Энергосберегающие профильные системы оконных блоков

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПРОФИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОКОННЫХ БЛОКОВ

ENERGY-SAVING PROFILE OF WINDOW UNITS

A.B. Бушов

A.V. Bushov

ГОУ ВПО МГСУ

В статье рассмотрены энергосберегающие профильные системы оконных блоков, проблема краевых зон, а также современные технические решения по утеплению оконных профилей.

The article deals with energy profile of window units, the problem of boundary zones, as well as advanced technical solutions for insulation and window shapes.

Оконные конструкции должны отвечать широкому комплексу требований, включая теплозащиту и энергосбережение, причём эти требования, как уже неоднократно отмечалось ранее, частично противоречат, а иногда и взаимно исключают друг друга. Поэтому необходимо стремиться к достижению компромисса желаемых характеристик не только для оконного блока в целом, но и для каждого конструктивного элемента. Не являются исключением и усилительные вкладыши, используемые для армирования ПВХ профилей и придания им необходимой прочности, жёсткости, формо- и размеростабильности в условиях изменения температур. К примеру, у трёхкамерного профиля без армирования приведённое сопротивление теплопередаче составляет ~ 0,73 м2*С/Вт, а со стальным армированием - 0,63 м2*С/Вт. Таким образом, необходимы оптимальные по сочетанию показатели прочности, стабильности размеров и теплозащиты конструкции или материала усилителя.

Анализ различных вариантов повышения теплотехнических показателей ПВХ оконных блоков при одновременном обеспечении размеростабильности и жёсткости позволяет разделить их на две группы. Первая группа включает в себя решения, сохраняющие усилительный профиль, но изменяющие его конструктивное исполнение и используемые материалы. Ко второй можно отнести проекты, в которых функция армирующего усилителя передаётся самим ПВХ профилям за счёт соэкструзии с ними усиливающих элементов. Использование первой группы решений позволяет заменить стальное армирование в любой профильной ПВХ системе на более тёплое без модернизации собственно главных профилей. Во второй группе необходимо изменение устройства сечения профильной системы.

Простейшим методом снижения влияния мостика холода, обусловливаемого стальным усилителем, является уменьшение толщины его стенки. Запатентованный компанией Handley Profiltechnik GmbH US техпроцесс предполагает создание уникальной ямочной текстуры на поверхности холоднокатаного металла с изменением его зернистости. Металл проходит специальную обработку давлением, в результате кото-

рой формируется текстура и происходит процесс местного растягивания, а поверхностная закалка дополнительно упрочняет металл. Фирма Dimex в ряде случаев использует армирующий усилитель, изготовленный по технологии Ultra Steel [1].

Разработчики компании FBS-Over GmbH для улучшения теплотехнических показателей ПВХ оконных блоков выполнили усилительный вкладыш из оцинкованной стали соответствующей толщины, перфорированной продольными рядами смещённых относительно друг друга полос. Для исключения конвективного теплопереноса и уменьшения лучистого теплообмена этой фирмой используется вкладыш из жёсткого пенопласта. Приведённое сопротивление теплопередаче может достигать в этом случае 1,37 м2*К/Вт.

Фирма SELO (Германия) производит комбинированный усилитель на основе профиля из тонколистовой стали, облицованного профилем из композиционного материала. Термически разъединённые стальные усилители используются в сочетании с теплоизоляционными вкладышами из жёстких пенопластов на основе полистирола или полиуретана. Подобное армирование нашло своё применение в ряде профильных систем, например у Dimex и Rehau. С помощью термически разделённого армирования и теплоизолирующих вкладышей профильная система CONCEPT-80 (фирма L.B. Profile GmbH) с монтажной глубиной 80 мм, с семью камерами и средним уплотнителем обеспечивает сопротивление теплопередаче 1,0 м2*С/Вт, а в сочетании с соответствующим остеклением позволяет достичь величины 1,25 м2*С/Вт для всего оконного блока [2].

Немецкая компания Schiico пошла по другому пути. Её система Corona SI 82+ является восьмикамерной. При трёхкамерном уплотнении притвора и двухкамерном стеклопакете с Ro=1,3 м2*С/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче всего оконного блока, по данным фирмы, составляет около 1,1 м2*С/Вт. Вместо традиционного стального армирования в профилях коробки и створки используются алюминиевые полосы, соэкструдируемые одновременно с получением профиля. Ещё более высокие теплотехнические показатели достигаются оконным блоком системы Schiico Corona SI 82+ Passiv, -приведённое сопротивление теплопередаче 1,25 м2*С/Вт. Повышение сопротивления теплопередаче достигается теплоизоляционными вставками, размещёнными в некоторых камерах коробки и створки. Кроме того, аналогичный вкладыш заполняет зазор между торцом стеклопакета и профилем створки.

Сейчас в Красноярске компания «БФК-Красноярск» использует стеклопластико-вый армирующий профиль «Армовин» в своих оконных блоках, построенных на профильной системе VEKA [2]. Применяется этот усилитель совместно с утеплителем, заполняющим его полость что позволяет добиться линеаризации изотерм, обеспечивает значительное повышение приведённого сопротивления теплопередаче комбинации «рама-створка».

Однако, заметим, что фирма «REHAU» проводила исследования по применении усилителей из стеклопластика еще в 80-90-х г.г. Исследования показали хорошие теплотехнические и статические характеристики стеклопластикового армирования. Однако, в процессе механической обработки стеклопластика (резка, сверление отверстий и пр.) в рабочей зоне появляется мельчайшая стеклопластиковая пыль, смертельно опасная для человека. К тому же, исследователи столкнулись с дороговизной вышеперечисленных решений для применения их в оконном производстве, а также с необходимостью более частой замены инструментов и оборудования. Работы по исследованию возможностей использования армирующих профилей из стеклопластика для усиления конструкционных ПВХ профилей были прекращены. Однако в апреле этого года в

Нюрнберге ЯЕНЛи представляет профильную систему ОБКБО с использованием инновационного фиброволоконного материала ЯЛи ИРЯО, который отличается рекордной прочностью и сопротивляемостью к нагрузкам. Строительная глубина профиля -86 мм, приведённое сопротивление теплопередаче равно 1,0 м2*°С/Вт .

Рассмотрим результаты некоторых экспериментов, проведенных авторами в ГУП «НИИМосстой»[3-4].

Таблица 1

ПВХ- профиль шириной 58мм, стеклопакет 4-16г-4И_

(Т - Т ) V а ех1 а / qav

коробка 34,7 57,5 0,60

створка 33,9 60,5 0,56

стеклопакет 32,8 89,6 0,37

Приведенное термическое сопротивление окна 0,40

Таблица 2

ПВХ- профиль шириной 78мм, стеклопакет 4И-16Ar-4-16Ar-И4_

(Т - Т ) qav

коробка 38,5 51,2 0,75

створка 43,9 43,4 1,01

стеклопакет 43,5 44,5 0,98

Приведенное термическое сопротивление окна 0,96

В оконных конструкциях можно выделить три характерные зоны: две теплофи-зически однородные зоны, - стена и стеклопакет, и зону их сопряжения, характеризуемую неоднородностью используемого материала и геометрии. Стена и стеклопакет являются теплофизически однородными элементами, изотермы в этих областях расположены параллельно поверхности стенок, а удельные тепловые потоки, q = -Л* gradT(Вт / м2) направлены перпендикулярно изотермам изнутри помещения наружу.

Между стеной (слева от оконного профиля) и стеклопакетом (справа от оконного профиля) наблюдаются характерные температурные пики на внешней стороне конструкции (термограмма слева) и падения температур на внутренней стороне оконного блока (термограмма справа).

Между этими теплофизически однородными зонами расположена область примыкания, в которой на термограммах (рисунок 1) наблюдается ряд пиков, связанных с тепловыми потерями: в краевой зоне стеклопакета, в зоне примыкания створки и оконной коробки, а так же в области монтажного шва.

Появление на рынке новых теплотехнических материалов позволяет использовать их в оконных конструкциях. Так, коэффициент теплопроводности экструдиро-ванного пенополистирола достигает величины Х = 0,03(Вт/м-0С), что в пять-шесть раз ниже, чем у древесины, причем плотность этого материала на порядок меньше, чем у древесины. При изготовлении современных деревянных профилей

внутрь оконной коробкн и створки можно вместо деревянного бруса вклеивать пенополистирольные вставки (рисунок 2,3).

Рисунок 1. Инфракрасные снимки (вверху) и профили температур (внизу) вдоль выделенных линий на внешней (слева) и внутренней (справа) сторонах фрагмента узла примыкания оконного блока к стеновому проему

Рисунок 3. Эскизы разработок ПВХ профиля с термовставками

Основным преимуществом предлагаемой разработки оконного блока является возможность получения высокого приведенного сопротивления теплопередаче (больше 0,8 м2 0С/Вт) и увеличение температуры внутренних поверхностей, что позволит, с одной стороны экономить тепловую энергию, с другой, предовращает выпадение конденсата и образование грибков.

Литература

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий // Госстрой России - М.:ФГУП ЦПП, 2004. - 26 с.

2. ГОСТ 24866-99. Стеклопакеты клееные строительного назначения // Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000.-38 с.

3. Кривошеин А.Д., Харламов Д.А. К вопросу об улучшении температурного режима современных окон в краевых зонах// Светопрозрачные конструкции. 2005.- №1- с.10-14.

4. Мурадян М.Б. и др. Некоторые новые тенденции развития производства современных клееных стеклопакетов / Мурадян М.Б., Саркисов М.М., Спиридонов А.В., Морозов A.M. // Окна и две-ри.-2001.-№ 3.-е. 32-36.

5. Харламов Д.А. Температурный режим стеклопакетов в краевых зонах //проектирование и строительство в Сибири.-2007.-№6(42).-с. 40-43.

The Literature

1. Krivoshein AD, Pakhotin GA Features of the thermal regime of modern windows in the marginal zones / doors and windows .- 1999 .- № 5

2. Tabunshikov Yu.A. Low-cost operational measures to save energy and energy efficiency. -2008. - № 3/

3. Lichman VA, Dubinsky S. Distribution of heat flows in the window frames / Translucent design. - 2009 .- № 5-6. - S. 76-81

4. Lichman VA, Peskov NV Modeling of low-emission coating on the characteristics of heat-engineering glass / translucent structures. - 2009 .- № 5-6. - P.69-70.

Ключевые слова: Температурный режим, стеклопакет, дистанционная рамка, воздушная прослойка, тепловая защита, энергосбережение, конвекция, теплопроводность, инертные газы.

Keywords: Temperature mode, double-glazed window, remote framework, air layer, thermal protection, the power savings, convection, heat conductivity, inert gases

E-mail автора: stroy-uni89@mail.ru

Рецензент: Морозова Д.В., кандидат технических наук, доцент кафедры «Архитектурно-строительного Проектирования» МГСУ