Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон
Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон




Проектирование узла сопряжения оконного блока и наружной стены с применением методов математического моделирования

Ким Л.Н., Щередин В.В. (АПРОК-ТЕСТ)

Какими бы совершенными ни были конструкция оконного блока, технология производства и качество монтажа окон, эксплуатационные свойства наружной ограждающей конструкции в зоне примыкания окна (стена + оконный блок) в значительной степени определяются проектным решением узла сопряжения оконного блока со стеной.

Существующие узлы сопряжения по уровню теплозащиты условно можно разделить на два типа: холодные и утепленные.

Холодные узлы примыкания, как правило, устраивают в помещениях, где не предусматривается поддержание определённого температурного режима - бытовках, временных зданиях и пр. Однако в большинстве отапливаемых зданий и сооружений устраивают так называемый утепленный узел примыкания. В данной статье рассматривается только утеплённый узел (в дальнейшем - узел или узел примыкания).

Узел примыкания занимает относительно небольшую площадь в наружном ограждении, но его конструкция оказывает существенное влияние на тепло-влажностное состояние системы "оконный блок + откос + стена". Так, например, если узел примыкания расположен у наружной или у внутренней поверхности светового проема, оконный блок будет находиться в зоне температур, при которых возможно выпадение конденсата на элементах оконного блока, на стекле, на внутренних поверхностях откосов, на стене и т.д.

Расположение оконного блока в проёме и конструкция узла примыкания являются основными параметрами, формирующими температурный режим в зоне установки светопрозрачных конструкций.

В широко распространенных ранее в строительстве конструкциях окон с раздельными деревянными переплётами термическое сопротивление рамы было сравнимо с термическим сопротивлением стены и, поэтому, местоположение окна "в четверти" (на расстоянии 12-13 см от наружной поверхности стены) было оправдано.

В современных окнах со стеклопакетами термическое сопротивление профиля рамы значительно ниже термического сопротивления по глади стены, поэтому устанавливать такие окна, таким же образом, как и старые окна с раздельными переплётами, нецелесообразно. К сожалению, в значительном числе типовых проектов зданий оконные проёмы рассчитаны под установку старых типов окон, в которые зачастую устанавливают современные более "тонкие" окна, не учитывая при этом их конструктивные особенности.

В каждом конкретном случае при монтаже окна в проем для принятия верного решения следует рассмотреть несколько вариантов устройства узла примыкания. Следует иметь в виду, что для каждой конкретной ситуации, учитывая конструкции окна, стены, назначение помещения, климатические условия места строительства, возможно найти оптимальное с точки зрения тепло-влажностного режима местоположение оконного блока. К сожалению, большинство вариантов установки окон, осуществляемых различными фирмами, не отвечают современным требованиям, а проведены по принципу "наименьйшей трудоемкости". Именно такие - неправильные и "очевидные" случаи рассмотрены в настоящей статье.

Выбор эффективной конструкции узла можно осуществить с помощью методов математического моделирования по специальному сертифицированному программному комплексу WINDOW. Указанный программный комплекс позволяет провести теплотехнический расчет как оконного блока, так и окна в сопряжении со стеной с учётом конструкции узла и применяемых материалов.

При расчетах узла примыкания используются физические характеристики материалов, входящих в состав конструкции (коэффициент теплопроводности, степень черноты поверхностей и т.д.). Для многих материалов эти данные уже содержатся в библиотеке программного комплекса WINDOW, в других случаях они могут быть получены экспериментально и дополнительно внесены в справочные библиотеки.

Моделируя различные конструкции узла примыкания и способы его устройства можно рассчитать вариант наиболее "теплого" узла, при котором будет обеспечен нормальный тепло-влажностный режим наружного ограждения в зоне окна (в зимний период не будет выпадения конденсата на раме и на внутренней поверхности откоса). В качестве иллюстрации возможностей расчетного метода при разработке эффективного узла примыкания, рассмотрим температурное поле стены в зоне окна при различных вариантах его установки, полученное с использованием программного комплекса WINDOW.

В качестве примера, при анализе существующих конструкций узлов примыканий, рассмотрим характерный вертикальный узел. Если исключить из рассмотрения элементы крепления, то узел состоит из рамы (деревянной, пластиковой, алюминиевой, стальной, стеклопластиковой и т.д.) и стены (деревянной, кирпичной, бетонной и т.д.), между которыми расположена теплоизоляция (вспененный пенополиуретан, пакля смоляная, минеральная вата ISOVER или аналогичная и т.д.). Снаружи стык между рамой и стеной заполнен герметизирующим материалом (силикон, тиоколовая мастика, нетвердеющая мастика и т.д.). Изнутри стык между рамой и стеной заклеен паронепроницаемой лентой.

В рассматриваемом примере исходными данными при расчёте являются:

  • оконный блок с однокамерным стеклопакетом 4-16-4 и ПВХ-профилем;

  • кирпичная наружная стена толщиной 65 см;

  • теплоизоляция толщиной 20 мм, уложенная между рамой и стеной;

  • силиконовый герметик, нанесённый на наружный стык;

  • пароизоляционная самоклеющаяся лента типа Illbruck;

  • штукатурка из цементно-песчаного раствора;

  • расчетная температура наружного воздуха соответствует климатическим условиям г. Москвы - минус 26oС;

  • расчетная температура внутреннего воздуха в помещении соответствует действующим нормативам - плюс 20oС.

Результаты расчета приведены ниже на рис. 1-3.

Схема монтажа окна температурное поле

На рис.1 представлено температурное поле в зоне окна и прилегающего к нему участка откоса для случая, когда оконный блок расположен вблизи наружной поверхности стены. Из рис.1 видно, что в рассматриваемом варианте установки окна температуры на внутренней поверхности откоса (на участке, прилегающем к раме) могут быть ниже точки росы. В связи с этим данный вариант установки окна в кирпичной стене не может быть рекомендован к применению.

Схема монтажа окна температурное поле

На рис.2 представлено температурное поле в зоне окна и прилегающего к нему участка откоса для случая, когда оконный блок расположен "в четверти" оконного проёма на расстоянии 12 см от наружной поверхности стены. Из рис.2 видно, что при рассматриваемом варианте установки окна, температуры на внутренней поверхности откоса (на участке, прилегающем к раме) также могут быть ниже точки росы. Поэтому, данный вариант установки окна в кирпичной стене также не может быть рекомендован к использованию.

Схема монтажа окна температурное поле

На рис.3 представлено температурное поле в зоне окна и прилегающего к нему участка откоса для случая, когда оконный блок расположен у внутренней поверхности стены. Из рис. 3 видно, что при рассматриваемом варианте установки окна температура по внутренней поверхности вблизи оконного проема резко снижается и на этом участке может быть ниже точки росы. Поэтому и этот вариант установки окна в кирпичной стене должен быть исключён из рассмотрения при проектировании узла примыкания.

Как видно из рассмотренных выше примеров, место расположения оконного блока в проёме оказывает заметное влияние на тепло-влажностный режим наружной стены в зоне узла примыкания. На формирование тепло-влажностного режима окна большое влияние оказывает также сама конструкция узла примыкания и теплотехнические свойства используемых материалов. Используя метод математического моделирования при проектировании конструкции узлов примыкании оконных блоков к стене можно оперативно, при минимальных затратах времени провести анализ многочисленных вариантов монтажа окон и выбрать оптимальные, соответствующие конкретным условиям строящегося объекта.

Испытательный центр "АПРОК-ТЕСТ" является ведущей организацией в области компьютерных методов исследований светопрозрачных конструкций, владеет полным комплектом компьютерных программ, сертифицированных в системе ГОСТ Р (сертификат соответствия № РОСС RU. СП11.Н00016 от 05.10.2000), располагает необходимой компьютерной базой и специалистами для проведения комплексных исследований окон и имеет многолетний опыт по разработке конструкций "теплых" монтажных узлов. Основываясь на компьютерных исследованиях светопрозрачных конструкций и их элементов, "АПРОК-ТЕСТ" разрабатывает технические решения и проектирует "теплые" узлы сопряжения оконного блока со стеной одновременно с рекомендациями по технологии монтажа окон.