конструкция пассивного окна
Прежде чем обыкновенное окно, имеющееся практически в каждой комнате любого здания, называемое так же светопрозрачной конструкцией, приняло современный облик оно прошло длинную историю: от того момента, когда оно являлось просто отверстием в стене, до сложной современной энергоэффективной многослойной светопрозрачной конструкции, способной обеспечить высокий уровень естественного освещения и поддержать любое архитектурное решение. На протяжении всей истории модернизации окна в противоречие друг с другом вступали две важные функции, которые оно выполняло — пропускание света и защита от непогоды. И сегодня в век современных технологий и жесткой конкуренции модернизация окон не стоит на месте, особенно ярко это выражено в области энергоэффективного строительства, где светопропускание — это не только естественное освещение, обеспечивающее высокий комфорт, но и естественное солнечное отопление, а защита от непогоды — это не только герметичность, но и высокая термоизоляция (защита как от жары, так и от холода).
Стремительное изменение конструкции окна в новейшей истории тесно связано с повышением энергоэффективности зданий и сооружений в целом. Применение многокамерных пластиковых профилей и стекол (стеклопакетов) с использованием резиновых уплотнителей по периметру — результат борьбы с обледенением и запотеванием, как стекол так и оконных рам. Со времен обледенения стекла в русских избах зимой, и по сей день окно с точки зрения термического сопротивления в ограждающих конструкциях является самым слабым звеном. Окно по сути является мостом холода, а значит зоной возможной конденсации. Часто во время приготовления пищи на кухни, даже двухкамерные стеклопакеты запотевают, что резко снижает светопропускание, т.е. ухудшают самую важную функцию окна.
С появлением высокоэнергоэффективных зданий, где ориентация по сторонам света в совокупности со светопоступлением оказывалют существенное влияние на энергобаланс, светопрозрачность стеклопакетов стала важной характеристикой для оконной продукции, что дало старт производству просветленного стекла. Обычное стекло кажется абсолютно прозрачным, но стоит посмотреть в торец стекла и будет виден зеленоватый оттенок, торец просветленного стекла прозрачен и не имеет никакого оттенка. Достигается это за счет снижения примесей различных металлов (в основном железа) в составе стекла. Помимо улучшенных теплотехнических характеристик такое стекло имеет улучшенную цветопередачу (часто используется для изготовления витрин), что повышает эстетический комфорт владельцам таких окон. Одновременно с появлением просветленного стекла развитие получили различные покрытия стекол. Общеизвестными являются к-стекла и i-стекла, которые благодаря нанопокрытиям различными металлами приобретают уникальные свойства отражения инфракрасного излучения, что существенно повышает энергоэффективность стеклопакета. Существуют и другие покрытия влияющие на загрязнение (так называемые самоочишающиеся), преломления и отражения стекол.
Пик современного технологического прогресса в области производства современных светопрозрачных конструкций приходиться на строительство пассивных домов, как самых технологичных в области энергоэффективности.
Пассивный дом – это не просто энергоэффективный дом, это стандарт высочайшего комфорта здания при минимальном энергопотреблении, так можно охарактеризовать добровольный стандарт домостроения сформулированный в 1991г. Немецким Институтом Пассивного дома, после строительства первого в мире пассивного дома в Германии.
Сегодня к стандарту пассивного дома предъявляют следующие требования:
- потребность на отопление не более 15 кВтч/м 2 в год или тепловая нагрузка не более 10 Вт/м 2 ,
- общее потребление первичной энергии не более 120 кВтч/м2 в год,
- кратность воздухообмена при разности давлений в 50 Па наружного и внутреннего воздуха не должна превышать 0.6 в час,
- кпд рекуперации системы вентиляции не менее 75%,
- перегрев не более 28 ºС, и частота перегрева более 25 С не более 10% по времени в год.
Даже не специалисту в области строительства очевидна жесткость таких критериев.
В достижении требуемых значений участвуют и окона, внося значительный вклад в общий энергобаланс. Именно поэтому светопрозрачные конструкции в пассивном доме подлежат сертификации по стандарту passivehause с указанием климатической зоны. Например, окна удовлетворяющие по своим теплотехническим и светопрозрачным характеристикам на юге Германии могут встретить проблемы при установки их на севере Германии.
Любые светопрозрачные конструкции состоят из рам (оконных профилей) и стеклопакета, а так же контуров уплотнений в открывающихся частях. Однако, пассивные окна имеют свои особенности и прежде, чем мы о них расскажем разберемся в общей теории.
Немного теории о стеклопакетах.
Итак, основные принципы выигрыша в свете за счет стекла в стеклопакете таковы:
- Чем выше марка стекла – тем больше света
- Чем меньше толщина стекол – тем больше света
- Чем меньше стекол в стеклопакете – тем больше света
- Чем меньше наворотов в стекле (энергосберегающее, тонированное, триплекс и т.д.) – тем больше света
а, основные принципы в термоизоляции за счет стекла в стеклопакете таковы:
- Чем больше толщина стекол – тем больше термоизоляция
- Чем больше стекол в стеклопакете – тем больше термоизоляция
- Чем больше наворотов в стекле (энергосберегающее, тонированное, триплекс и т.д.) – тем больше термоизоляция.
Как мы уже отмечали и как видно это из предыдущих принципов, окно — это компромисс между светопропусканием и термозащитой.
Для того, чтобы рассмотреть эту проблему необходимо вспомнить физику. При проектировании остекления обычно рассматривают два вида излучения: видимый свет (длины волн от 380 нм до 780 нм) и солнечную энергию (длины волн от 300 нм до 2500 нм). При этом для каждого из них устанавливается три показателя: коэффициенты пропускания, отражения и поглощения. Сумма этих коэффициентов равна 1 для каждого из видов излучения. Но и этого оказывается недостаточно.
Современные требования по безопасности, комфорту и долговечности вносят свои коррективы и в этот компромисс. Например, для лучшего шумопоглощения необходимо применение разных толщин стекол в составе стеклопакета, а для безопасности при больших размерах окон — применение пленок или стекол — триплекс (два стекла с клеевым слоем). Следовательно, современный комфортный, безопасный и энергоэффективный стеклопакет — это сложный компромисс.
В общем, для достижения лучших термоизоляционных характеристик очевидным решением является повышение количества стекол (камер в стеклопакете), применение низкоэмиссинных покрытий, заполнение камер газом с более низкой теплопроводностью (тут на смену аргону приходят криптон и ксенон), повышение количества уплотнительных резинок в створке (с одной -двух, до трех-четырех), изменение конфигурации и состава профиля (повышение толщины профиля, снижение высоты профиля, применение термоизоляционных разделителей в составе профиля). В то же время с увеличением количества стекол и применением низкоэмиссионных покрытий снижается количество света проникающего в помещение (так как каждое стекло имеет свой коэффициент светопропускания), что противоречит главной функции окна — светопропусканию, а для пассивного дома — это не только комфорт естественного освещения, но и часть отопления. Компромис находят в применении оптимального сочетания строгой последовательности стекол, каждое из которых обладает своими характеристиками (включая ориентацию расположения). Подбор нужного стеклопакета проектировщики осуществляют на стадии энергомоделирования здания в конкретных климатических условиях. Чем меньше солнечной инсоляции в отопительный период и суровее климат, тем больший упор делается на термоизоляцию. И на оборот, чем больше солнечной инсоляции в отопительный период и мягче климат, тем меньше камер будет в стеклопакете. Так для юга Европы оптимальным является применение однокамерного стеклопакета, а для московского региона трехкамерного. Так же с учетом ориентации здания на местности (что является важным элементом в строительстве пассивных домов) количество камер в окнах могут различаться по сторонам света — больше на западе и востоке меньше на южной стороне. Более того, в условиях затенения здания (деревьями или соседними постройками) энергомоделирование может показать целесообразным применение различных по количеству камер окон даже на одной стороне здания (чаще всего южной). Процесс энергомоделирования оптимизирует энергобаланс здания в целом, а по каждому окну в частности минимизирует разницу между световыми теплопоступлениями и теплопотерями в отопительный период.
При правильном проектировании пассивного дома практически всегда южное остекление имеет положительный балланс, т.е. количество солнечной энергии поступающее внутрь больше естественных теплопотерь внутри отопительного периода, что позволяет увеличивать площадь южного остекления ограничиваясь лишь функциональностью и архитектурными решениями, тем самым внося значительный вклад в общий энергобаланс здания. Увеличенная площадь южного остекления снижает соотношение периметр/площадь окна (рама окна является наименее термозащищенной частью окна), что так же существенно улучшает теплотехнические характеристики светопрозрачной конструкции.
Само собой разумеющееся — абсолютная герметичность окон в пассивных домах. Функция проветривания помещений для пассивных домов практически не актуальна, поскольку вентиляционное оборудование высочайшего стандарта (так же сертифицируется по стандарту passivehause) круглогодично обеспечивает должный уровень климатического комфорта.
Стоит также обратить внимание на специфику монтажа светопрозрачных конструкций в пассивных домах. Монтажные узлы оконных конструкций в пассивных домах имеют свои особенности, обусловленные как повышенной массой самих окон, так и невозможностью применения традиционных систем крепежа (как многочисленных источников тепловых мостов). Не вдаваясь в сложные объяснения можно констатировать, что монтажные узлы светопрозрачных конструкций в пассивных домах требуют сложного проектирования с учетом как самих конструкций окон и их веса, так и состава ограждающих конструкций, в которые осуществляется монтаж.
Особенности пассивных окон.
- Просветленное стекло в составе стеклопакета
- Применение криптона или ксенона в стеклоапакете
- Полимерная дистанционная рамка
- Низкоэммисионное покрытие стекол
- Трехконтурное уплотнение створок рам
- Наличие терморазрыва в рамах (оконных профилях)
- Монтаж без тепловых мостов
Подводя итоги можно сказать, что проектирование и монтаж светопрозрачных конструкций в пассивном доме воплощает в себе творчество на грани искусства в сочетании с достижениями современной науки и техники.
конструкция энергоэффективного окна