Впродовж останніх років енергоефективність продовжує бути трендом в Україні.
З кожним роком збільшується кількість енергоефективних матеріалів та технологій, конструкції стін стають більш складними.
Розробка вузлів та монтаж світлопрозорих конструкцій в прорізи таких стін вимагає від проєктних, віконних та інсталяційних компаній додаткових компетенцій та високої кваліфікації персоналу.
Для якісного монтажу світлопрозорих конструкцій та для того, щоб отримати прогнозований результат після інсталяції, необхідно попередньо розробити вузли примикання вікон та дверей до огороджуючих конструкцій, спроєктувати їх, а також побудувати моделі розподілу термополів, зон екстремальних тепловтрат, граничних температур внутрішніх поверхонь та спрогнозувати можливі зони конденсації вологи та утворення колоній плісняви.
У разі виявлення таких ситуацій – мають бути змінені проєктні рішення, та повторно проведені вищеназвані дослідження.
Розробка вузлів примикання вікон та дверей до конструкцій стін має бути обов’язковою частиною проєктної документації. На жаль в Україні в більшості випадків ми стикаємось з протилежною ситуацією.
Фахівці віконних компаній вимушені приймати рішення з улаштування примикань та розміщення віконних конструкцій в прорізі. А це досить часто призводить до грубих помилок, які пов’язані з недостатньою компетенцією персоналу віконних компаній саме в комплексному методі проєктування на рівні будівельної фізики.
На перший план виходить організація взаємодії між інженерним складом інсталяційної віконної компанії, архітекторами, інжиніринговими компаніями із забезпечення параметрів мікроклімату приміщень та будівельною компанією.
Саме в тісній співпраці можна досягти якісного прогнозованого результату монтажу світлопрозорих конструкцій, отримати найкращі показники опору теплопередачі монтажних швів та забезпечити максимальну довговічність функціонування віконних конструкцій.
МЕТА ДОСЛІДЖЕННЯ
Моделювання та проведення теплофізичних розрахунків інстальованих вікон для різних монтажних ситуацій та різних конструкцій стін. А також пошук найбільш оптимальних рішень з точки зору енергоефективності, мікроклімату, комфорту та економічної доцільності.
Враховуючи те, що варіантів конструкцій стін, типів вікон, матеріалів, які використовуються, може бути досить багато, ми обрали найбільш типові для будівельного ринку України монтажні ситуації.
ГРАНИЧНІ УМОВИ
Розрахункові температури прийнято згідно додатку Б, ДБН В.2.6-31:2021 ТЕПЛОВА ІЗОЛЯЦІЯ ТА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ БУДІВЕЛЬ.
Дослідження проведено для 1-ої температурної зони України.
Теплофізичні характеристики будівельних матеріалів та плівкові коефіцієнти тепловіддачі прийнято згідно додатку Б, ДСТУ Б В.2.6-189:2013 «МЕТОДИ ВИБОРУ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ УТЕПЛЕННЯ БУДІВЕЛЬ».
Симуляції термополів проведено за допомогою ПЗ THERM Finite Element Simulator Ver.7.7.10.0.
БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ ТА КОМПЛЕКТАЦІЯ
Для отримання результатів, які дозволять робити висновки про вплив конструкції стін та розміщення вікон в прорізі на теплофізичні характеристики, в розрахунках ми використовували вікно, яке відповідає вимогам ДБН В.2.6.-31:2016 «Теплова ізоляція будівель», за показником опору теплопередачі. А саме вікно, яке виготовлене з профільної системи VEKA Softline 82 зі сталевим армуванням та енергоефективним газонаповненим склопакетом з теплою дистанційною 4LowE - 16ArTd - 4 - 16ArTd - 4LowE.
При проєктуванні та в розрахунках враховані вимоги ДСТУ Б.В.2.6-79:2009 «Шви з’єднувальні місць примикань віконних блоків до конструкцій стін. Загальні технічні вимоги» та ДСТУ- В.2.6-146:2010 «Настанова щодо проєктування й улаштування вікон та дверей».
В рамках однієї роботи неможливо врахувати всі варіанти стінових матеріалів, які поширені в Україні, тому ми зупинилися на одному з популярних сьогодні матеріалів – цегла рядова повнотіла марки М-100. Розглядаємо варіант двошарової стіни з утеплювачем EPS товщиною 150 мм.
Вікно та стіна відповідають вимогам ДБН В.2.6.-31:2016 «Теплова ізоляція будівель» по показнику опору теплопередачі. Rw залежить від конфігурації та розмірів вікна, в середньому можемо прийняти RW=1.1 м2·0С/Вт, опір теплопередачі стіни RΣ=4,8 м2·0С/Вт.
«ЦІЛЬОВА ФУНКЦІЯ» ДОСЛІДЖЕННЯ
Зазвичай, подібні дослідження мають на меті виявлення температурних зон конденсації вологи та сприятливих умов поширення колоній грибкових організмів.
Температуру конденсації прийнято вважати:
+10,70С (θв=+20,00С, φв=55%).
Ідеальною вологістю для виникнення і поширення колоній грибкових організмів є φв=90% (виділено пунктиром).
Але якщо приймати увесь діапазон температур для різних типів призначення будівель [+200С≤θв≤+220С] та нормального вологісного режиму [50%≤φв≤55%] (згідно додатку Б, ДБН В.2.6-31:2021, виділено зеленим) і нанести його на i-d діаграму вологого повітря Рамзіна-Мольє, матимемо наступну картину.
Зносимо екстремальні значення діапазону температур (виколоті точки) вниз до перетину із кривою φв=100% (тобто зони випадіння крапельної вологи) та кривою φв=90% (зони виникнення колоній грибків – показано пунктиром).
Шукані діапазони складуть:
• для зон конденсації вологи [+9,40C≤θв≤+12,60С]
• для зон поширення грибків [+10,80C≤θв≤+14,20С]
УЛАШТУВАННЯ БОКОВИХ УКОСІВ
1. Утеплення внутрішнього укосу недоцільне, та призводить до негативних наслідків, пов’язаних з можливістю випадіння крапельної вологи та утворення плісняви (вузли В.1, В.2);
Процес виникає внаслідок ізоляції XPS укосу, що зупиняє процес теплопоглинання (прогрівання) підповерхневими шарами. Це «підтягує» ізотерми до контактної площини XPS – мурування, тим самим заводячи її в діапазон екстремальних температур. Порівняйте позиції ізотерм +140С - А.1 (нормальне...) і В.3 (ускладнене теплопоглинання).
2. При застосуванні гіпсокартону для улаштування внутрішніх укосів, необхідно виконувати монтаж плит без утворення прошарків повітря, нанесення клеєвої основи має бути по всій площині укосу (вузол С.2).
Ззовні приховані процеси ніяк себе не виявляють, температура на ізольованому укосі (В.1, В.3, С.1) є найнормативнішою! Проте, всередині відбувається волого-накопичення і розвиток колоній грибків – подібно онкології, яку нерідко виявляють коли вже розвинулись «метастази» – прояви на внутрішніх поверхнях стін та укосів.
3. При улаштуванні зовнішніх укосів необхідно забезпечити перекриття віконної рами утеплювачем не менше ніж половина її товщини вузла (А1, В3, С1, С2).
Від'ємна температура на несучих конструкціях (С.3) призводить до циклічних знакозмінних термічних процесів. Волога, яка є у порах матеріалу замерзає і, як відомо, розширюючись – руйнує поверхневу структуру стіни, тим самим відкриваючи шлях проникненню вологи далі – і цей процес циклічно повторюється.
Ситуація що виключає можливість утворення вологи та колоній плісняви (вузли А1, А2, С2):
• зовнішній укіс перекриває більше половини віконної рами;
• внутрішній укіс штукатурений, або змонтований з гіпсокартону, без утворення прошарків повітря.
УЛАШТУВАННЯ НИЖНЬОГО ВУЗЛА ПРИМИКАННЯ:
Використання вузького «транспортувального» підставочного профілю однозначно призводить до негативних наслідків (вузол D.1);
Використання одного теплого підставочного профілю, при екстремальних температурах, зона можливого утворення плісняви надто близько знаходиться і при неправильній герметизації може призвести до негативних наслідків (вузол D.2).
Негативні процеси відсутні (вузол D.3):
• застосування двох теплих підставочних профілів VSThermo;
• підставочний профіль VSThermo з максимально можливою монтажною шириною, яку дозволяє монтажна ширина віконної рами.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
Конструювання та симуляція вузлів примикання віконних конструкцій до стін – важливий та невід'ємний етап на стадії архітектурного проєктування нового будівництва та розробки рекомендацій та рішень з термомодернізації існуючого житлового фонду та громадських будівель.
Якщо ж говорити про те, які конструктивні рішення можна віднести до рекомендованих для огороджуючої конструкції nZEB-будівель, то із розглянутих нами, це звичайно - А.1, С.2 і D.3.
У сучасній архітектурі їх в рази більше, але спираючись на наведені дослідження, можна сформулювати декілька принципів, якими бажано користуватись при конструюванні вашого індивідуального вузлу примикання:
INDOOR
• жодними рішеннями не заважати теплопоглинанню внутрішньою площиною непрозорих огороджуючих конструкцій;
OUTDOOR
• забезпечити максимально можливий терморозрив між рамою вікна та несучими конструкціями;
• максимальне перекриття ззовні утеплювачем віконної рами.
