Вперше система для виносного монтажу вікон в шар теплової ізоляції була презентована Асоціацією «Учасників ринку вікон та фасадів» в Україні в 2016 році. З кожним роком такий монтаж СПК набуває популярності.

Наразі, ринок пропонує декілька систем, які забезпечують винос вікна від 30 мм до 230 мм.

Визначити, які оптимальні параметри виносу і в яких випадках їх застосовувати – є метою сьогоднішнього дослідження.

Значне збільшення вартості енергоресурсів, та реалізація Національного плану дій із збільшення будівель із майже нульовим енергоспоживанням (НСЕБ) суттєво каталізували пошук та запровадження енергозаощадних технологій у будівництві.

Протягом останніх років ми спостерігаємо помітне збільшення товщини шару теплової ізоляції непрозорих огороджуючих конструкцій (далі ОК), що помітно випереджає СПК за показником опору теплопередачі. Традиційно, «найслабкішим» місцем за тепловтратами є монтажний шов, що вимагає нових підходів, як до самих віконних конструкцій, так і до їх проєктування та монтажу.

Винос вікна в зону утеплювача став симетричною відповіддю будівельних технологій на нові запити щодо енергоефективності оболонки будинку.

Набувають актуальності питання раціонального вибору системи виносного монтажу, геометричних параметрів виносу, їх залежності від товщини шару теплової ізоляції, та вплив цих заходів на енергоефективність будівель і споруд.

При виборі оптимального розміщення вікна в шарі теплової ізоляції необхідно враховувати декілька чинників:

• лінійний коефіцієнт теплопередачі монтажного шва (ψ);

• температуру внутрішньої поверхні (Θsi) зони шву і температурний фактор (fRsi);

• вартість реалізації.

В попередніх дослідженнях ми розміщували вікно виключно в зовнішній площині ядра ОК, знайшли оптимальне рішення з точки зору комфорту, та завершили на тому, що для можливості рекомендувати такі вузли для оболонки НСЕБ потрібен аналіз енерговтрат через монтажний вузол.

МЕТА ДОСЛІДЖЕНЬ

1.Встановити залежність значення лінійного коефіцієнту теплопередачі монтажного шва (ψ) та температуру внутрішньої поверхні (Θsi) зони шву від величини виносу (δ1) вікна в шар теплової ізоляції та товщини шару теплової ізоляції (δ);

2.Знайти оптимальне значення для δ1 та δ.

ГРАНИЧНІ УМОВИ

Дослідження проведено для 1-ї температурної зони України.

Розрахункові температури та плівкові коефіцієнти теплопередачі (αв, αз) прийнято згідно:
ДБН В.2.6-31:2016 Теплова ізоляція будівель;
ДСТУ ISO 10211-1:2005 Теплопровідні включення в будівельних конструкціях.

Теплофізичні характеристики будівельних матеріалів прийнято згідно:
ДСТУ Б В.2.6-189:2013 Методи вибору теплоізоляційного матеріалу для утеплення будівель;
EN ISO 10456:2007 Building materials and products.;
Європейські протоколи випробувань матеріалів, якими закомплектовано монтажні вузли.

Симуляції термополів та розрахунок теплофізичних параметрів проведено за допомогою ПЗ
FLIXO© by infomind, ver.8.

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 одностулкове вікно 1,23х1,48 м, виготовлене з профільної системи KÖMMERLING 76 MD від компанії Profine (Німеччина), що відповідає вимозі ДБН В.2.6.-31:2016 «Теплова ізоляція будівель», за показником опору теплопередачі:
(RW=1,0 м2·0С/Вт ≥ [Rq min=0,75 м2·0С/Вт]), зі сталевим армуванням та енергоефективним газонаповненим склопакетом з теплою дистанційною рамкою 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 не можливо 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 GRAPHITE товщиною 150, 200 та 250 мм.

ПЛАН ЕКСПЕРИМЕНТУ

Для статистичної вибірки були зроблені симуляції та розраховано лінійний коефіцієнт теплопередачі монтажного шву ψ і температуру внутрішньої поверхні (Θsi) зони шву для наступних товщин теплоізоляції ОК: 250, 200 та 150 мм.

Діапазон виносу (δ1) СПК варіювався в межах від δ1=0 до значення, за якого δ2=20 мм (перекриття утеплювачем зовні віконної рами).

Крок ітерацій було прийнято за розмірною сіткою стандартних виносів систем виносного монтажу (присутніх на ринку України), за умови, що розрив між сусідніми ітераціями складає не більше 30 мм – в протилежному випадку додавались проміжні точки виносу.

ВЕРХНІЙ МОНТАЖНИЙ ВУЗОЛ

Аналізуючи криві ψ=f(δ1), бачимо, що ординати (δ1) екстремумів функції (мінімумів) зростають із зростанням товщини утеплювача і, беручи до уваги всі три вузли при одній товщині утеплювача – мають приблизно однакове значення. Проте, оптимальною зоною для виносу слід вважати не тільки екстремуми, а весь діапазон від'ємних значень ψ (для верхнього та бічного вузлів), де, фактично, зникає вплив лінійного теплопровідного включення (монтажного шву СПК) та зону виродження у горизонтальні криві, майже const (для нижнього вузлу).

Для функції Θsi=f(δ1) картина інша: незалежно від величини виносу та товщини утеплювача, максимум температур отримується при виносі δ1=50..60 мм. Слід зазначити, що за показником температури поверхні теж є певний діапазон допустимих значень, який обмежує критична температура ймовірності утворення колоній грибків (Θsi=12,60С, за Θв=200С і φв=50%) – це лише діапазон виносів, поза зоною ψ<0, яка не є оптимальною.

• Висновок.

ДЛЯ ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ КЛАСУ А НЕОБХІДНИМ І ДОСТАТНІМ МОЖНА ВВАЖАТИ ТАКЕ ЗНАЧЕННЯ ВИНОСУ, ЯКЕ ВИКЛЮЧАЄ МОЖЛИВІСТЬ ТЕПЛООБМІНУ МІЖ ВИСОКО-ТЕПЛОПРОВІДНИМИ МАТЕРІАЛАМИ (наприклад, рама СПК і ядро непрозорої огороджуючої конструкції).
ТОБТО, ЗНАЧЕННЯ ВИНОСУ МАЄ БУТИ РІВНЕ АБО БІЛЬШЕ МОНТАЖНІЙ ШИРИНІ РАМИ СПК.

Що і демонструє характер кривих – при значенні виносу 75...80 мм ми спостерігаємо зони зламу і припинення різкого зниження показника ψ.

БІЧНИЙ МОНТАЖНИЙ ВУЗОЛ

Корисне для архітекторів та проєктантів
Доволі чітка і однозначна дорожня карта позиціонування СПК у прорізі. Слід відмітити, що отримані дані надають проєктанту доволі широкий діапазон варіювання виносу для кожної товщини утеплення (і як наслідок – певну творчу свободу в об'ємно-планувальних рішеннях будівель) – в межах коли криві перетинають значення "0" і показник ψ знаходиться у від'ємній зоні.

За цих умов зникає дія лінійного теплопровідного включення (монтажного шву СПК) для верхнього і бічних укосів, а для нижнього вузлу лишається майже const в зоні найоптимальніших значень. При цьому діапазон температур Θsi знаходиться у допустимому полі.

Корисне для Енергоаудиторів та розробників нормативної документації
Подача коефіцієнту ψ у вигляді пучків кривих для кожного набору товщин утеплювача, типу ОК та матеріалів має набагато зручніше використання в практичній діяльності – наприклад при розрахунку RΣпр, в порівнянні із таблицею дискретних значень (Додаток Г, ДСТУ Б В.2.6-189:2013 Методи вибору теплоізоляційного матеріалу для утеплення будівель).

Таким чином є можливість уникати інтерполяції/есктраполяції при обчисленні нетабличних значень, що часто зустрічається при розробці проєктів термомодернізації існуючого фонду, із нестандартними огороджуючими конструкціями.

Автори статті звертаються за допомогою видання до державних інституцій, які обтяжені розробкою нормативної документації (передусім НДІБК) розглянути можливість заміни табличних даних на діаграми ψ-δ (зокрема, у ДСТУ Б В.2.6-189, нова редакція якого наразі в прогресі).

НИЖНІЙ МОНТАЖНИЙ ВУЗОЛ

ЯК МИ МОЖЕМО ВИКОРИСТАТИ ОТРИМАНІ ДАНІ?

По-перше, отримавши результати нашого дослідження, проєктанти та фахівці віконних компаній можуть приймати більш обґрунтоване рішення з виносу вікна в зону утеплювача.

По-друге, отримавши значення ψ монтажного шва для даної профільної системи, в кожній конкретній монтажній ситуації ми можемо зробити розрахунок Uw, install (Uw, Einbau Нім.).

Зробимо такий розрахунок для однієї типової конструкції. Візьмемо вікно, одностулкове розміром 1230х1480 мм, виготовлене з профільної системи Kömmerling 76MD (Uf = 1,1 Вт/м2К), з двокамерним склопакетом 44 мм з енергозберігаючим склом та заповненим аргоном (Ug = 0,6 Вт/м2К); та теплою дистанційною рамкою TGI spacer M (Psig = 0,038 Вт/мК). Маючи ці дані та відповідні розміри по ∑Af, ∑Ag, ∑Lg ми можемо зробити розрахунок Uw, згідно формули 1 з ДСТУ Б EN ISO 10077-1:2016:

Підставивши дані у формули ми отримали результат, що Uw = 0,86 Вт/м2К, але це дані тільки по самій конструкції без врахування монтажного шва та місця розташування вікна у площині огороджувальної конструкції.

Щоб розрахувати Uw, install (Uw, Einbau Нім.), ми можемо скористатися формулою (3) зазначеною у Директиві ift WA-15/2 від 01.02.2011 р.:

Якщо, значення ψEinbau має різні показники в залежності від місця примикання (верх, низ, бокове), то беремо відповідні значення та довжини монтажного шва.

Для порівняння візьмемо два приклади: перший варіант без виносу вікно встановлено по краю цегляного мурування з утепленням 200 мм, а другий варіант візьмемо один з найбільш розповсюджуваних – утеплення 200 мм та винос вікна в зону утеплювача на 70 мм. Отже, маємо наступні показники по монтажному шву:

Зробивши розрахунки, ми отримуємо результат вікно без виносу Uw, Einbau =0,98 Вт/м2К, а вікно з виносом на 70 мм Uw, Einbau =0,89 Вт/м2К. Таким чином ми можемо зробити висновок, що теплопередача встановленої конструкції без виносу приблизно на 13% знижує цей показник порівняно з Uw, а якщо ми робимо виносний монтаж то майже не погіршуємо результат порівняно з Uw.

ВИСНОВКИ З ТОЧКИ ЗОРУ ПРАКТИЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ

Беручи до уваги результати досліджень, можемо сформулювати наступні тези, які доцільно враховувати при проєктуванні виносу СПК в шар теплової ізоляції:

1. Оптимальне значення виносу практично не залежить від товщини шару теплової ізоляції;

2. Значення ψ нижнього вузла на порядок гірші від отриманих у бічному і верхньому вузлах, тому при проєктуванні виносу СПК, слід орієнтуватись саме на якість нижнього вузла;

3. Оптимальним і достатнім за теплофізичними та економічними чинниками є розмір виносу, рівний монтажній ширині рами або найближчий більший із стандартної лінійки розмірів систем виносного монтажу. Винос СПК, що виконує дану умову, може бути рекомендованим для оболонки НСЕБ;

4. Ізотерми +9,30С (конденсація) та +12,60С (грибок) за монтажу СПК БЕЗ ВИНОСУ! "зрізають" кут ядра огороджуючої конструкції, що з високою вірогідністю може призвести до надлишкового вологонакопичення як матеріалу стіни так і утеплювача, та як наслідок, суттєвого підвищення їх теплопровідності λ та падіння опору теплопередачі R огороджуючої конструкції.

АВТОРСЬКИЙ КОЛЕКТИВ 

 Оконные Технологии® № 83 (2021)