Теплоизоляция и звукоизоляция окон

Теплоизоляция

Окна отапливаемых помещений зимой снижают свои теплозащитные свойства за счет трансмиссионного тепла, которое проходит через стекло и материал коробок, причем тепло-потери характеризуются коэффициентом теплопередачи, Вт/(м²·К), или ккап/(м²·ч·К). Между этими единицами измерения существует следующее соотношение: 1 ккакл/(м²·ч·К) = 1,16 Вт/ (м²·К). Теплозащита окон предусматривает определенные расчетные значения. В частности, для одинарного остекления коэффициент к не превышает 5,8. Двойное остекление с межстекольным пространством 12 мм характеризуется k = 3 Вт/(м²·К). У тройного остекления коэффициент к снижается до 2,1 Вт/(м²·К), если сохраняется то же межстекольное пространство. Тройное остекление, однако, трудно выполнимо и требует определенной ширины фальца для стекла и больших размеров приборов. Такую же или даже лучшую теплоизоляцию можно получить за счет применения особого стекла. У таких стекол сторону, обращенную к межстекольному пространству, покрывают теплоотражающим слоем, а само межстекольное пространство заполняют газом с низкой теплопроводностью. Таким образом коэффициент к может достигнуть величины 1,9—1,4 Вт/(м²·К).

Материал оконных коробок подразделяется на три группы.

Группа 1 включает окна с коробками из древесины, пластмасс и различных комбинаций с применением древесины (деревянные окна с алюминиевой облицовкой и др.). Здесь имеют в виду только полностью пластмассовые окна, а не металлические окна с пластмассовой оболочкой.

Группа 2 подразделяется на три подгруппы. Подгруппа 2.1 включает окна с теплоизолированными металлическими или бетонными профилями с к менее 2,8 Вт/(м²·К), как это установлено специальными испытаниями. К подгруппе 2.2 принадлежат окна из теплоизолированных металлических или бетонных профилей, у которых к 2,8—3.5 Вт/(м²·К). К подгруппе 2.3 принадлежат окна из теплоизолированных металлических или бетонных профилей с к 3,5—4,5 Вт/(м²·К). К какой группе отнести теплоизолированные металлические или бетонные переплеты, устанавливают путем испытаний.

К группе 3 принадлежат окна, переплеты которых состоит из стали, алюминия или бетона, а также теплоизолированных металлических профилей, которые не отнесены к группе 2.

Коэффициенты теплопередачи относятся к стеклу и переплетам совместно и в соответствии с Постановлением по теплозащите характеризуются коэффициентом к, который в этом случае относится ко всему окну

Наиболее распространенными конструкциями окон являются следующие.

Окно с одинарным остеклением — независимо от материала переплетов — с k = 5,2 Вт/ (м²·К). Обычное окно с двойным остеклением с меж-стекольным пространством 12 мм с к для деревянных или пластмассовых переплетов 2,6 Вт/(м²·К). В раздельных алюминиевых переплетах при таком же остеклении k = 2,9—3,3 Вт/(м2-К). Окно с тройным остеклением и межстекольным пространством 12 мм характеризуется значением коэффициента к для окон с переплетами из дерева или пластмассы равным 2, а для окна из алюминия в зависимости от качества теплоизоляции — 2,3—2,7 Вт/(м²·К). При особом остеклении, у которого стекло характеризуется значением коэффицента k = 1,9, коэффициент к для всего окна с переплетами из дерева и пластмассы равен 1,8 и в зависимости от качества изоляции при переплетах из алюминия k = 1,8—2,2.

Для правильного выбора материала переплетов и стекла следует учитывать, что при наиболее распространенных размерах окон примерно 70% тепла теряется через остекление и лишь 30% — через переплеты и коробки. Поэтому теплозащитные качества стекла имеют большее значение, чем теплозащитные свойства переплетов и коробок.

Для примера рассмотрим двухслойную кирпичную кладку, толщина одного из слоев которой составляет 24, другого 11,5 см. Между ними уложена теплоизоляция толщиной 8 см и имеется воздушная прослойка толщиной 4 см. Такая стена характеризуется коэффициентом теплопередачи 0,32. Эта стена является дорогостоящей и имеет хорошие теплозащитные качества. Если в жилом доме с такими стенами одинарное окно с дере вянными переплетами без манжетного уплотнения (k = 5,2) заменено окнами с пластмассовыми переплетами, с двойным остеклением и межстекольным пространством 12 мм (k = 2,6), то экономия для одного дома, построенного в г. Касселе, составит примерно 28 л жидкого топлива в год на каждый м² поверхности окна. При площади остекленной поверхности в одноквартирном доме 25 м2 получится экономия жидкого топлива примерно 700 л в год.

Еще одним каналом потерь тепла являются зазоры между переплетами и коробками. Здесь теплопотери происходят вследствие переноса воздуха, который в данном случае является теплоносителем, изнутри наружу. Поскольку все окна, устанавливаемые в отапливаемых помещениях, оснащены манжетным уплотнением, значение коэффициента а можно во всех случаях принимать равным единице (см. разд. 4.1). Чтобы представить значение зазоров как источник потерь тепла, рассмотрим структуру теплопотерь. Примерно 30% тепла теряется через окна. Трансмиссионные теплопотери через стекло и переплеты составляют 2/3 этой величины, т.е. 20% общих теплопотерь здания. Разница примерно в 10% падает на зазоры, причем этим обеспечивается нормальная вентиляция. Дальнейшие более точные определения малорезультативны, так как для вентиляции воздуха окна приходится открывать. При этом интенсивная вентиляция в течение 5—10 мин при противоположных открытых окнах (всем известный сквозняк) существенно результативнее, чем просто открытое на многие часы окно.

В некотором смысле к теплозащитным мероприятиям принадлежит также предотвращение образования в жилых помещениях плесени. До тех пор, пока стоимость топлива оставалась низкой, и окна из-за низкого качества уплотнения зазоров были неплотными, жилые помещения нагревались до нужной температуры, пропуская через зазоры теплый воздух и обеспечивая тем самым необходимую вентиляцию. После перехода на установку окон с низкой воздухопроницаемостью и изменения привычного отношения к отоплению в связи с повышением стоимости топлива, стало происходить образование плесени в углах помещении, причем это явление часто приписывают новым окнам. В связи с этим следует напомнить, что нормы DIN 4108 уже в старом издании констатировали, что в мало вентилируемых помещениях с большим выделением водяного пара, т.е. в ванных и кухнях, даже в лучших конструкциях избежать образования конденсата невозможно. И здесь очень важно, чтобы выпавший конденсат снова испарялся и в конечном счете стеновые конструкции оставались сухими. Это приводит к выпадению конденсата на внутренней стороне стекла и металлических переплетов. Такое образование конденсата — обычное явление и не может рассматриваться как дефект здания или окон. Если направить вдоль внутренней поверхности окон тепловой поток от отопительных приборов, можно избежать образования конденсата на поверхности стекла и переплетов. Но при этом, как было показано выше, увеличиваются теплопотери.

Рассмотрим еще один пример. В спальне размером 40 м³ температура воздуха зимой составляет 14°С, а относительная влажность воздуха равна 50%. При этом в воздухе в виде водяного пара содержится около 1/4 л воды. Два человека выделяют за ночь в воздух помещения еще около 950 г воды. Одной трети этого количества было бы достаточно, чтобы довести относительную влажность воздуха помещения до 100%. Все это показывает, что помещение следует правильно эксплуатировать. Для этого температура воздуха не должна снижаться ниже 17°С. Одного лишь нагревания помещения для этого недостаточно. Отверстия, предназначенные для вентиляции, закрывать не следует. Занавеси и гардины не следует располагать перед нагревательными приборами.

Высокие теплозащитные качества стен и окон могут вначале создать впечатление, что они способствуют образованию плесени и поэтому с теплотехнической точки зрения не нужны. В действительности такие здания нужно просто правильно эксплуатировать и тогда в них не будут возникать повреждения.

Звукоизоляция

В отличие от плохой теплозащиты недостаточная звукоизоляция потребителю "ничего не стоит", но повышает комфортность помещений. Окно отделяет наружное пространство от внутреннего и должно предотвращать проникание шумов снаружи внутрь.

Шум определяют силой и высотой частоты звука. Человек неодинаково воспринимает звук на разных частотах, поэтому звукоизоляцию соотносят с возможностями человеческого уха. Шум характеризуется уровнем шума и измеряется в децибелах (дБ), причем предел слышимости близок к 0 дБ, а болевой порог — к 140 дБ. Уровень шума, производимый работой пишущей машинки, соответствует 60 дБ, шум от автомобильного двигателя 80 дБ, а пневматического молотка 100 дБ [80]. Поскольку человек обладает различной восприимчивостью разных частот, это используется в нормах DIN 4109 и находит свое выражение в базовой кривой.

Звукоизоляция характеризует ослабление шума, проникающего в помещение снаружи внутрь. При этом отклонение фактической кривой от базовой определяет расчетную величину звукоизоляции. Эта расчетная величина звукоизоляции является средним отклонением от базовой кривой и снова приводится к числу, которым достаточно точно может быть определена звукопоглощающая способность окна. Изменение уровня на 3 дБ является минимально различимой для человека разницей громкости.

По звукоизолирующей способности окна разделяются на 7 классов (от 0 до 6), причем звукоизоляция снаружи внутрь может изменяться от 24 до 50 дБ. Эту звукоизоляцию обозначают как индекс изоляции звука (табл. 9.1).

Существенное влияние на звукоизоляционные качества окон оказывает уплотнение зазоров, поскольку основная часть шумов проникает через зазоры. Это имеет место уже в стыках между стеклом и переплетом. Здесь уплотнение герметиком дает лучшие результаты, чем сухое остекление с манжетным уплотнением. В зазорах между переплетами и коробками устраивают две независимые друг от друга плоскости герметизации, причем эта герметизация должна быть непрерывной, без разрывов. Уплотнитель должен быть плотно прижат в притворе. Для этого требуется заметное усилие. Запорные части подвержены износу и поэтому их выполняют со сменяемым элементом (рис. 9.1). Стыки между коробками и обрамлением проема по всему периметру устраивают с минимальным расстоянием между коробками и конструкциями здания в 1 см. Зазоры нужно тщательно конопатить и уплотнять изнутри и снаружи.

Если предъявляются очень высокие требования звукоизоляции, применяют особые конструкции. При этом необходимо правильное сочетание типа остекления с конструкцией переплетов и коробок. Нет никакого смысла устанавливать стекла, обладающие высокой звукоизолирующей способностью, в недостаточно качественные переплеты и, наоборот, применять хорошие конструкции окон, но устанавливать в них плохие стекла. Стекло и переплеты должны соответствовать определенным требованиям звукоизоляции. Приведенные выше таблицы служат лишь для ориентировки при проектировании окон. Фактические показатели изоляции звука окном получают только в результате проведения испытаний. У высотных домов наблюдают такой феномен, что звукоизоляционные качества окон, расположенных в верхних этажах, оказываются как бы хуже звукоизоляционных качеств таких же окон, установленных в первом этаже. Это объясняется "эффектом приспособляемости": в более высоко расположенных этажах звуковые волны падают на стекло не под прямым, а под острым углом, при этом в стеклах может возникнуть резонанс, понижающий звукоизоляционные качества остекления. Независимо от выбора типа окна и его остекления звукоизоляция окна улучшается при применении жалюзи. Поскольку последние на ночь опускаются, уровень проникающего через окна шума снижается. Обычные конструкции жалюзи при расстоянии между ними и остеклением до 5 см дают улучшение звукоизоляции примерно на 3 дБ. Хорошо уплотненные в примыканиях жалюзи улучшают звукоизоляцию на 7 дБ. Более рациональное решение — использовать жалюзи для улучшения звукоизоляции (увеличить расстояние между ними и стеклом до 15 см). Это может дать улучшение звукоизоляции до 10 дБ.

На рис. 9.2 показана конструкция устройства в зоне подоконника, предназначенного для принудительной вентиляции.