым энергосберегающим является профиль KBE 88. Он имеет максимальную толщину стеклопакета – 52 мм; количество внутренних воздушных камер – 6; коэффициент сопротивления теплопередаче – 1,04 м²•К/Вт (рис. 5) [9];

Рис. 5. ПВХ-профиль KBE 88

Важной особенностью этого профиля толщиной 88 мм является улучшенный уровень теплоизоляции, а также хорошая формоустойчивость. Он создавался для современных энергосберегающих домов. Этот профиль изготавливается только на заводах Германии.
Профиль KBE 88 для входных дверей в Россию не поставлялся.

Алюминий

Окна из алюминия характеризуются длительным сроком службы и высокой стабильностью формы. Они состоят из теплоизолированных связующих профилей. Внутренние и внешние профили связываются через пластиковую перемычку, которая их соединяет механически, но разделяет термически. Эта пластиковая перемычка должна удовлетворять требованиям к механической нагрузке, которая возникает под внешними воздействиями, а также к механическим напряжениям, возникающим вследствие перепада наружных и внутренних температур [1].

На российском рынке в числе инновационных алюминиевых решений для окон, дверей и фасадов представлен алюминиевый профиль с уровнем теплоизоляции HI+, имеющий коэффициент термического сопротивления 0,83 м²•К/Вт.

Одной из ведущих компаний в области разработки и маркетинга инновационных алюминиевых решений для окон, дверей и фасадов, представленных на российском рынке, является Reynaers Aluminium. Профиль REYNAERS MASTERLINE 8 (рис. 6) [10] с уровнем теплоизоляции HI+ имеет коэффициент термического сопротивления 0,83 м²•К/Вт.

Рис. 6. Алюминиевый профиль REYNAERS MASTERLINE 8

Система MASTERLINE 8 хорошо подходит для закрытия больших проемов с использованием узких, но прочных проемов, а также может применяться в раздвижных дверях. Эта система имеет также хорошие герметические свойства по водонепроницаемости и воздухонепроницаемости, что достигается за счет увеличенного перекрытия между наружной рамой и створкой.

Отметим, что в массовом строительстве крайне редко применяют энергоэффективные профили с коэффициентом термического сопротивления Rпр в диапазоне 1,04–1,06 м²•К/Вт. Гораздо чаще используется ПВХ-профиль шириной 60 мм с тремя камерами с коэффициентом термического сопротивления 0,64 м²•К/Вт. Для стеклопакета толщиной 32 мм с тремя стеклами по 4 мм и двумя воздушными камерами по 10 мм, вставленного в аналогичный ПВХ-профиль, коэффициент термического сопротивления R0 равен 0,5 м²•К/Вт.

За рубежом выбор энергосберегающих профилей гораздо больше. Например, из рассмотренных нами компаний многие производят профили, которые имеют сертификат пассивного дома, но в Россию они не поставляются. Это, например, DECEUNINCK REVOLUTION XL, VEKA SOFTLINE 82 MD PSR, REHAU-GENEO PHZ, REYNAERS MASTERLINE 10 и др.

Примеры расчета стеклопакетов

Компании, продающие окна, обычно ориентируются на какой-нибудь конкретный профиль. В эти профили, как правило, вставляются стеклопакеты из стекол одного из производителей: Pilkington, Guardian, AGC (Asahi Glass Company), Saint-Gobain, Larta Glass. Наиболее крупной компанией, которая собирает стеклопакеты из стекол различных фирм, является ГК STiS. В связи с уходом с российского рынка компаний Pilkington Glass Russia и Guardian Glass, их стекольные заводы (в г. Раменское Московской области, в Рязани и Ростове) были выкуплены группой компаний ФСК, и образована российская компания Larta Glass [11]. ГК STiS также вошла в Larta Glass.

Напомним, что энергоэффективное окно для пассивного дома должно иметь стеклопакет с тройным остеклением, с низкоэмиссионным покрытием и с инертным наполнителем в камерах. Каждый из производителей стекол имеет собственную программу, позволяющую рассчитать коэффициент теплопередачи остекления Ug или коэффициент термического сопротивления R, коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) g, коэффициент звукоизоляции и др. Рассмотрим эти программы.

Программа Pilkington Spectrum On Line

Приведем пример расчета термического сопротивления двухкамерного стеклопакета с помощью программы Pilkington Spectrum On Line (рис. 7), которая была разработана для комбинирования различных стекол Pilkington [12].

Рис. 7. Расчет термического сопротивления стеклопакета по программе Pilkington Spectrum On Line

В соответствии со стандартами EN 673 и ГОСТ EN 673 коэффициент Ug рассчитывается для центральной зоны стекла/стеклопакета. При этом не учитываются краевые эффекты. Сопротивление теплопередаче R0 является величиной, обратной коэффициенту теплопередачи (величине Ug), и характеризует свойство остекления препятствовать переносу теплоты от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. Заявленные значения величины Ug определяют при стандартизованных граничных условиях. Более подробно эти условия рассмотрены в ГОСТ EN 673.

Одной из важнейших задач является определение оптимальной ширины камеры стеклопакета. Зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета Pilkington от его типа и ширины представлена на рис. 8.

Рис. 8. Зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета Pilkington от его типа и ширины

К теплосберегающему стеклопакету будем относить стеклопакет, включающий два энергосберегающих стекла Optitherm S3 с тонким покрытием на основе серебра, наносимого посредством магнетронного напыления после изготовления стекла. Покрытия наносятся на внутренние стороны крайних стекол.

Мультифункциональное покрытие Pilkington Suncool имеет оптимальную комбинацию таких параметров, как светопропускание и солнечный фактор, а также обеспечивает максимальный уровень энергосбережения. Мультифункциональным стеклопакетом будем считать стеклопакет, состоящий из стекла с покрытием Suncool (на внутренней стороне наружного стекла) и энергосберегающего стекла Optitherm S3 (рис. 7).

Мультифункциональное покрытие снижает общее пропускание солнечной энергии, при этом создает прохладный микроклимат в помещении летом, однако снижает освещенность помещения в зимний период. Нужно подобрать окно, которое бы обеспечивало комфорт в течение года и одновременно снижало тепловые потери.

В соответствии с критерием комфорта в пассивном доме [2] должен выполняться критерий: (Ug – 1,6) • g < 0. Если подставить значение Ug = 0,5 Вт/(м²•К) и g = 0,35 (из рис. 7), то этот критерий будет выполняться, поскольку в результате расчета получим – 0,385 < 0. При этом также будет выполняться энергетический критерий: Ug < 0,8 Вт/(м²•К).

Программа Pilkington Spectrum постоянно изменялась (рис. 8):

• в 4-й версии данной программы коэффициент термического сопротивления RО определяется на основе ГОСТ 26602.1–99. При этом разность наружной и внутренней температур принимается равной ?T = 38 K, а средняя температура газа в стеклопакете T = 272 К;
• в 7-й версии коэффициент теплопередачи Ug выбран на основе EN 673. В этом случае для стандартных условий разность температур равна ?T = 15 K, а средняя температура газа T = 283 К.

Можно сделать предварительный вывод, что 4-я версия данной программы больше соответствует условиям эксплуатации окон в России в зимний период, тогда как 7-я версия лучше соответствует европейским условиям. Причем выбор нормативного документа для расчета стеклопакета оказывает существенное влияние на рекомендацию по ширине камер: в 4-й версии оптимальная ширина камер стеклопакета находилась в диапазоне 14–16 мм, а в 7-й версии – 18–20 мм.

Программа Guardian Cofigurator

Программа Guardian Cofigurator была разработана для расчета стеклопакетов из различных стекол Guardian [14]. В этой программе определялись те же параметры, что и в программе Pilkington Spectrum. Раньше программа Guardian Cofigurator имела офлайн-версию, сейчас есть только онлайн-версия, которая может быть недоступна для пользователей из России.

На рис. 9 представлен пример расчет термического сопротивления двухкамерного стеклопакета с помощью офлайн-версии программы Guardian Cofigurator, а на рис. 10 – зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета Guardian от его типа и ширины. Были проведены расчеты двух теплосберегающих стеклопакетов на основе стекол ClimaGuard N и ClimaGuard Premium с двумя энергосберегающими покрытиями каждый. Третий стеклопакет состоит из мультифункционального стекла ClimaGuard Solar и энергосберегающего стекла ClimaGuard N.

Рис. 9. Расчет термического сопротивления стеклопакета с помощью программы Guardian Cofigurator

Рис. 10. Зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета Guardian от его типа и ширины

При этом коэффициент теплопередачи Ug рассчитывался на основе европейского норматива EN 673. Видно, что оптимальная ширина камер стеклопакета из стекол Guardian находится в диапазоне 18–20 мм, так же как и для 7-й версии программы Pilkington Spectrum.

Также на рис 10 представлены результаты расчета стеклопакета, состоящего из мультифункционального стекла ClimaGuard Solar и энергосберегающего стекла ClimaGuard N, в соответствии с российским ГОСТ Р 54166–2010. Согласно этому ГОСТу определяются как

декларируемые значения термического сопротивления R и коэффициента теплопередачи U, соответствующие стандартным условиям, так и проектные значения Rd и Ud, соответствующие нестандартным условиям с учетом климатических параметров холодного периода года. Например, в программе Guardian Cofigurator перепад температур между граничными поверхностями стекла в остеклении для Московского региона принимался равным ?Т = 45 К (вместо ?Т = 15 К для стандартных условий). Для этих условий оптимальная ширина камер стеклопакета из стекол Guardian оказалась в диапазоне 12–14 мм.

Другой важный результат из расчетов этими программами заключается в том, что мультифункциональные покрытия не только лучше создают комфорт в летний период, но и более энергоэффективны, чем только теплосберегающие стеклопакеты.

Программа AGC Glass Configurator

Компания AGC (Asahi Glass Company) имела два крупных завода в России: AGC Bor Glassworks (Борский стекольный завод) в Нижегородской области и AGC Klin (Клинский стекольный завод) в Московской области.

Для расчета стеклопакетов из различных стекол AGC применялась программа AGC Your Glass, в настоящее время она доработана и имеет название Glass Cofigurator [15]. Эта онлайн-программа не всегда может быть доступна для пользователей из России.

На рис. 11 представлен пример расчета термического сопротивления двухкамерного стеклопакета по программе AGC Glass Cofigurator. На рис. 12 дана зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета AGC от его типа и ширины для стандартных условий.

Рис. 11. Расчет термического сопротивления стеклопакета с помощью программы AGC GlassConfigurator

Рис. 12. Зависимость термического сопротивления двухкамерного стеклопакета AGC от его типа и ширины

Были проведены расчеты теплосберегающих стеклопакетов на основе стекол Planibel Low-E (рис. 11), iplus Top 1.1 и iplus Advanced 1.0 с двумя энергосберегающими покрытиями каждый (2 И-стекла). Четвертый стеклопакет состоит из мультифункционального стекла iplus Energy N и энергосберегающего стекла iplus Advanced 1.0.

Характер зависимости термического сопротивления двухкамерных стеклопакетов AGC от ширины камеры несколько отличается от результатов для стеклопакетов Pilkington и Guardian. В частности, оптимальная ширина камер стеклопакета из стекол AGC находится в более широком диапазоне 18–24 мм. Также наилучшие показатели термического сопротивления стекол были у стеклопакета с двумя энергосберегающими стеклами iplus Advanced 1.0.

Стеклопакеты из стекла Saint-Gobain

Башня «Лахта-центр» в Санкт-Петербурге, в которой размещаются офисы «Газпрома», занимает 13-е место среди самых высотных зданий в мире и первое в Европе. Высота этого 87-этажного строения достигает 462 м (рис. 13) [16].

Рис. 13. Стеклопакеты из стекла Saint-Gobain в башне «Лахта-центр» («Газпром», Санкт-Петербург)

Рис. 14. Расчет термического сопротивления стеклопакета Saint-Gobain с помощью программы Calumen

Компания Saint-Gobain поставила 50 000 м² стекла. В проекте принимала участие также компания AGC. Фасад образован двойным остеклением, объединяющим три различных стеклянных компонента:

1. Стекло Cool-Lite Skn 076 II сочетает в себе защиту от солнечных лучей, высокую светопроницаемость и нейтральный внешний вид. 
   
2. Солнцезащитное стекло Cool-Lite St Bright Silver обеспечивает исключительную прозрачность и эстетичное и нейтральное отражение. 
   
3. Низкоэмиссионное стекло Planitherm One II на основе Diamant предлагает наилучшие характеристики на рынке с точки зрения энергоэффективности.

Для расчета стеклопакетов из стекол Saint-Gobain применяется программа Calumen [17]. На рис. 14 представлен пример расчета термического сопротивления двухкамерного стеклопакета Saint-Gobain по данной программе в соответствии с американским стандартом NFRC [13], согласно которому определяются коэффициенты теплопередачи как для летних условий Ug = 0,5 Вт/(м²•К), так и для зимы Ug = 0,7 Вт/(м²•К). В стандарте NFRC для зимних условий температура окружающего воздуха принимается равной Т = –18 °С, что достаточно близко к российским зимним условиям.

Оптимальный размер ширины камеры стеклопакета для стандартных условий NFRC (–18 °C) составляет примерно 14 мм, в то время как оптимальная ширина камеры стеклопакета для стандартных европейских условий и пассивного дома (0 °C) составляет примерно 18 мм (EN 673). Эти результаты показывают, что различия как в методологии, так и в температуре наружной поверхности вносят свой вклад в различные результаты расчета коэффициента термического сопротивления окон U.

На основе проведенных расчетов и анализа полученных результатов была выбрана ширина камеры стеклопакета 16 мм, как оптимальная величина для зимних и летних российских условий согласно ГОСТ 26602.1–99 и ГОСТ Р 54166-2010, для американских – NFRC и европейских – EN 673 и EN 410.

Программа «Конфигуратор» Larta Glass

Российская компания Larta Glass имеет стекольные заводы в г. Раменское Московской области, в Рязани и Ростове [11]. В ее состав также входит ГК STiS, специализирующаяся на монтаже стеклопакетов высокого качества.

Для расчета стеклопакетов из стекол Larta Glass применялась программа «Конфигуратор», недавно ставшая доступной на сайте компании. Для формирования стеклопакетов самого широкого применения могут представлять интерес стекла:

1. LartaHome Therm – стекло с энергосберегающим покрытием, сохраняющее тепло зимой и прохладу летом.
2. Стекло LartaHome Solar с мультифункциональным покрытием, позволяющее снизить нагрузку на систему кондиционирования летом и сохранить тепло зимой. Стекло подходит для южных регионов и окон, выходящих на солнечную сторону.
3. Стекло LartaHome Balance с энергосберегающим и солнцезащитным покрытием, обеспечивающее баланс характеристик между солнцезащитными свойствами и количеством пропускаемого света. Стекло подходит для регионов с небольшим количеством солнечных дней.

На рис. 15 представлено меню программы «Конфигуратор» [18] c примером расчета термического сопротивления двухкамерного стеклопакета, состоящего из стекол с напылением LartaHome Solar и LartaHome Therm. Фрагмент результатов расчета этого стеклопакета представлен на рис. 16.

Рис. 15. Расчет стеклопакета со стеклами LartaHome Solar и LartaHome Therm

Рис. 16. Фрагмент результатов расчета стеклопакета со стеклами Larta Glass

Сопротивление теплопередаче Rц = 1,42 м²•°С/Вт (чем выше данное значение, тем меньше нагрузка на систему отопления здания в холодное время года). Коэффициент теплопередачи Ug = 0,56 Вт/м²•°С характеризует передачу тепла через центральную зону остекления без учета краевых эффектов, равную отношению плотности стационарного теплового потока к перепаду температур окружающей среды по разные стороны остекления. Разница температур в соответствии со стандартом EN 673–2016 составляет ΔT = 15 °С. Чем ниже значение, тем лучше теплотехнические характеристики.

Выбор окон для частного энергоэффективного дома

Проанализировав характеристики предлагаемых на рынке строительного оборудования оконных профилей и стеклопакетов, переходим к выбору оптимальных окон по энергетическому и экономическому критериям для энергоэффективного дома.

В нашем конкретном случае окна и двери подобраны (табл. 2) для пассивного частного двухэтажного дома, возводимого в климатических условиях Подмосковья [19, 20]. При выборе учитывалось, что окна должны быть не очень большими по площади, иметь малую величину отношения площади рамы к площади остекления и ориентироваться преимущественно на юг.

Кроме указанных в табл. 2 светопрозрачных конструкций были установлены 2 мансардных окна размером 780 на 1 400 мм общей площадью 2,18 м² на втором этаже дома с южной его стороны. Эти окна имеют деревянный профиль и двухкамерные стеклопакеты с энергосберегающими покрытиями, заполненные криптоном и имеющие коэффициент термического сопротивления RO = 2,0 м²•К/Вт.

Крыша у дома – двускатная, площадь крыши с южной стороны составляет 130 м², на ней размещаются солнечные коллекторы и солнечные батареи. С южной стороны под крышей расположена веранда площадью 36 м² (12 × 3 м). Летом навес над верандой защищает здание от солнечного перегрева, а в зимний период при низком солнце его лучи свободно проникают внутрь дома в течение всего светового дня: через окно и стеклянную дверь с юга и через окна с востока и запада [19]. Таким образом, несмотря на относительно небольшие размеры оконных проемов (площадь окон составляет около 10 % от площади пола), в помещении совмещенного зала и кухни общей площадью 43 м² достаточно светло летом и зимой.

После определения размещения помещений в доме и площади световых проемов был проведен опрос потенциальных поставщиков окон и стеклянных дверей (табл. 3). Были получены ответы от 7 компаний, продающих окна на основе различных профилей: деревянных профилей RUKNA и четырех профилей ПВХ: Deceuninck EFORTE 84, VEKA SOFTLINE 82, REHAU GENEO 86 и KBE 88.

В процессе обсуждения конкретных вариантов выяснилось, что профили для дверей REHAU GENEO 86 и KBE 88 в Россию не поставляются. Для установки дверей REHAU был предложен более легкий профиль глубиной 70 мм. Для профиля KBE двери вовсе не предлагались. Деревянные окна и двери RUKNA B на момент предложения имели сертификат пассивных окон, но их стоимость превышала выделенный лимит на окна.

В рассматриваемых вариантах в разные профили вставлялись стеклопакеты из стекол Pilkington, Guardian и AGC. В трех вариантах предлагались стеклопакеты, собираемые компанией STiS, в остальных – стеклопакеты собственного производства.

На основе анализа предложенных вариантов предварительный выбор был сделан в пользу первых двух вариантов на основе профилей Deceuninck EFORTE 84 и VEKA SOFTLINE 82. В результате дополнительных переговоров и тендера оба поставщика снизили стоимость своих предложений (табл. 3). Оба варианта оказались равными как по цене, так и по техническим характеристикам. Выбор был остановлен на профиле Deceuninck EFORTE 84, так как у него меньше отношение площади рамы к площади остекления.

Установка оконных конструкций и информация о них

Для установки в спальные комнаты заказывались четыре многофункциональных окна, состоящих из стекол двух фирм: Pilkington Suncool 70/40 и Guardian ClimaGuard N.

На рис. 17 представлены образцы этикеток, наклеенных на окна. В частности, на этикетке на многофункциональное окно размером 1 400 × 1 400 мм (рис. 17а) дается маркировка стеклопакета окна: «4 мм Suncool 70/40 – 16 ТР Ar – 4M1 – 16 ТР Ar – И4». Попробуем расшифровать эту надпись.

Рис. 17. Этикетки на стеклопакетах

Со стороны улицы находится 4-миллиметровое стекло Pilkington Suncool 70/40 с солнцезащитным покрытием, высоким уровнем светопроницаемости и одновременно с хорошими теплоизоляционными свойствами. Далее идет камера шириной 16 мм, заполненная аргоном (Ar), с теплой рамкой (ТР).

В середине стеклопакета располагается 4-миллиметровое прозрачное стекло М1, предположительно Pilkington Optifloat Clear. Затем опять следует 16-миллиметровая камера с аргоном и теплой рамкой. Третье стекло обозначается как И4 толщиной 4 мм, где «И» означает теплосберегающее стекло. Предполагалось, что это будет Pilkington Optitherm S3.

Каково же было удивление, когда при предварительном разделении окна на профиль и стеклопакет в процессе монтажа (см. рис. 18) на торцевой поверхности стеклопакета была обнаружена надпись, которую никогда не бывает видно на окне в собранном виде (см. рис. 17в, внизу): «СтиС 039200143 4 мм Clima Guard N». Надпись «СтиС» означает, что стеклопакет собран на предприятии компании STiS. Далее следует, вероятно, номер стекла. Надпись «4 мм Clima Guard N» означает стекло толщиной 4 мм с теплосберегающим напылением компании Guardian.

Таким образом, установленные мультифункциональные окна, собранные компанией STiS, состоят из стекол двух разных фирм: Pilkington Suncool 70/40 и Guardian ClimaGuard N.

На рис. 18 представлен процесс разделения окна отдельно на профиль и стеклопакет. Далее профили устанавливаются в оконный проем и там закрепляются и запениваются (рис. 19). Монтаж входных и балконных дверей показан на рис. 20. На рис. 21 показан процесс монтажа профилей окон в лестничном пролете и в подвале.

Рис. 18. Профили и стеклопакеты в окнах

Рис. 19. Монтаж профилей и стеклопакетов окон

Рис. 20. Монтаж входной и балконной дверей

Рис. 21. Монтаж профиля в лестничном пролете и в подвале

Для других окон и балконной двери использовались стеклопакеты, состоящие из двух теплосберегающих стекол Guardian ClimaGuard N (табл. 2).

На рис. 17б представлен образец надписи на этикетке остальных окон и балконной двери: «И4 – 16 ТР Ar – 4 M1 – 16 ТР Ar – И4». В данном случае надпись «И4» означает теплосберегающие стекла Guardian ClimaGuard N. Пример расчета этого стеклопакета приведен на рис. 9. Там же показано, как выполнены напыления на стеклах внутри стеклопакета. Коэффициент термического сопротивления такого стеклопакета равен RО = 1 / Ug = 1 / 0,598 = 1,67 м²•К/Вт.

На рис. 17в представлены образцы этикеток на стеклопакетах. В третьей строке приводится надпись для двух входных дверей: «3.3.1 – 14 ТР Ar – И4 – 14 ТР Ar – И4». Это означает, что снаружи стекло выполнено в виде триплекса из двух стекол по 3 мм, склеенных между собой специальной полимерной пленкой для упрочнения двери. Далее идет камера шириной 14 мм, заполненная аргоном (Ar), с теплой рамкой (ТР). В середине стеклопакета располагается 4-миллиметровое стекло с теплосберегающим напылением. Затем опять следует 14-миллиметровая камера с аргоном и теплой рамкой, далее с внутренней стороны второе 4-миллиметровое теплосберегающее стекло. Пример расчета этого стеклопакета приведен на рис. 22. Там же показано размещение триплекс-стекла напылений на стеклах внутри стеклопакета.

Рис. 22. Расчет термического сопротивления стеклопакета с триплекс-стеклом с помощью программы Guardian Cofigurator

Коэффициент термического сопротивления стеклопакета для двух входных дверей для стандартных условий равен R0 = 1,52 м²•К/Вт, проектное значение этой величины для зимних условий Московского региона по ГОСТ Р 54166-2010 равно Rd = 1,40 м²•К/Вт. Для сравнения: этот показатель для стеклопакетов окон и балконной двери, состоящих из двух теплосберегающих стекол Guardian ClimaGuard N, Rd = 1,38 м²•К/Вт.

Рис. 23. Окончание монтажа окон и дверей в доме

Как видно из рис. 20 и 23, двери и окна по периметру обклеиваются гидроизоляционной паропроницаемой лентой из синтетического нетканого материала мембранного типа «Робибанд» темно-серого цвета.
Опыт эксплуатации дома в последующем показал, что выбор энергосберегающих окон во многом способствовал достижению нулевого энергопотребления домом и нулевого углеродного следа [20].

Литература

1. Габриель И., Ладенер Х. Реконструкция зданий по стандартам энергоэффективного дома. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 480 с.
2. Файст В. Основные положения по проектированию пассивных домов. М.: ООО «KONTIPRINT», 2015. 144 с.
3. Елохов А.Е. Окна для пассивного дома как важнейший аспект повышения энергоэффективности зданий // Окна. Двери. Фасады. 2014. № 1. С. 2–7.
4. https://rukna.ru/catalog/okna/okna-energosberegayushchie-rukna-1/.
5. https://database.passivehouse.com/de/components/details/window/zao-bitri-rukna-1-0550wi02.
6. https://www.fabrikaokon.ru/profil-deceuninck-eforte.html.
7. https://www.oknakomforta.ru/produkcija/plastikovye-okna/veka/softline-82-prestige/.
8. https://oknamaster.ru/okna/rehau/geneo/.
9. https://www.kbe-online.com/ru/ru/sistemi-kbe/okna-i-dweri/kbe-88/okna/okonnye-sistemy-kbe-88-new/.
10. https://www.reynaers.com/products/doors/masterline-8.
11. https://larta.com/ru/news/gk-fsk-priobretaet-activy-nsg-group-v-rossii.
12. https://spectrum.pilkington.com/.
13. International Window Standards. Final report. RDH Building Engineering Ltd., 2014. 74 p. https://www.bchousing.org/publications/International-Window-Standards.pdf.
14. https://www.guardianglass.com/eu/en/tools-and-resources/tools/glass-analytics.
15. https://agcrussia.ru/about-company.
16. https://www.saint-gobain-glass.com/instaglass/projects/lakhta-center-tower.
17. https://calumen.com/.
18. https://configurator.larta.com/.
19. Говорин А. В., Султангузин И. А. Энергоэффективный жилой дом с минимальным потреблением энергии от внешних сетей (Ашукино, Московской области) // Материалы III Климатического форума городов России «Климатическая адаптация и сокращение парниковых газов мегаполиса: ВИЭ в моем дворе». М., 2019. С. 19–21.
20. Султангузин И. А., Говорин А. В., Яцюк Т. В., Калякин И. Д., Яворовский Ю. В., Чайкин В. Ю., Бу Дакка Б., Цэцгээ Ц. Достижение нулевого углеродного следа в единой системе «энергоэффективный дом – электромобиль» // Энергосбережение. 2024. № 5. C. 16–22. № 6. C. 54–58.