Сопротивление теплопередаче – важная характеристика окна

Высокая теплопроводность окон – основная причина ощутимого увеличения расходов на обогрев помещений и возникновения проблем с поддержанием комфортной температуры в сильные морозы. Эта характеристика зависит сразу от нескольких факторов. На энергоэффективность окон в разной степени влияют стеклопакеты, профили, фурнитура и даже качество монтажа. Чтобы сократить потери энергии, власти РФ ввели специальные стандарты. С 2015 года минимальное сопротивление теплопередаче окон согласно специальному указу правительства увеличилось сразу на 50%. Цель такого решения — простимулировать строителей и население активнее внедрять энергоэффективные технологии. Более строгие требования к профильным конструкциям повлекли за собой увеличение расходов на изготовление теплосберегающих моделей. Однако в дальнейшем владельцы энергоэффективных окон получают возможность хорошо сэкономить на обогреве помещений и быстро вернуть потраченные средства. Чтобы покупка оказалась максимально выгодной, необходимо еще на этапе заказа правильно определить приведенное сопротивление теплопередаче окон. Эта статья расскажет, на что нужно обращать внимание при выборе комплектующих и как правильно рассчитать возможные теплопотери.

Общее определение термина

Понятие сопротивления теплопередаче (СТП) сформулировано в ГОСТ Р 54851-2011. Окна, наряду со стенами, дверьми, кровлей и т.д., являются элементами конструкции, ограждающей внутреннее пространство для создания комфортной среды обитания человека. СТП ограждения — это коэффициент R, значение которого демонстрирует теплоизоляционные свойства конструкции. Чем больше абсолютная величина R, тем меньше будет потерь тепла из помещения.

Единица измерения R в системе СИ — [м2* 0С/Вт]. Значение R равно разнице температур на наружной ( Тн ),и внутренней ( Твн ) поверхностях ограждения для потока тепла Q мощностью 1 Вт, проходящего через 1 м2 тепловой защиты.

Формула для расчета R выглядит следующим образом:

R = ( Твн — Тн ) / Q

Чем больше значение R, тем меньше будут теплопотери. Эта формула напоминает выражение для закона Ома, поэтому R иногда, по аналогии с электрическим термином, называют теплосопротивлением.

Стойкость к климатическим воздействиям

В зависимости от стойкости к климатическим воздействиям изделия подразделяют по видам исполнения:
Таблица спецификаций

Основные размеры (классификация окон по модульным размерам)

За основу модульных габаритных размеров изделий принимают строительный модуль, равный 100 (мм) и обозначаемый буквой М.

Рекомендуемые (основные) модульные размеры изделий: по ширине — 6М; 7М; 9М; ИМ; 12М; 13М; 15М; 18М; 21М; 24М; 27М; по высоте — 6М; 9М; 12М; 13М; 15М; 18М; 21М; 22М; 24М; 28М.
Таблица модульных размеров изделий

Сопротивление теплопередаче окон

Современное окно (на базе пластикового, алюминиевого и даже деревянного профиля) представляет собой высокотехнологичный конструктор, состоящий из элементов с различными тепловыми свойствами.

Полное сопротивление оконного блока получается суммированием термических сопротивлений его однородных компонент:

• светопрозрачного заполнения (силикатного, витражного, акрилового стекол, светопропускающих пленок и т.п.);
• обрамляющих элементов — профилей из различных материалов (дерева, алюминия, стали, пластика ПВХ);
• металлических и пластмассовых элементов крепежа.

Нормативные ссылки:

• СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.
• .
• СНиП 23-03-03 Защита от шума.
• СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия
• ГОСТ 30971-2012 Швы монтажные узлов примыкания оконных блоков к стеновым проемам.
• ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме
• ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия
• ГОСТ 10174-90 Прокладки уплотняющие пенополиуретановые для окон и дверей. Технические условия
• ГОСТ 17177-94 Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний
• ГОСТ 25898-83 Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию
• ГОСТ 26433.0-85 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Общие положения
• ГОСТ 26433.1-89 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления
• ГОСТ 26433.2-94 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве.
• Правила выполнения измерений параметров зданий и сооружений
• ГОСТ 26589-94 Материалы кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний
• ГОСТ 26602.2-99 Блоки оконные и дверные. Методы определения воздухо- и водопроницаемости
• ГОСТ 26602.3-99 Блоки оконные и дверные. Метод определения звукоизоляции.

Основные виды стеклопакетов

Стеклопакет (СП), являясь основной частью окна, конструктивно состоит из нескольких стекол, соединенных металлическими (промежуточными) рамками. Промежуток между стеклами называется камерой.

Чаще всего используются три основных вида стекольных пакетов:

• однокамерные — два стекла (внутреннее и наружное);
• двухкамерные — три стекла (внутреннее, наружное и промежуточное);
• трехкамерные — четыре стекла (внутреннее, наружное и 2 промежуточных).

Толщина используемых стекол варьируется от 4 до 6 мм. Для остекления объектов с повышенными требованиями к прочности (большие ветровые нагрузки) могут применяться стекла толщиной 8-10 мм. Промежуток между стеклами может варьироваться — от 8 до 36 мм. Диапазон толщин стеклопакетов составляет от 14 до 60 мм.

СТП самого стекла сравнительно мало ввиду его большой теплопроводности. Для уменьшения теплопотерь межстекольное пространство, заполняется воздухом или инертным газом (аргоном Ar, криптоном Kr, азотом N2). Газонаполненные камеры дают основной вклад в повышение СТП стеклопакета Rсп. Существенно повысить значение Rсп удается также с помощью создания вакуума в камере, но это приводит к резкому удорожанию конечного изделия.

По сопротивлению ветровой нагрузке

По сопротивлению ветровой нагрузке изделия подразделяются на классы:

Указанные перепады давления применяют при оценке эксплуатационных характеристик изделий.

Прогибы деталей изделий определяют при перепадах давления, вдвое превышающих верхние пределы для классов, указанных в классификации.

Приведенное сопротивление теплопередаче окон

Для расчетов характеристик проектируемых и строящихся объектов используется величина, названная приведенным сопротивлением теплопередаче оконных блоков Rпр. Это усредненная величина, в которой учтены СТП пакета стекол, оконного профиля и крепежных элементов. Чем больше Rпр, тем меньше через окно утекает тепла «на сторону».

Производители, предлагающие свою продукцию для работ по остеклению, обязаны обеспечивать теплоизоляционные параметры в соответствии с ГОСТ 30674-99, действие которого распространяется на оконные блоки из ПВХ профилей. Этот документ задает требуемые уровни Rпр для различных конструкций стеклопакетов на базе трехкамерных профилей.

Типовые значения Rпр представлены в следующей таблице:

Значения Rпр регламентированы для оконных проемов, у которых светопропрозрачная часть составляет 70% от общей площади. В случаях использования профилей другой конструкции (например, иное количество камер) Rпр определяется экспериментально на специальном оборудовании.

Теплопередача ПВХ-профиля

Требования к энергоэффективности пластиковых систем регламентируют положения из ГОСТ 30673-99. Поскольку рамы и створки занимают примерно 30% площади проема, коэффициент сопротивления теплопередаче окна на треть зависит от свойств ПВХ-профилей. На характеристики пластиковых систем влияют количество камер, толщина внешних и внутренних стенок, наличие армирующего вкладыша и монтажная глубина. Также нужно учитывать расположение внутренних камер относительно друг друга.

Сравнительная таблица характеристик популярных ПВХ-профилей

Около 10 лет назад покупатели чаще всего выбирали 3-камерные системы. Сегодня собранные из таких профилей оконные и дверные блоки используют в основном для эксплуатации в южных регионах и остекления неотапливаемых помещений. Это связано с тем, что на российском рынке стали продавать значительно больше 5-камерных профилей разных торговых марок и потребители отдают предпочтение энергоэффективным технологиям. Лучше всего сможет продемонстрировать, как разные системы влияют на общее сопротивление теплопередаче окон, таблица сравнения нескольких брендов 3- и 5-камерных профилей.

При изучении факторов, оказывающих влияние на коэффициент теплопроводности окон ПВХ, таблица показывает, что эта величина зависит даже от бренда. Если сравнить системы с одинаковыми параметрами, более энергоэффективными окажутся профили от авторитетных торговых марок. Такая особенность объясняется составом ПВХ-смеси, удачным расположением камер и толщиной стенок, а также количеством дополнительных внутренних перемычек. При этом не рекомендуется преждевременно навешивать на все 3-камерные профили ярлык холодных систем. Из той же таблицы видно, что некоторые конструкции практически не уступают по уровню теплосбережения 5-камерным окнам.

Некоторые производители идут на хитрость и указывают коэффициент теплопроводности пластиковых окон, которые собраны из профилей без армирования. Это некорректная информация, поскольку стальные вкладыши примерно на 10% уменьшают энергоэффективность створок и рам. Ведь металл – отличный теплопроводник. Поскольку окна без армирования подвержены температурным и ветровым деформациям, рассматривать вариант заказа таких моделей нельзя. Поэтому всегда нужно изучать только характеристики профилей с внутренними металлическими вкладышами.

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов

В сопроводительной документации на готовое изделие Rcп часто называют коэффициентом сопротивления теплопередаче (КСТП), который равен количеству тепла, проходящему через один квадратный метр площади стеклопакета при разнице температур в один градус (Цельсия или Кельвина) Физический смысл и размерность этих величин (СТП и КСТП) абсолютно идентичны. ГОСТ 24866-99, который имеет статус межгосударственного стандарта, для этого параметра не использует слово «коэффициент».

В Таблице 4 этого документа представлены основные требования к Rcп:

От чего зависят тепловые потери в доме

Снижение температуры в помещениях провоцируют разные причины. Утечки тепла в большей или меньшей степени происходят через стены, потолок, пол. Это непрерывный и неизбежный процесс. Однако больше всего тепла теряется через оконные проемы. Если в холодный день приложить руку к обычному тонкому стеклопакету, можно почувствовать холод. Чем ниже температура стекла, тем выше теплопроводность пластиковых окон и интенсивнее процесс энергообмена между улицей и внутренними помещениями. В среднем через проемы теряется до 44% выработанного тепла.

Именно поэтому огромное значение имеют виды комплектующих для сборки оконных и дверных блоков. От них зависит класс сопротивления теплопередаче окон, напрямую влияющий на потери энергии. Поддерживать температуру в комнатах в диапазоне 20-24°C будет значительно проще и дешевле, если правильно выбрать профили, фурнитуру и стеклопакеты. Упрощают задачу строительные нормативы. С 2003 года в процессе составления проектов и при возведении жилых объектов требуется придерживаться положений из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Эти положения дополнены законом № 261-ФЗ, который ужесточил требования к энергосбережению блоков из профильных систем.

Климатические условия

На выбор профилей и стеклопакетов также прямо влияют погодные условия. Сопротивление теплопередаче окон ПВХ, которое на юге позволяет поддерживать в комнатах температуру 20-24°C, не подходит для северных регионов. Для эксплуатации в этих климатических зонах потребуются другие конструкции. Если в центральных или западных регионах установить «южные окна», при морозе -20-25 °C температура во внутренних помещениях может опуститься до 15-16 °C. Значит, для этих зон нужны модели с улучшенными теплотехническими характеристиками.
Также имеет значение среднегодовая скорость ветра в регионах. Этот фактор не всегда учитывают, что прогнозируемо приводит к проблемам. Ведь в районах с одинаковой средней температурой зимой теплопотери окажутся выше там, где больше скорость ветра. Воздушные потоки со стороны улицы быстрее снижают температуру стеклопакетов. Вследствие этого в помещениях возрастают потери тепла.

Согласно СП 50.13330.2012 для каждого региона России определен свой коэффициент теплопроводности окон. Эти требования основаны на результатах испытаний, проведенных в реальных и лабораторных условиях. Причем коэффициенты в разных районах российских регионов могут отличаться. Это объясняет большая площадь областей и республик РФ. В таблице приведены средние значения коэффициентов теплопередачи окон, на которые рекомендуется ориентироваться при выборе профильных систем и моделей стеклопакетов.

В таблице выборочно взяты регионы с мягкими, умеренными и суровыми зимами. Эта информация поможет правильно выполнить расчеты и свести к минимуму возможные теплопотери.

Дополнительные способы уменьшения теплопотерь

Внушительного снижения теплопотерь удается достичь с помощью специальных покрытий. Сверхтонкий слой окислов металла наносится на внутреннюю поверхность стекла, что гарантирует его сохранность в процессе эксплуатации. Эта дополнительная пленка полностью пропускает видимый свет, но при этом выступает своеобразным «зеркалом», отражающим электромагнитное излучение инфракрасного (ИК) диапазона. Как известно из физики, нагретые тела значительную часть своей внутренней энергию излучают в этой области спектра.

Различают два вида стекол с дополнительным напылением:

• k-стекла — получают нанесением оксидов металлов. Покрытие толщиной 0,4-0,5 мкм практически не влияет на светопропускание окна;
• i-стекла — это технология сложнее, а значит стекла получаются дороже. Пленка получается двойным напылением в вакууме нескольких чередующихся слоев: между оксидных слоев наносятся слои чистого металла (обычно используется серебро толщиной 10-15 нанометров).

Применение таких покрытий позволяет снизить расходы на отопление на 15-20%.

Преимущества энергосберегающего И-стекла

Остекление с помощью новинки предлагает следующие выгоды:

1. Способность И-стекла отражать длинные тепловые волны в сторону излучателя минимизирует затраты на отопление зимой (до 2/3) и кондиционирование помещений летом (до 1/3). Теплоизоляция И-стекла намного выше, чем у обычного двухкамерного стеклопакета.
2. Наличие И-стекла в силу отражающих свойств решает сразу несколько проблем: выгорание обоев, обивки мебели и других предметов интерьера; не требует использования штор, жалюзи и других затемняющих помещение предметов. Прозрачность такого стекла ничуть не меньше, чем у обычного.
3. И-стекло обеспечивает максимально комфортный микроклимат во всем пространстве помещения, в том числе и приоконной зоне. Именно здесь рядом с обычным стеклопакетом нередко (в силу разности температур в помещении, на поверхности стекла и за окном) образуются сквозняки. На поверхности И-стекла при температуре за окном +24оС и +20оС внутри образуется комфортные +17оС, тогда как на однокамерном стеклопакете – +5оС, на двухкамерном – +13оС. Небольшая разница температуры И-стекла и воздуха в помещении предупреждает запотевание, не образует сквозняков, позволяя эффективно использовать и пространство у окна.

Такими качествами не обладает ни один другой тип остекления!

Как рассчитать теплопроводность стеклопакета

Теплопроводность — это физическая величина, характеризующая способность вещества или тела проводить тепло. Чем ее значение больше, тем быстрее происходит передача тепла от тела с большей температурой к меньшей. То есть коэффициент теплопроводности K является обратной величиной к R0 — СТП, принятому к применению в России.

Чем меньше K, тем лучше теплоизоляционные свойства конструкции. Коэффициент K применяется в стандартах и нормах, разработанных DIN (Институт ФРГ по стандартизации), имеющего статус ведущего органа по стандартизации в Европе.

Для примерных расчетов можно использовать формулу:

K = 1 / R0

Размерность K в системе СИ — [Вт/м2*/ 0С]. Некоторые производители представляют на своих сайтах онлайн-калькулятор, с помощью которого потенциальный покупатель может рассчитать характеристики будущего оконного проема с индивидуальными («под себя») параметрами.

По показателю звукоизоляции

По показателю звукоизоляции оконный блоки подразделяются на классы со снижением воздушного шума потока городского транспорта