Теплофизические условия конструирования окон и оконных заполнений

К окнам, помимо ряда общих требований, предъявляемых к ограждающим конструкциям зданий: прочность, долговечность, индустриальность, экономичность, архитектурная выразительность, предъявляются требования, вызванные их конструктивными особенностями и функциональным назначением: обеспечение необходимой тепловой защиты от воздействия низких температур наружного воздуха, а также надлежащей герметизации, гарантирующей от продувания, замерзания и отпотевания; светотехнические требования, которые сводятся к обеспечению помещений нормальной освещенностью дневным светом; необходимая звукоизоляция помещений от внешнего шума.

Окна являются самыми теплопроводными ограждениями. Величины коэффициентов теплопередачи застекленных проемов находятся в интервале от 1,5 до 5,0 ккал/м2 ч °С, в зависимости от числа стекол. При этом тепловые потери через окна, несмотря па относительно небольшие размеры последних, составляют 30-50% от всех теплопотерь здания.

Тип и качество оконных переплетов в значительной степени влияют на тепловую защиту зданий способностью к инфильтрации холодного наружного воздуха через щели в открывающихся переплетах, а также по периметру остекления.

Высокая степень инфильтрации и значительная отрицательная радиация человека на холодные поверхности стекол, создающая ощущение дутья, делают невозможным использование площади помещений вблизи окон. Особенно остро это ощущается в районах Севера, где в течение длительной полярной ночи наблюдаются низкие температуры, сильные ветры и снежные метели, а отопительный сезон продолжается 10-11 месяцев.

Вследствие низкой температуры стекла у его внутренней стороны образуется слой охлажденного воздуха, имеющего более низкую температуру, чем воздух в помещении. Охлажденный воздух опускается вниз и образует постоянный поток, который воспринимается как сквозняк. Наилучшим и наиболее широко применяемым способом защиты от этого потока холодного воздуха является расположение нагревательных приборов непосредственно под окном. Поднимающийся от прибора теплый воздух движется навстречу опускающемуся холодному, оба потока смешиваются, и сквозняк устраняется.

Некоторое снижение дискомфортных условий в зимний период при значительном остеклении достигается устройством на окнах занавесок, которыми можно полностью закрывать стекла и образовывать воздушную прослойку между занавесью и стеклом. Однако не следует забывать, что занавес препятствует поступлению теплого воздуха к окну, а это приводит к резкому понижению температуры на его внутренней поверхности, запотеванию стекол и образованию наледей.

Конденсат может образовываться и на внутренней поверхности наружного, более холодного стекла в случае недостаточной герметизации внутреннего переплета, поскольку температура стекла ниже точки росы для воздуха, проникающего из помещения. Конденсат нежелателен потому, что он ухудшает освещенность помещения, а также увлажняет переплеты, снижая их теплозащитные качества и вызывая в ряде случаев гниение древесины. Чтобы воспрепятствовать проникновению воздуха в пространство между стеклами со стороны помещения и исключить конденсат, между коробкой и внутренним переплетом следует прокладывать уплотнители, а между коробкой и наружным переплетом устраивать щелевидные отверстия.

Наличие отверстий способствует не только удалению влажного воздуха из прослойки, но и быстрейшему высыханию увлажненных конструкций окна.

В последние годы наблюдается тенденция значительного увеличения оконных и других световых поверхностей в наружных ограждениях жилых и общественных зданий. Нередко по этому вопросу возникает конфликт между специалистами по освещению и специалистами-теплотехниками, так как желание первых обеспечить как можно большую освещенность помещения заставляет теплотехников изыскивать способы лучшего обогрева здания. Как показывают натурные обследования в районах с суровым климатом, требования экономики и необходимого теплового комфорта определяют целесообразность крайнего ограничения площади световых проемов.

В континентальных районах Севера с очень низкой температурой наружного воздуха зимой и относительным безветрием в течение всего года к окнам предъявляются требования повышенной тепловой защиты от холодного воздействия наружного воздуха. В прибрежных районах, в районах с сильными ветрами, большой влажностью и отсутствием сильных морозов в зимний период следует обращать особое внимание на герметичность оконных переплетов, чтобы избежать влияния инфильтрации холодного воздуха на тепловой режим здания. Рекомендуется тройное и четверное остекление окон, с тем чтобы температура на поверхности внутреннего стекла не понижалась ниже +6 С при расчетной наружной температуре.

Следует иметь в виду, что многорядное остекление способствует лишь повышению сопротивления теплопередаче окна. Снижение же воздухопроницания может быть достигнуто только увеличением аэродинамического сопротивления конструкции и уплотнения притворов. Для уменьшения тепловых потерь рекомендуется изготовлять коробки и переплеты оконных заполнений из сухого дерева. Качество выполнения конструкции окон повышает их термическое сопротивление и значительно увеличивает срок службы.