Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции для окон. Сопротивление теплопередаче окон: проводим расчет самостоятельно

Потери тепла через оконное стекло складываются из лучевых потерь (ИК-излучение), трансмиссионных потерь (теплопроводность воздуха, стекла и конструкционных элементов) и конвективных теплопотерь за счет движения воздуха в межстекольном пространстве. Соответственно, на сопротивление теплопередаче стеклопакета влияют количество и толщина стекол, межстекольное расстояние, состав газа в межстекольном пространстве, наличие специальных низкоэмиссионных стекол, конструкция дистанционных рамок. На сопротивление теплопередаче оконного профиля влияют: толщина деревянного профиля и порода древесины, толщина и конструкция внутренних камер ПВХ профиля, конструкция «терморазрывов» в алюминиевых профилях.

Часто при выборе окон встречаются такие заблуждения по поводу сопротивления теплопередаче окон.

Миф 1. Надо выбирать окна с максимальной величиной сопротивления теплопередаче

На самом деле, это не так. В отличие от стен, через которые тепло зимой только теряется, окна – это светопрозрачная конструкция. В течение отопительного сезона через окна тепло как теряется, так и поступает благодаря солнечной радиации. Увеличение сопротивления теплопередаче стеклопакетов достигается, в основном, за счет применения низкоэмиссионных стекол, снижающих светопропускание. Поэтому, результирующую энергоэффективность окон в течение холодного периода года надо оценивать комплексно, учитывая все факторы.

Так, в одной из работ специалистов МГСУ показано, что для условий Москвы оптимальным является величина сопротивления теплопередаче 0,6 м2х град/Вт, а не 0,8 и далее 1,0, о котором говорят чиновники. Кроме того, не надо забывать, что ОСНОВНЫМ назначением окна является естественное освещение помещений, характеризующееся величиной КЕО (коэффициент естественной освещенности). Для сохранения требуемого уровня освещенности при использовании стеклопакетов с несколькими стеклами, применении низкоэмиссионных стекол, требуется увеличивать площадь остекления, а это приведет к повышенным теплопотерям, поскольку все равно окна остаются в несколько раз холоднее стены.

Выход в данной ситуации следующий: при выборе окон для вновь строящегося здания или для переостекления старого необходимо делать ПРОЕКТ светопрозрачных конструкций, учитывающий все эти факторы - потери и поступления тепла для конкретного объекта, условия выполнения требований по инсоляции и естественной освещенности.

Миф 2. Часто встречается требование типа «для климатических условий города N требуется использовать окна с сопротивлением теплопередаче не ниже, например, 0,65 м2. х град/Вт»

Мягко говоря, в таких случаях цифры «взяты с потолка». Да, в нормативных документах указаны минимально допустимые значения сопротивления теплопередаче окон в зависимости от величины ГСОП (градусо-суток отопительного периода), характеризующих суровость климата данной местности. Но не все так просто. В данной местности в жилых домах старой постройки стоит масса старых деревянных окон с Rпр. = 0,4 м2 х град./Вт и там спокойно живут люди при нормальной температуре. В морозы -30 градусов по этому городу в легковых автомобилях с одним стеклом можно спокойно ездить в одной рубашке. Дело только в мощности отопления салона автомобиля или квартиры.

Не окна выбираются для квартиры с неким постоянным отоплением, чтобы зимой было тепло, а система отопления рассчитывается проектировщиком для тех или иных окон. Долгое время в России современных герметичных окон не было. Была деревянная «столярка» серий ОС и ОР (окна со спаренными и окна с раздельными переплетами) соответственно с сопротивлением теплопередаче 0,4 и 0,44 м2 х град./Вт. И система отопления зданий рассчитывалась именно под такие окна.

Поэтому смысл соблюдать требования нормативов по привязке сопротивления теплопередаче окон к ГСОП при замене окон в старом жилом фонде есть только в домах, построенных после 2000 года. В более старых домах достаточно поставить окна, аналогичные по этому параметру старым. Это при условии нормального проектного отопления. При «недотопе», конечно, надо ставить более теплые окна с оговорками, приведенными выше в пункте №1.

Стеклопакет является самым объемным элементом (поскольку занимает до 80 % площади) современного окна. И от его технических характеристик и энергосберегающих показателей напрямую зависят общие тепловые показатели всего изделия. Поэтому, при , обязательно уделите внимание изучению данного вопроса.

При этом, кто-то полагается на советы продавцов, а другим хочется разобраться самим, какими же будут размеры теплового рассеивания через стёкла, и какое значение сопротивления теплопередаче должно быть в установленных стеклопакетах. Основным понятием при расчётах является теплопередача – количество теплоты, которое переходит через единицу поверхности при разнице температур внешней и внутренней среды.

В ДБН В.2.6-31:2006 (с 2017 года уже ДБН В.2.6-31:2017) расчетной единицей тепловых показателей стеклопакета является Ro - коэффициент сопротивления теплопередаче .

Коэффициент теплопередачи означает степень сопротивления изделия переносу теплого воздуха и показывает, сколько тепла уходит из помещения, если разница температур с обеих сторон конструкции равна 1°С. Ro измеряется в м²°C/Вт. Чем выше расчётное значение, тем меньшими будут показатели теплопередачи и тем лучше теплосберегающие данные стеклопакета. Достигается это использованием энергосберегающих стекол, типы которых указываются в в паспорте или маркировочном стикере пластикового окна.

Значения сопротивления теплопередаче основных типов стеклопакетов можно увидеть в таблице «М» упомянутого ДБН. Но, нужно брать во внимание тот факт, что окно состоит не только из стеклопакета, а его учитывает тепловые показатели всех конструкционных составляющих. Причем он должен быть не меньше установленных нормативных значений, которые привязаны к . К примеру, для Киева или области Ro всей ПВХ конструкции по требованию ДБН - 0,75 м²°C/Вт.

Коэффициенты Ro и Ug

В западных странах по DIN EN 673 принято брать в расчёт другой параметр – коэффициент передачи тепла Ug (его еще называют коэффициент теплопроводности), измеряемый в 1 Вт/м²К. Надо сказать, что некоторые отечественные производители тоже указывают этот параметр в технических характеристиках стеклопакета и иногда вводят в заблуждение покупателей.

При расчете Ug, в отличие от Ro, не берутся во внимание тепловые характеристики дистанционной рамки в стеклопакете и, поэтому эти коэффициенты - не полностью обратно пропорциональны. Но существует формула, которая дает возможность сопоставить данные Ro и Ug:

Ro = 1 / (Ug + 0,3)

Теплопередача ограждающих конструкций — это сложный процесс, включающий конвекцию, теплопроводность и излучение. Все они происходят совместно при преобладании одного из них. Теплоизоляционные свойства конструкций ограждения, которые отражаются через сопротивление теплопередаче, должны соответствовать действующим строительным нормам.

Как происходит теплообмен воздуха с ограждающими конструкциями

В строительстве задают нормативные требования к величине потока тепла через стенку и через него определяют ее толщину. Одним из параметров для его расчета служит температурный перепад снаружи и внутри помещения. За основу берут самое холодное время года. Другим параметром является коэффициент теплопередачи К — количество тепла, переданного за 1 с через площадь 1 м 2 , при разности температуры наружной и внутренней среды в 1 ºС. Величина К зависит от свойств материала. По мере его снижения возрастают теплозащитные свойства стены. Кроме того, холод в помещение будет проникать меньше, если будет больше толщина ограждения.

Конвекция и излучение снаружи и изнутри также влияют на утечку тепла из дома. Поэтому за батареями на стенах устанавливают отражающие экраны из алюминиевой фольги. Подобную защиту делают также внутри вентилируемых фасадов снаружи.

Чтобы зимой и летом у вас в доме всегда был оптимальный климат, вам нужно установить на окнах качественные стеклопакеты. Это позволит сэкономить потребление электрической энергии на:

• кондиционирование;
• отопление.

Важно учитывать все критерии выбора подходящих для вас стеклопакетов. Почему при выборе стеклопакетов нужно знать их коэффициент теплопередачи?

Если рассматривать понятие теплопередачи, то она представляет собой передачу теплоты от одной среды к другой. При этом температура в той, которая отдает тепло выше, чем во второй. Весь процесс осуществляется сквозь конструкцию между ними.

Коэффициент теплопередачи стеклопакета выражается количеством тепла (Вт), проходящем через м2 с разницей температур в двух средах 1 градус: Ro (м2. ̊С/Вт) — это значение действует на территории Российской Федерации. Оно служит для правильной оценки теплозащитных свойств строительных конструкций.

К или коэффициент теплопроводности выражается количеством тепла в Вт, проходящим через 1 м2 ограждающей конструкции с разницей температур в обеих средах 1 градус по шкале Кельвина. А измеряется он в Вт/м2.

Теплопроводность стеклопакета показывает, насколько эффективными изоляционными свойствами он обладает. Маленькое значение k означает небольшую теплопередачу и, соответственно, незначительную потерю тепла через конструкцию. В то же самое время теплоизоляционные свойства такого стеклопакета являются достаточно высокими.

Однако упрощенный пересчет k в величину Ro (k=1/Ro) не может считаться правильным. Это связано с разницей применяемых методик измерения в РФ и других государствах. Производитель представляет потребителям показатель теплопроводности только в том случае, если продукция прошла обязательную сертификацию.

Самая высокая теплопроводность у металлов, а самая низкая у воздуха. Из этого следует, что у изделия, имеющего много воздушных камер, низкая теплопроводность. Поэтому оно оптимально для пользователей, использующих строительные конструкции.

Таблица сопротивления теплопередаче стеклопакетов

*Основные (популярные) типы стеклопакетов выделены красным цветом.

Технические характеристики стеклопакетов

Количество камер изделия влияет на теплосопротивление стеклопакета даже, если стекла имеют одинаковую толщину. Чем больше в конструкции предусмотрено камер, тем она будет более теплосберегающей.

Последние современные конструкции отличают более высокие теплотехнические характеристики стеклопакетов. Чтобы добиться максимального значения сопротивления теплопередаче, современные компании-производители оконной индустрии заполнили камеры изделий с помощью специального наполнения инертными газами и нанесли на поверхность стекла низкоэмиссионного покрытие.

Надежные компании-производители светопрозрачных конструкций ставят коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакета в зависимость не только от качества самой конструкции, но и от применения особых технологических операций в процессе изготовления продукции, например, нанесения специального магнетронного, солнцезащитного и энергосберегающего покрытия на поверхность стекла, специальных технологий герметизации, заполнения междустекольного пространства инертными газами и т.п.

Перенос тепла в такой современной конструкции между стеклами происходит благодаря излучению. Эффективность сопротивления теплопередачи при этом увеличивается в 2 раза, если сравнивать данную конструкцию с обычной. Покрытие, обладающее теплоотражающими свойствами, способно намного снизить теплообмен лучей, происходящий между стеклами. Используемый для заполнения камер аргон позволяет уменьшить теплопроводность с конвекцией в прослойке между стеклами.

В результате газовое наполнение вместе с низкоэмиссионным покрытием увеличивают сопротивление теплопередаче стеклопакетов на 80%, если сравнивать их с обычными стеклопакетами, которые не являются энергосберегающими.

Тенденции, наметившиеся в оконной индустрии

Стеклопакет, занимающий не менее 70% от оконной конструкции, был усовершенствован, чтобы максимально снизить теплопотери через него. Благодаря внедрению в производство новых разработок, на рынке появились селективные стекла, имеющие специальное покрытие:

• К-стекло, характеризующееся твердым покрытием;
• i-стекло, характеризующееся мягким покрытием.

На сегодняшний день все больше потребителей предпочитают стеклопакеты с i-стеклами, теплоизоляционные характеристики которых выше, чем у К-стекол в 1,5 раза. Если обратиться к данным статистики, то продажи стеклопакетов с нанесенными теплосберегающими покрытиями увеличилось до 70% от объема всех продаж в США, до 95% в Западной Европе, до 45% в России. А значения коэффициента сопротивления теплопередаче стеклопакетов варьируется от 0.60 до 1.15 м2 *0С\Вт.

Теплоизоляция (теплозащита)

Теплоизоляция - одна из основных функций окна, которая обеспечивает комфортные условия внутри помещения.
Тепловые потери помещения определяются двумя факторами:

• Трансмиссионными потерями , которые складываются из потоков тепла, которое помещение отдает через стены, окна, двери, потолок и пол.
• Вентиляционными потерями , под которыми понимается количество тепла, необходимое для нагрева до температуры помещения холодного воздуха, проникающего через негерметичности окна и в результате вентиляции.

В России для оценки теплозащитных характеристик конструкций принято сопротивление теплопередаче R o (м²· °C/Вт) , величина, обратная коэффициенту теплопроводности k , который принят в нормах DIN.

Коэффициент теплопроводности k характеризует количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1м² конструкции при разности температур по обе стороны в один градус по шкале Кельвина (К), единица измерения Вт/м² К. Чем меньше значение k , тем меньше теплопередача через конструкцию, т.е. выше ее изоляционные свойства.

К сожалению, простой пересчет k в R o (k=1/R o) не вполне корректен из-за различия методик измерений в России и других странах. Однако, если продукция сертифицирована, то производитель обязан представить заказчику именно показатель сопротивления теплопередаче.

Основными факторами влияющими на значение приведенного сопротивления теплопередаче окна являются:

• размер окна (в т.ч. отношение площади остекления к площади оконного блока);
• поперечное сечение рамы и створки;
• материал оконного блока;
• тип остекления (в т.ч. ширина дистанционной рамки стеклопакета, наличие селективного стекла и специального газа в стеклопакете);
• количество и местоположение уплотнителей в системе рама/створка.

От значения показателей R o зависит и температура поверхности ограждающей конструкции, обращенная во внутрь помещения. При большой разнице температур происходит излучение тепла в сторону холодной поверхности.

Плохие теплозащитные свойства окон неизбежно приводят к появлению холодного излучения в зоне окон и возможности появления конденсата на самих окнах или в зоне их примыкания к другим конструкциям. Причем это может происходить не только, в следствие, низкого сопротивления теплопередачи конструкции окна, но также и плохого уплотнения стыков рамы и створки.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций нормируется СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника", который является переизданием СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника" с изменениями, утвержденными и введенными в действие с 1 июля 1989 г. постановлением Госстроя СССР от 12 декабря 1985 г. 241, изменением 3, введенным в действие с 1 сентября 1995 г. постановлением Минстроя России от 11 августа 1995 г. 18-81 и изменением 4, утвержденным постановлением Госстроя России от 19 января 1998 г. 18-8 и введенным в действие 1 марта 1998 г.

В соответствии с этим документом, при проектировании приведенное сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей R o следует принимать не менее требуемых значений, R o тр (см. таблицу 1).

Таблица 1. Приведенное сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле:

ГСОП = (t в - t от.пер.) · z от.пер.

где
t в - расчетная температура внутреннего воздуха, °C (согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений);
t от.пер. - средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°C; °C;
z от.пер. - продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°C, Сут (по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика").

По СНиП 2.08.01-89* при расчете ограждающих конструкций жилых зданий следует принимать: температуру внутреннего воздуха 18 °C в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (определяемой согласно СНиП 2.01.01-82) выше -31°C и 20°C при -31°C и ниже; относительную влажность воздуха равной 55 %.

Таблица 2. Температура наружного воздуха (выборочно, полностью см. СНиП 2.01.01-82)

Для облегчения работы проектировщиков в СНиП II-3-79* , в приложении приведена также справочная таблица, содержащая приведенные сопротивления теплопередаче окон, балконных дверей и фонарей для различных конструкций. Пользоваться этими данными необходимо в том случае, если значения R отсутствуют в стандартах или технических условиях на конструкции. (см. примечание к табл. 3)

Таблица 3. Приведенное сопротивление теплопередаче окон, балконных дверей и фонарей (справочное)

Кроме общероссийских нормативных документов существуют еще и местные, в которых определенные требования для данного региона могут быть ужесточены.

Например, согласно Московским городским строительным нормам МГСН 2.01-94 "Энергоснабжение в зданиях. Нормативы по теплозащите, тепловодоэлектроснабжению.", приведенное сопротивление теплопередаче (R o) должно быть не менее 0,55 м²·°C/Вт для окон и балконных дверей (допускается 0,48 м²·°C/Вт в случае применения стеклопакетов с теплоотражающими покрытиями).

В этом же документе содержатся и другие уточнения. Для улучшения теплозащиты заполнений светопроемов в холодный и переходный периоды года без увеличения числа слоев остекления следует предусматривать применение стекол с селективным покрытием, размещая их с теплой стороны. Все притворы рам окон и балконных дверей должны содержать уплотнительные прокладки из силиконовых материалов или морозостойкой резины.

Говоря о теплоизоляции необходимо помнить, что летом окна должны выполнять противоположную зимним условиям функцию: защищать помещение от проникновения солнечного тепла в более прохладное помещение.

Следует также принимать во внимание, что жалюзи, ставни и т.п. работают как временные теплозащитные устройства и существенно уменьшают теплопередачу через окна.

Таблица 4. Коэффициенты теплопропускания солнцезащитных устройств
(СНиП II-3-79*, приложение 8)