Теплотехнические аспекты проектирования узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам

Зав. кафедрой «Городское строительство и хозяйство» ИСИ СибАДИ

Вопросам проектирования, устройства, эксплуатации узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам посвящены десятки статей, учебных пособий, не говоря уже о корпоративных руководствах. Разработан и введен в действие ГОСТ 30971, регламентирующий требования к отдельным параметрам монтажных швов. И, казалось бы, о чем еще говорить.

Однако полемика, развернувшаяся в печатных изданиях, различное толкование требований ГОСТа по ряду показателей, формальные запреты со стороны контролирующих органов на применение некоторых герметизирующих материалов, конструктивных решений и технологий заставляют вновь обратиться к анализу ряда теоретических вопросов строительной физики, процессов переноса тепла и влаги в узлах примыканий оконных блоков к стеновым проемам.

Не претендуя на глубину освещения и рассмотрение всех аспектов строительной физики, в данной статье хотелось остановиться, прежде всего, на наиболее значимых вопросах, определяющих качество проектных решений и их надежность на стадии эксплуатации.

Температурный режим узлов примыканий

Нарушение температурного режима узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам является одной из наиболее распространенных проблем. Так называемое «промерзание оконных откосов» (рис. 1) имело место и десять лет тому назад — в период освоения технологий изготовления и монтажа оконных блоков с одинарными переплетами и стеклопакетами, к сожалению, встречается и сейчас.

Физика этого процесса достаточно проста и понятна: оконный блок с узкой оконной коробкой, смонтированный в однослойной стене (а в некоторых случаях и в многослойных стенах), оказывается размещенным в зоне отрицательных температур, и по сути дела с мостиком холода — вдоль оконной коробки (рис. 2). И каким бы эффективным не было заполнение монтажного шва (высококачественной монтажной пеной или паклей, с пароизоляционной лентой или без нее), низкие температуры внутренней поверхности оконных откосов обеспечены, если не предпринимать дополнительных мероприятий по их утеплению. Потери тепла идут как в обход оконной коробки, так и в толщу простенка. И этот процесс практически не зависит от пароизоляционных и теплоизоляционных качеств монтажного шва.


Многие из оконных фирм при решении данной проблемы отталкиваются от расчетов и рекомендаций института оконной техники (IFT, Rosenheim). Суть рекомендаций — смещение оконного блока к середине стены (рис. 3). При всей правомерности данных расчетов необходимо отметить, что они выполнены для районов с температурами наружного воздуха до минус 15 °С. При более низких температурах наружного воздуха этих рекомендаций, как правило, оказывается недостаточно.

Пути решения данной проблемы:

? в однослойных стенах — утепление оконных откосов (рис. 4); в стенах большой толщины — дополнительное смещение оконного блока к внутренней поверхности;

? в многослойных стенах с эффективным утеплителем и гибкими связями — размещение оконного блока в слое утеплителя на уровне наружной поверхности несущего слоя (рис. 5);

? в стенах с фасадной теплоизоляцией — никаких дополнительных мероприятий по утеплению узлов примыканий не требуется, за исключением обязательного утепления наружных четвертей (рис. 6);

? в стенах с ребрами жесткости (колодцевая кладка, трехслойные стеновые панели с жесткими связями и т.п.) — утепление оконных откосов.

Реализация этих простых решений возможна с применением самых различных материалов и конструкций (рис. 7).

Результаты экспериментальных исследований (еще 1997–98 гг.), опыт большого количества оконных фирм многих регионов РФ подтверждает справедливость приведенных выкладок. Конечно же, реальные проектные решения могут быть сложнее и отличаться от рассмотренных вариантов. В этом случае необходимо проведение проверочных расчетов температурного режима узлов. Имеющиеся программные средства позволяют сделать это достаточно просто.

Влажностный режим узлов примыканий

Влажностный режим монтажных швов и узлов примыканий — гораздо более сложный для понимания вопрос. И именно по влажностному режиму — наибольшее количество противоречивых точек зрения (нужна ли пароизоляция, можно ли обрезать монтажную пену, нужно ли защищать монтажный шов отувлажнения со стороны стены и т.п.).

Сложность прогнозирования и расчета влажностного режима ограждающих конструкций зданий обусловлена, прежде всего, нестационарностью влажностных процессов (происходят медленно в течение всего года), и различными причинами появления и перемещения влаги в ограждающих конструкциях, в частности диффузией водяного пара, перемещением влаги в жидком виде, молярным переносом влаги с фильтрующимся воздухом и т.п.

Прежде чем говорить о каких-то требованиях, результатах испытаний и рекомендациях, представляется целесообразным коротко остановиться на физической сути влажностных процессов, протекающих в узлах примыканий оконных блоков к стеновым проемам.

Монтажные швы являются частью ограждающих конструкций, разделяющих две среды с различными параметрами воздуха (температурой, влажностью), и граничат с материалами наружной стены и оконной коробки.

В холодный период года влагосодержание наружного воздуха намного меньше, чем внутреннего (парциальное давление водяного пара наружного воздуха существенно меньше парциального давления воздуха в помещении), вследствие чего молекулы водяного пара стремятся проникнуть из воздуха помещения через любое ограждение — кирпичную стену, монтажный шов, оконный блок и т.п. — наружу. Процесс переноса молекул водяного пара через конструкцию и называют диффузией водяного пара или паропроницанием. Если на пути этих молекул расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию, то возможность перемещения потока молекул водяного пара через конструкцию в целом будет ограничена. При этом в многослойных конструкциях немаловажно, как будут располагаться отдельные слои. Если с внутренней стороны расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию (пароизоляционный слой), за ним с меньшим, а за ним с еще меньшим, то молекулы водяного пара, с трудом «протиснувшиеся» через пароизоляцию и попавшие внутрь конструкции, с легкостью пройдут дальше и покинут конструкцию без образования в ее толще конденсата (не говоря уже о влагонакоплении). Аналогию можно провести с турникетом у стадиона — сложно протиснуться в узкую калитку, дальше — по широкому коридору двигаться проще, а уж на площади за коридором движение еще свободнее. И соответственно, скопления при такой схеме движения хоть влаги, хоть людей происходить в принципе не может.

Иное дело, если за слоем с относительно небольшим сопротивлением паропроницанию располагается слой с большим сопротивлением. В этом случае не исключено, что молекулы водяного пара, проникшие через первый слой, начнут «скапливаться» у поверхности второго слоя. И если температура у этого слоя низкая, то водяной пар будет собираться в капли (конденсироваться) или замерзать в виде инея или изморози.

Конечно же, представленная схема несколько условна, поскольку на рассмотренные процессы оказывает влияние и сорбционная способность материала (способность «поглощать» молекулы водяного пара), и температурный режим ограждения, и ряд других факторов. Но в целом картина приблизительна такова.

Необходимо отметить еще и то, что реальные процессы происходят не в одномерном пространстве. При рассмотрении узла примыкания в двухмерном виде сразу возникает вопрос, а как в этом случае и куда будут перемещаться те молекулы, которые попали внутрь монтажного шва. Ответ очевиден — по всем возможным направлениям, но, прежде всего, — по пути наименьшего сопротивления. Если монтажный шов с наружной стороны закрыт материалом с небольшим сопротивлением паропроницанию, например, паропроницаемой саморасширяющейся лентой, то, прежде всего, — через этот слой.

Принцип конструирования — «изнутри плотнее, чем снаружи» — и был положен в основу требований ГОСТ 30971, как вариант, гарантированно обеспечивающий сухую эксплуатацию монтажных швов независимо от климатических условий регионов РФ и назначения помещений. В полной мере реализация этого принципа обеспечивается системой монтажа с применением пароизоляционных и паропроницаемых саморасширяющихся лент.

В качестве примера в таблице 1 приведены сопротивления паропроницанию некоторых строительных материалов и тонких слоев пароизоляции. Из таблицы видно, что некоторые облицовочные материалы вполне могут выполнять функции пароизоляции.

Но что будет, если с наружной стороны угловой монтажный шов закрыт слоем с большим сопротивлением паропроницанию, например, уголком из ПВХ или силиконовым герметиком? Будет ли происходить образование конденсата в монтажном шве и его накопление в течение года? И опять же, исходя из принципа «изнутри плотнее, чем снаружи» — если монтажный шов граничит с четвертью стены из кирпича или газобетона, имеющих сопротивление паропроницанию менее, чем предыдущие слои, то без всяких расчетов можно утверждать, что и в этом случае конденсации водяного пара в толще монтажного шва происходить не будет.

Иное дело, если четверть выполнена из бетона, металла или какого-то другого материала с большим сопротивлением паропроницанию. В этом случае необходима проверка расчетом влажностного режима данной конструкции с учетом климатических условий района строительства и влажностного режима эксплуатации помещения. Что, в общем-то, и прописано в ГОСТ 30971 «…. Требования к пароизоляции монтажных швов и их значения устанавливают в проектной и конструкторской документации на конкретные строительные объекты…».

Другой аспект влажностного режима — влияние на монтажный шов материала примыкающей стены и необходимости дополнительной изоляция пенного утеплителя от стены. В этой связи можно вспомнить классическую установку деревянных оконных и дверных блоков с устройством гидроизоляции по периметру оконной коробки из ру6бероида или обмазки горячим битумом.

Необходимо подчеркнуть, что в этом случае физика процессов уже несколько иная и обусловлена миграцией влаги в жидком виде.

В таблице 2 приведены результаты сравнительных испытаний некоторых строительных материалов по показателю «водопоглощение» при частичном погружении образцов за 24 часа (по методике ГОСТ 17177-94). Анализ результатов показывает, что объемное водопоглощение (этот показатель наиболее полно характеризует количество поглощенной воды) цементно-песчаного раствора составляет 20%, древесины 16,7%, в то время как монтажной пены с поверхностной корочкой 0,1 %, со срезанной корочкой 0,2%. Конечно же, результаты могут изменяться в зависимости от размеров образцов, вида материала, завода-изготовителя и пр. Но даже сопоставление массы влаги, поглощенной образцами (древесина — 49 г, монтажная пена — 0,5–0,8 г), убедительно свидетельствует о незначительном водопоглощении монтажных пен, как с поверхностной корочкой, так и без нее.

Таким образом, если в толще кирпичной кладки будет иметь место выпадение конденсата и появление влаги в жидком виде (что в определенных пределах допускается СНиП), то при заполнении монтажного шва монтажной пеной — материалом с закрытой структурой пор и незначительным водопоглощением, ни о каком влиянии стены на влажностный режим монтажного шва говорить не стоит. И, следовательно, защищать монтажный шов от стены не требуется, даже в увлажненных конструкциях.

Что же касается поверхностной корочки монтажной пены, то надо отметить, что она образуется в результате слипания стенок отдельных пузырьков пены в виде поверхностной пленки и какими-то особыми свойствами не обладает. Срезание корочки приводит к раскрытию ряда пор, попавших в срез, вследствие чего несколько уменьшается сопротивление паропроницанию (см. табл. 1) и увеличивается поверхностное водопоглощение. В этой связи запрет на срезание корочки с наружной стороны монтажных швов представляется необоснованным.

Гораздо более существенное влияние на влажностный и температурный режим узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам может оказать фильтрация воздуха, возникающая вследствие негерметичности стыков на отдельных участках. Инфильтрация воздуха (движение воздуха снаружи внутрь помещения через неплотности монтажного шва, либо через швы кладки), может приводить к локальному охлаждение участков стены или оконной коробки холодным воздухом, и, как следствие, — появлению конденсата, инея или наледей. Образование инея или наледей на поверхности оконных откосов, как правило, свидетельствует о наличии подобного рода дефектов.

При эксфильтрации воздуха (движение воздуха из помещения — наружу, что может происходить на верхних этажах или на заветренной стороне зданий), водяной пар, содержащийся в воздухе помещений, попадает внутрь монтажного шва и конденсируется на холодных поверхностях или в толще утеплителя. Этот процесс может наблюдаться и при попадании воздуха из помещения под облицовку оконных откосов или под слой утеплителя. При этом увлажнение конструкций может быть на несколько порядков большим, чем за счет диффузии водяного пара, и приводить к увлажнению как материала стены, утепляющего слоя, так и отделки откосов.

В этой связи узлы примыканий оконных блоков к стеновым проемам должны выполняться максимально герметичными и исключать возможность попадания воздуха из помещения в пространство монтажного шва или под облицовку оконных откосов.

Особенности температурного режима оконных блоков в узлах примыкания к подоконнику

Узел сопряжения оконной коробки с подоконником и оконным сливом является одним из самых слабых в теплотехническом отношении. При заведении оконного слива в фальц оконной коробки, и особенно при использовании одно- или двухкамерного подставочного профиля, обеспечить температуру внутренней поверхности в месте сопряжения подоконника из ПВХ с оконной коробкой выше температуры точки росы, как правило, не удается. Особенно в районах Северной климатической зоны. И это даже теоретически, не принимая во внимание возможную инфильтрацию воздуха через примыкание подоконника к оконной коробке и подставочному профилю. Ситуация усугубляется еще и тем, что данный узел находится в условиях пониженной температуры внутреннего воздуха — в зоне ниспадающей конвективной струи воздуха вдоль оконного блока.

Пути повышения теплотехнической надежности данного узла:

применение широких оконных коробок;

вынос пены под подоконный слив (утепление снаружи);

— прокладка герметизирующей ленты или шнура между подставочным профилем и оконной коробкой;

— применение подоконников из теплопроводных материалов, например мрамора или бетона (за счет подвода тепла к узлу сопряжения).

В любом случае, при использовании подоконников из ПВХ, нижний узел требует проведения расчета температурного режима.

1. Одной из основных причин нарушения температурного режима узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам, проявляющегося в выпадении конденсата, являются повышенные потери тепла через неутепленные оконные откосы — в обход монтажных швов. Для исключения выпадения конденсата на оконных откосах необходимо:

в однослойных стенах, а также в многослойных стенах с жесткими связями производить утепление оконных откосов термовкладышами из эффективных утеплителей;

в многослойных стенах с эффективным утеплителем и гибкими связями — размещать оконный блок в толще утеплителя на уровне наружной поверхности внутреннего несущего слоя стены;

в стенах с фасадной теплоизоляцией — выполнять утепление четвертей с наружной стороны стены.

По материалам сайта: http://journal.okna.bz