Коэффициент теплопроводности пластиковых окон

Почему многослойное остекление эффективней

Опыт показывает, что увеличение толщины воздушной прослойки между стёклами в двойном оконном переплёте, не приводит к увеличению тепловой эффективности всего окна. Эффективней сделать несколько прослоек, увеличивая количество стёкол.

«Классическая» двойная рама малоэффективна. А наибольшего эффекта можно достигнуть тройным остеклением. То есть, двухкамерный стеклопакет по всем параметрам (теплоизоляция, звукоизоляция) эффективней однокамерного.

(Камеры здесь – это промежутки между стёклами; два стекла – один промежуток, однокамерный стеклопакет; три стекла – два промежутка, две камеры… и т. д.)

Оптимальной толщиной воздушной прослойки между стёклами считается 16 мм.

Когда вам предлагают стеклопакеты, и нужно выбрать из нескольких видов, например, из таких (числа над стеклопакетами — это толщины стёкол и пространств между ними):

— то оптимальные второй и третий.

Ну, опять же, нужно иметь в виду уплотнение стёкол. В современных стеклопакетах не только увеличено число камер, но и в пространстве между стёклами откачан воздух, вместо него закачан какой-нибудь инертный газ, и камеры герметичны.

Расчет сопротивления теплопередаче оконных блоков и стеклопакетов

Издревле люди мечтали строить свои дома уютными и комфортными. И их первые пожелания, которые актуальны и сегодня, были: пусть в жилище будет сухо, тепло и светло. С первым пунктом кое-как разобрались, а вот два последних во все времена вступали в непримиримое противоречие.

Связано это с устройством основных источников дневного света – оконных проемов, которые при всей своей необходимости являются той самой ограждающей конструкцией, через которую из дома уходит значительная часть столь необходимого людям тепла.

Для оценки тепловых потерь через ограждающие конструкции (в том числе, оконные блоки) принято использовать коэффициент сопротивления теплопередаче Ro, м²·°C/Вт. Рассчитывается он для любых конструкционных материалов и обратно пропорционален коэффициенту теплопроводности материала. Очевидно, что в чистом виде такой показатель можно считать условным, поскольку реальное сопротивление теплопередаче оконных блоков и стеклопакетов значительно отличается от теплоизоляционных свойств обычного стекла.

Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов в первую очередь определяется конструктивными особенностями профилей и остекления оконного блока, и, что немаловажно, качеством монтажа. Возможные инвекционные теплообменные процессы в местах примыкания окна к другим ограждающим конструкциям здания могут свести на нет все технологические преимущества современных стеклопакетов.

Поэтому при определении качества стеклопакетов обычно используют приведенное сопротивление теплопередаче оконного блока Rопр, м²·°C/Вт, которое определяется при сертификации изделия в лабораторных условиях или определено нормативными документами на данный вид продукции. Чем выше коэффициент теплового сопротивления окна, тем меньше теплопотери через него и ваши расходы на отопление своего дома.

Оценка сопротивления теплопередаче окон может проводиться на основе рекомендаций СНиП II-3-79 в редакции от , где вводится понятие требуемого сопротивления теплопередаче Rотр, м²·°C/Вт, определяющего минимальное значение этого показателя для различных климатических зон России. Расчет основывается на нормируемом показателе ГОСП (градусо — сутки отопительного периода):

ГОСП= (tв – t ) x z

где tв – расчетная температура воздуха в помещении;

t. – средняя температура наружного воздуха в отопительный период;

— длительность отопительного сезона, сутки.

Приведем фрагмент нормативов СНиП.

Как и все справочные материалы в СНиП, данная таблица носит рекомендательный характер, но позволяет провести предварительную оценку приемлемости выбранного варианта остекления здания. Так, для сравнения нормируемое значение сопротивления теплопроводности стеклопакетов для Санкт-Петербурга и Москвы определено как 0,55 и 0,48 м²·°C/Вт.

Понятно, что для обоснованного выбора оконных конструкций для каждой климатической зоны проектировщику необходимо учитывать нормируемое значение сопротивления теплопередаче для данного района и иметь достоверную информацию о технических характеристиках (приведенное сопротивление теплопередаче оконного блока) от производителей стеклопакетов.

Данные СНиП II-3-79 во многом устарели: сопротивление теплопередаче двухкамерного стеклопакета Rопр = 0,65 или приведенное сопротивление теплопередаче пластикового окна с селективным покрытием стекла Rопр = 0,56 уже не соответствуют современным реалиям. Рекомендуем делать обоснованный выбор.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях

Теплопотери

Теплопотери стеклопакетов зависят от следующих факторов:

• теплопроводность;
• тепловое излучение;
• конвекция.

Тепловое излучение

Тепловое излучение возникает на поверхности нагретых тел за счёт преобразования энергии молекул, находящихся в постоянном движении при температурах выше 0°К, в электромагнитную. В его волновой спектр входит инфракрасный диапазон волн (от 0,8 до 800 мкм) и небольшая часть видимого спектра (от 0,7 до 0,8 мкм).

Излучение тепла подчиняется законам отражения, преломления и распространения электромагнитных волн в определённых средах. Интенсивность излучения напрямую зависит от температуры нагрева тела. Любые материалы, в том числе, естественно, и строительные отдают тепловую энергию в окружающее пространство. Её величина характеризуется коэффициентом теплового излучения, который зависит от вида обработки излучающей поверхности и химического состава.

Потери тепла в стеклопакетах за счёт отдачи тепловой энергии могут достигать 60%. Поэтому многие производители энергосберегающих окон применяют стеклопакеты со специальными тонкоплёночными покрытиями на основе оксидов металлов, позволяющих снизить теплопотери до 95%.

Теплопроводность

Теплопроводность характеризует способность различных материалов или сред передавать тепловую энергию от более нагретых участков к менее нагретым посредством межатомного взаимодействия. Скорость отдачи тепловой энергии зависит от величины градиента температур, а коэффициент теплопроводности является неизменным для каждого конкретного вещества. Например, для обычных стёкол λ = 0,76 Вт/(м·°С).

Для удобства тепловых расчётов, согласно приложению К.2 в СП , принимают λ = 1 Вт/(м·°С) при условии, что толщина стекла менее 4 мм. (Основы энергосбережения: Учебное пособие /Б. И. Врублевский, С. Н. Лебедева, А. Б. Невзорова и др.; Под ред. Б. И. Врублевского. — Гомель: ЧУП «ЦНТУ «Развитие», 2002).

Поскольку теплопроводность стёкол достаточно высокая, улучшить энергоэффективность стеклопакетов можно следующими способами:

• заполнить камеры инертными (аргон, криптон) или активными газами (углекислым и смесями на его основе), обладающими минимальным межатомным взаимодействием;
• создать вакуум внутри стеклопакета.

Последний способ не стал массовым из-за необходимости использования сложного вакуумного оборудования, а также обеспечения высокой прочности и герметичности камер стеклопакетов.

Конвекция

Конвекция представляет собой способ теплообмена, при котором обеспечивается обмен внутренней энергии внутри среды за счёт создания тепловых потоков, возникших в результате температурного градиента. В результате такого процесса внутри стеклопакета происходит перемещение нагретого газа в верхнюю часть камеры, а охлаждённого — в нижнюю. Длительность такого процесса зависит от времени установления теплового равновесия.

Чтобы снизить конвективные теплопотери, необходимо обеспечить оптимальную энергоёмкость стеклопакета. Это значит, что при увеличении объёма камеры, наполненной газом, должна снижаться теплопроводность, однако за счёт повышения энергоёмкости существенную роль начинают играть конвективные процессы. Поэтому важно найти некий компромисс за счёт грамотного подбора расстояния между стёклами, позволяющего максимально снизить естественную конвекцию.

Чем ниже скорость перемещения атомов газа внутри камеры стеклопакета, тем выше уровень энергосбережения стеклопакета. Оптимальным расстоянием между стёклами считается диапазон от 16 до 24 мм. Простой однокамерный стеклопакет уменьшает теплопотери на 30-40% в сравнении с классическим двойным остеклением. При использовании специальных энергосберегающих стекол (К-стекло и I-стекло) можно значительно уменьшить затраты на отопительные услуги в помещениях благодаря увеличению коэффициента сопротивления теплопередачи.

Литература:

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.; Высшая школа, 1969 -560с.
2. Основы энергосбережения: Учебное пособие /Б. И. Врублевский, С. Н. Лебедева, А. Б. Невзорова и др.; Под ред. Б. И. Врублевского. — Гомель: ЧУП «ЦНТУ «Развитие», 2002.
3. Охрана труда и основы энергосбережения. Учебное пособие для ВУЗов – Э.М. Кравченя, , И.П. Свирид. Мн. 2004

Звукоизоляция

Защита помещения от уличного шума во многом определяется звукозащитными качествами окон. Причем чем массивнее конструкция, тем этот показатель лучше. Это означает, что шумоизоляция окон тем выше, чем большее количество стекол в стеклопакетах и чем они толще.

Но бесконечно увеличивать обе эти величины нельзя, тем более что стекло — материал тяжелый, и несколько толстых стекол могут так утяжелить створки, что потребуется дополнительное усиление креплений.

На звукоизоляцию окна влияет также количество камер в профиле: чем их больше, тем защита от шума выше. Дополнительную звукоизоляцию также обеспечивает плотное прилегание створок.

Требуемое сопротивление теплопередаче окон

Основная физическая единица характеризующая, теплопроводность окна является приведенное сопротивление теплопередаче Ropr (м2*°С)/Вт.

Обычному человеку значение Ropr (м2°С)/Вт ни о чем не говорит, и при выборе окон часто можно слышать такие советы:

Обращайте внимание на теплоизоляционный показатель выбираемого окна — сопротивление теплопередаче. Величину его брать чем больше, тем лучше. Минимальное R рекомендую не ниже 0,55 (м2°С/Вт) — как для средней полосы России.

Т. е. используется подход чем больше, тем лучше.

Не зная требуемую величину Ropr для Вашего региона Вы совершенно «слепы» при выборе окна.

мы рассматривали физические свойства сопротивления теплопередаче Ropr (м2°С)/Вт.

В этой статье рассмотрим, как определить ТРЕБУЕМОЕ сопротивление теплопередаче Ropr tr и от чего оно зависит.

Согласно СП СВОД ПРАВИЛ ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ

5.1 Теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:

• а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования);
• б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
• в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).

Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований а), б) и в).

Особенности выбора стеклопаетов

Несколько советов по выбору стеклопакетов:

• Мы не рекомендуем использовать стеклопакеты, у которых расстояние между стеклами более 20 мм, — это выброшенные на ветер деньги. Дальнейшее его увеличение не только не повышает, но даже понижает теплоизоляцию стеклопакета, в то время как себестоимость его становится выше.
• В окнах, выходящих на улицу, нежелательно устанавливать стеклопакеты с коэффициентом сопротивления теплопередаче R менее чем 0,45м2,°С/Вт. Для справки: этому требованию соответствуют двухкамерные стеклопакеты 32 мм с обычным стеклом типа 4-8-4-12-4 или однокамерные 24 мм стеклопакеты с одним энергосберегающим стеклом типа 4-16-4i (где 4 — толщина стекла, 16 — толщина воздушной прослойки между стеклами).
• Если у вас нестандартные размеры стеклопакетов, примите во внимание, что максимальные размеры стеклопакета по ширине и высоте, не должны превышать 3,2×3,0 м. Например, при больших размерах стеклопакета и узкой дистанции между стеклами может произойти их деформация, т.е. при снижении температуры и уменьшении объема воздуха внутри стеклопакета стекла соединятся между собой. Последствия деформации стекла — его разрушение и разгерметизация стеклопакета. Небольшие по размерам стеклопакеты могут разрушиться зимой, когда при уменьшении объема воздуха внутри камеры стекло не имеет возможности прогнуться по короткой стороне. Учитывая все эти возможные неприятности, лучше поручить проверку размеров профессионалам, которые могут провести расчет, исходя из механических нагрузок, таких как ветер или изменение температуры окружающего воздуха и его давления.
• Выбирая стеклопакет с цветным стеклом, знайте, что цветное стекло устанавливается только снаружи стеклопакета и обязательно должно быть упрочненным. Цветное стекло устанавливают снаружи, чтобы летом оно охлаждалось наружным воздухом. Если стекло установлено внутрь помещения, где отсутствует естественное движение воздуха, то летом оно будет нагреваться и повышать температуру воздуха внутри. При нагревании стекла увеличивается вероятность его разрушения из-за теплового расширения и температурных перепадов. Для охлаждения стекла и воздуха придется увеличивать мощность кондиционера.
• Стеклопакеты можно устанавливать при температуре наружного воздуха не ниже минус 15°С. Температура внутреннего воздуха помещений в зимний период строительства должна быть не ниже +5°С.

Как определяется сопротивление теплопередаче

В физическом смысле сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции характеризует уровень ее теплоизоляционных свойств и находится из соотношения

• R = 1/К (м2·оС/Вт ).

Защитные свойства стены определяются процессами температурного обмена на ее наружной и внутренней поверхностях, а также в толще материала. Для сложного ограждения суммарное сопротивление теплопередаче будет иметь вид:

• R0 = (R1 + R2 + … + Rn) + Rв + Rн,

где R1, R2, Rn характеризуют свойства отдельных слоев, а Rв, Rн— внутреннее и внешнее взаимодействие с воздухом.

Технические параметры конструкций

Вполне логично, что теплосопротивление конструкции во многом зависит от количества установленных в нем камер. При этом важно понимать, что влияние оказывает именно количество камер, а не толщина каждого отдельного стекла. Подводя итоги, нужно сказать, что у тех стеклопакетов, которые оборудованы большим количеством камер, будут иметь куда более высокие показатели сохранения тепла.

К чести современных производителей продукции в данном рыночном сегменте, их товары обладают достаточно высокими показателями во всех отношениях. Благодаря современным технологиям производители получили возможность не просто проектировать конструкции с оптимальным количеством камер, но и заполнять межкамерное пространство газообразными веществами, которые положительно сказываются на общих технико-эксплуатационных характеристиках изделий. Камеры заполняются разнообразными инертными газами, а на их поверхность специально наносятся покрытия низкоэмиссионной категории. Остекление — эффектное дизайнерское решение

Стоит отметить, что наиболее успешные на сегодняшний день компании-производители оконных конструкций светопрозрачного типа наращивают теплоизоляционные свойства своих изделий по большей мере за счет использования в рамках технологического процесса специфических методик. Это, например, могут быть покрытия с энергосберегающими, солнцезащитными и магнетронными свойствами, а также обеспечение высокого уровня герметизации камер и прочее.

Где целесообразнее устанавливать однокамерные окна пвх?

Пластиковые окна Века существенно различаются по конструкции:

• У однокамерных в оконных створках имеется в наличии только 2 стекла, что позволяет их эффективно использовать при температуре не ниже -8 градусов;
• Для регионов с более низкими температурами целесообразнее устанавливать двухкамерные окна ПВХ. У них 3 стекла, разделенных между собой двумя промежутками, что позволяет лучше удерживать тепло. Кроме того, такие окна пропускают значительно меньше шума.

Исходя из вышесказанного, однокамерные пластиковые окна можно с высокой степенью надежности устанавливать в тех случаях, когда:

• Среднезимний минимум температур не опускается ниже -8°C (для жилых помещений);
• Окно квартиры выходит на остекленную лоджию;
• При остеклении окон офисных зданий, не выходящих на оживленные городские магистрали;
• Нередко их устанавливают в производственных помещениях и складских комплексах;
• Когда возникает потребность в остеклении балкона или лоджии, беседки или террасы, зимнего сада или оранжереи.
• Прекрасно подходят такие окна и для использования на дачах и в летних загородных домиках.

Во всех остальных случаях лучшим решением будет установка двухкамерных стеклопакетов (3 стекла) в пластиковых окнах. Дело в том, что по цене однокамерные стеклопакеты не сильно дешевле, а по таким характеристикам как теплозащита и шумоизоляция далеко позади от двухкамерных.

Самое важное свойство

Сопротивление теплопередаче стеклопакета – это, без сомнения, наиболее существенное свойство конструкции. Как известно, система всегда стремится к достижению однородности во всех составляющих. Так, термобаланс между внешним миром и помещениями здания – это самая обыкновенная физика, справиться с которой просто невозможно. Однако, современные специалисты смогли ощутимо продлить временной промежуток, за который происходит процесс достижения термического баланса между внешней средой и помещениями здания. Существуют различные категории металлопластиковых оконных конструкций.

За основу классификации специалисты берут так называемый коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакета. Его определяет количество тепла, которое в двух средах с температурной разностью ровно один градус по Кельвину проходит через один квадратный метр поверхности. Данное определение зафиксировано в соответствующем государственном стандарте и является обязательным для Российской Федерации. Благодаря вычислению данного параметра мы получаем возможность судить о теплозащитных характеристиках различных строительных объектов в целом и стеклопакетов в частности.

Световые характеристики

Окна в помещениях нужны, прежде всего, для обеспечения освещения. Поэтому решающим фактором освещенности является площадь остекления. Она рассчитывается по СНиПам, где приведены соответствующие таблицы и формулы.

Но даже одинаковые оконные проемы могут при установке различных оконных конструкций давать разную освещенность.

Так, например, помещение будет получать меньше света, если увеличивается ширина оконного откоса. Освещенность также снижает мелкое членение оконного переплета, так что не особо увлекайтесь дизайнерскими изысками.

С другой стороны, на этапе проектирования необходимо учесть тот факт, что современные оконные системы с крупными элементами позволяют без ущерба для общей освещенности помещения уменьшить площадь оконного проема и тем самым повысить экономичность строительства.

Коэффициент пропускания света определяется отношением прошедшего через стекло света к падающему. Соответственно, чем качественнее и прозрачнее стекла в стеклопакете, тем этот показатель выше. Теплоотражающие покрытия на стеклах коэффициент пропускания снижают.

Пример расчетов

Для того чтобы привести пример, можно выбрать обычное одностворчатое окно, имеющее ширину W = 1 метр 40 сантиметров, а высота H = 1 метр, выполненное из трехкамерного профиля VEKO EUROLINE с шириной ограждающей рамы-створки 1,13 миллиметра. Учитывая неоднородность изделия, первым делом важно определить сопротивление каждого участка и выяснить их класс и площадь.

В большинстве случаев работа ведется с 2 зонами (однородными по своей структуре):

• зона рамы и стекла (в общем);
• зона стеклопакета отдельно.

Для расчета первого показателя используем следующую формулу:

F1 = + 1,4 x 0,113 + х 0,113 + х 0,113 = 0,491 324.

А вторая зона определяется следующим образом:

F2 = х = 0,908 676 метра квадратного.

В результате мы получаем:

F1 = 0,491 324 метра квадратного;

Ro1 = 0,64 м2С/Вт;

F2 = 0,908 676 м2;

Ro2 = 0,32 м2С/Вт.

Как итог можно отметить, что, несмотря на то, что выбранная оконная конструкция имеет отличный показатель теплопроводности рамы, теплопроводность цельного продукта оставляет желать лучшего. Благодаря проведению таких расчетов появляется возможность должным образом оценить коэффициент теплопроводности, а главное, то количество тепла, которое будет удерживаться в помещении на протяжении определенного времени. При выборе самой конструкции обязательно обращайте внимание не только на внешний вид и габариты изделия, но и на теплосберегающие свойства, которые будут обеспечивать оптимальный микроклимат. Продукция бюджетного класса часто имеет высокий показатель, поэтому в процессе эксплуатации жильцы квартир и домов, в которых был проведен монтаж пластиковых окон, нередко жалуются на то, что даже изделия ПВХ не способны должным образом сохранять тепло. Если вы столкнулись с такой проблемой, то не спешите менять стеклопакеты. Первым делом проведите расчеты и обязательно проверьте, насколько правильно был осуществлен монтаж и нет ли видимых щелей между проемом и окном.