Сопротивление теплопередаче стеклопакета окон: от чего зависит и как влияет на теплопроводимость

Энергосберегающие свойства оконных систем остаются крайне важными характеристиками для большинства российских регионов. Окна, обладающие нужными качествами, помогают своим хозяевам экономить средства, а сопротивление теплопередаче стеклопакетов окон – параметр, по которому можно судить о способности конструкции сохранять комфортный микроклимат в доме. Разбираемся, как подобрать стеклопакет по коэффициенту сопротивления теплопередаче и что влияет на эту величину.

Что дает пристальный взгляд через тепловизор

Взгляд через тепловизор (он же прибор ночного видения) на любую недвижимость открывает любопытную картину в инфракрасном диапазоне. Изображение на экране демонстрирует теплопроводящие свойства конструкций дома. Чем они выше, тем ярче выглядит тот или иной элемент.

Самые «холодные» участи окрашены в синий цвет, «горячие» светятся желто-оранжевым. В процентном соотношении проводящие свойства имеют следующий вид:

• Через стены рассеивается 30 % тепловой энергии.
• Через потолок и кровлю теряется меньше: 14 %.
• Наименьшая часть, 12 %, приходится на пол (фундамент). Тепловизор этого не показывает; это результат расчетов.
• Самой высокой теплопроводностью обладают оконные системы: 44 %.

Инженеры проанализировали проводящие свойства окон и выяснили, что они складываются из трех составляющих:

• 30 % – сумма двух процессов. Во-первых, это конвенция, результат движения потоков воздуха внутри стеклянного блока. Во-вторых, это теплопередача (перенос тепла) по пластику рамы.
• 70 % – тепловое излучение в инфракрасном спектре через стекло.

Теплопроводность – физическое свойство материалов; отменить законы физики невозможно, но ее уровень можно свести к минимуму. При взгляде на эти цифры становится понятно, что стеклопакет внесет максимальный вклад в поддержание комфортной температуры зимой. Улучшенное тепловое сопротивление стеклопакета особенно важно для жилья с индивидуальным отоплением; оно позволяет заметно экономить, хотя при покупке требует большего вложения.

Как связана теплопроводность и тепловое сопротивление

Теплопроводность (а через нее и тепловые потери) определяется двумя факторами; она зависит:

• От разницы температур в помещении и за окном. Чем больше разница, тем интенсивнее проводится тепло.
• От теплозащитных характеристик элементов конструкции. Чем выше теплозащита, тем хуже проводится тепловая энергия.

Другими словами, стена или окно способно сопротивляться передаче тепла. Поэтому в России для оценки теплозащитных свойств используется характеристика, называемая коэффициентом сопротивления теплопередаче (КСТ). Выходит, что, чем больше сопротивление теплопередаче, тем более теплым будет окно. Интересно, что в Европе для оценки «теплоты» оконного блока используют обратную (противоположно направленную) величину – коэффициент теплопередачи.

Чтобы выбрать максимально «теплое» окно, надо понимать, чем определяется эта величина. Сопротивление теплопередаче описывается соотношением:

R = ΔT / q, где

• R – это КСТ; исходя из соотношения имеет размерность (м²×°C)/Вт.
• ΔT – разница температур за окном и в помещении, °C.
• q – количество тепла, проходящее через квадратный метр ограждающей поверхности, Вт/м².

Формула показывает, какое количество тепла (измеряется в ваттах) проходит через единицу площади при заданной разнице температур. Соотношение можно интерпретировать по-другому: какой температурный перепад появляется при прохождении через квадратный метр данного количества тепла.

Формула позволяет узнать, в какую сумму обойдется тепло, проходящее в морозный период (только через стекло, без учета стен и других поверхностей). Лучшее сопротивление теплопередаче остекления составляет R=0,8. На идеально утепленной лоджии с остеклением площадью 10 квадратов и при разнице температур —20/+20°C через стекло будет уходить порядка 0,5 кВт/ч. В разгар зимы за месяц выйдет 360 кВт.

О чем сообщает и от чего зависит КСТ

Таким образом, КСТ любого материала – это контрольная характеристика с ясным физическим смыслом. Он показывает, какое количество тепла проходит через квадратный метр поверхности при разнице температур в один градус (по разные стороны конструкции). КСТ логически связан с понятием теплопотери стеклопакетов; таблица с этими показателями может применяться при оценке окон.

На практике по коэффициенту удобно судить о способности сопротивляться передаче тепла и, значит, экономить энергию. Из формулы следует, что, чем больше коэффициент, тем лучше, тем выше будет экономия на отоплении в холодную пору и на кондиционировании в жару.

Вдумчивый хозяин, выбирая ПВХ-изделия, обязательно заинтересуется, от чего зависит такой важный параметр, как сопротивление теплопередаче стеклопакета и пластикового окна. КСТ зависит от следующих факторов:

• В значительной мере – от сложности профильной системы. Толщина профилей имеет строго определенные значения (в пределах от 58 до 90 мм). Зависимость прямо пропорциональная: чем толще профиль, тем теплее окно.
• Большое значение имеет устройство стеклопакета. Разницу между одно- и двухкамерным стеклопакетом проще всего увидеть на стендовой модели окна в разрезе.

В любом стеклопакете имеется два или три стекла, скрепленных дистанционными, пластиковыми или алюминиевыми рамками; блок стекол герметизируется по контуру.

Два стекла образуют одну камеру (в однокамерном стеклопакете), из трех стекло складывается двухкамерная модель.

Дополнительные пути увеличения КСТ

Устройство стеклоблоков выглядит простым, но оно значительно влияет на способность оконной системы сопротивляться теплопередаче. Оконный блок создается герметичным, но внутри остается совсем не вакуум. Вариантов заполнения два: воздух с минимальной влажностью или инертный газ (аргон, ксенон, криптон).

Закачивание в камеру инертных газов предпочтительнее в силу их меньшей теплопроводности. Если теплопроводность воздуха составляет 0,022 Вт/(м·К), то у аргона, при сходных условиях – 0,0164 Вт/(м·К). То есть, аргон проводит тепло хуже воздуха вследствие более низкой конвекции, а, значит, и тепло удерживает лучше.

Теплопроводность оконного блока, наполненного инертным газом, снижается на 15-20 %, если сравнивать с воздушным наполнением. Интуитивно понятно, что теплопроводность двухкамерного стеклопакета будет снижена по сравнению с однокамерным аналогом.

Существует еще один способ улучшить КСТ – использование энергоэффективных (магнетронных) стекол со специальным покрытием. На стекло вакуумным методом наносится один или несколько слоев оксидов металлов. Магнетронное напыление очень тонкое, не превышает нескольких микрон.

В качестве напыления используется, например, оксид серебра или титана. Пленка не видна невооруженным глазом, но она улучшает теплотехнические характеристики ПВХ-окна тем, что экранирует часть инфракрасного излучения, задерживая его внутри.

Связь КСТ и конструктивных особенностей ПВХ-окон

Коэффициент сопротивления теплопередаче зависит от всех материалов, из которых изготовлено окно. Основные элементы – стеклопакет и переплет (рама). Так как на остекление приходится 70-80 % площади ПВХ-конструкции, усилия компаний-производителей в основном сосредоточены на улучшении характеристик стеклопакета. Но определенные разработки касаются и профилей

В расчетах учитывают и материал, из которого изготовлен переплет. Понятно, что влияние рамы на теплотехнические характеристики существенно меньше. Если посчитать суммарную площадь рамы, импоста и створок, то она не превышает 20-30 %.

Некоторые конструктивные изменения способны заметно улучшить окна ПВХ и сопротивление теплопередаче. Среди дополнительных мер, помогающих сделать окно теплее, выделяется использование специальной дистанционной рамки (ее еще называют «теплый край»).

Дистанционная (распорная) рамка нужна для отделения стекол в стеклопакете друг от друга. Она задает определенное расстояние и определяет толщину теплоизолирующего воздушного (или газового) слоя. У распорной рамки имеются ограничения по оптимальной толщине. Например, в однокамерном стеклопакете это 16 мм; если толщину увеличить, возрастают конвекционные потери.

Стандартные дистанционные рамки изготавливаются из алюминия и его сплавов. Если заменить алюминиевую рамку на композитную, можно повысить коэффициент и сделать стеклопакет более теплым. Если вы хотите дополнительно утеплить конструкцию при помощи композитной рамки, эту опцию нужно оговорить во время заказа ПВХ-окон. Если окна готовы, заменить рамку не получится.

Следующий пример поможет понять, как улучшение характеристик окна может повысить КСТ:

• Для сравнения: расчетный коэффициент двухкамерного стеклопакета составляет 0,44; у окна с деревянной рамой он достигает 0,7.

• Если для улучшения теплотехнических параметров выбрана энергосберегающая конструкция, то коэффициент увеличивается. У однокамерного стеклопакета он возрастает до 0,58, у двухкамерного аналога – до 0,72, то есть, превосходит деревянную конструкцию.
• Основные характеристики ПВХ-окон фиксируются в документах ГОСТ. Изготовители оконных конструкций могут их увеличивать или занижать по своему усмотрению. При заказе окон нужно сравнивать показатели стеклоблоков по таблице теплопроводности стеклопакетов; сравнительная таблица КСТ поможет сориентироваться и выбрать подходящий результат.

Расчет класса сопротивления теплопередаче

Класс сопротивления теплопередаче (СТ) рассчитывается на основании классификации оконных конструкций по этому признаку. Существует 8 классов светопрозрачных конструкций по СТ, перечисленных в ГОСТ 23166 (редакция 1999 г.).

Классификация используется при выборе оконных конструкций для различных климатических условий, а также типов сооружений. Требуемый класс СТ рассчитывают по формуле, в которой учитывают такую величину, как норма по градусо-суткам отопительного периода (ГСОП).Градусо-сутки высчитываются по следующему методу:

• Находят разность температуры воздуха в помещении и средней температуры уличного воздуха (за отопительный период). В учет входит температура самой холодной пятидневки.
• Умножают полученную разность на продолжительность отопительного периода.

Продолжительностью отопительного сезона значительно отличается в разных регионах России, значение ГСОП также распределяется в широком диапазоне. В южных регионах ГСОП не превышает 3 тыс. ГСОП, в Москве ГСОП составляет приблизительно 5,5 тыс. ГСОП, на севере – 8 тыс. ГСОП. Понятием ГСОП пользуются во многих странах.

О требованиях строительных норм

Существует нормирование по типам зданий; оно регламентируется стандартом СП 50.13330.2012. Стандарт учитывает сопротивление теплопередаче с оглядкой на назначение помещения. Однако нормативы все чаще становятся объектом дискуссии.

Дело в том, что эти нормы вступают в конфликт с новой редакцией федеральных стандартов СП 131.13330.2012 («Строительная климатология»). Федеральные нормы изменились после того, как учеными было зафиксировано потепление климата во многих российских регионах.

Поэтому сложилась ситуация, когда, например, в Москве действуют три вида по сопротивлению теплопередаче для оконных конструкций в жилых домах:

• Нормативный коэффициент: 0,49 м²°С/Вт.
• Федеральные нормы до изменения: 0,52 м²°С/Вт.
• Территориальные нормы (МГСН): 0,54 м²°С/Вт.

Иногда при проектировании или энергомодернизации дома производители рекомендуют использовать завышенные показатели КСТ, мотивируя это необходимостью улучшения теплозащитных свойств жилья. Так, в Московском регионе могут предложить окна с показателем 0,75, а для достижения оптимального результата – 0,85-0,9, что приводит к удорожанию оконных блоков. При этом эффект будет ощутимым, только, если постройка уже утеплена надлежащим образом.

Таблица: наглядно о конструкции окон

КСТ – удобный показатель для сравнения характеристик стеклопакетов. Для наглядности параметры разных моделей оконных систем объединяются в таблицу, где основным критерием служит сопротивление теплопередаче стеклопакетов окон ПВХ: таблица позволяет сравнить эффективность стеклопакетов по разным признакам.

Производители составляют подобные таблицы для своей продукции. Ориентироваться по такой таблице просто: чем ближе коэффициент к единице, тем лучше стеклопакет «держит» тепло. Наиболее востребованные типы стеклопакетов выделяются цветом, а в таблице, кроме КСТ, прописывается формула стеклопакета (краткая запись характеристик модели).

Существуют таблицы с более подробным описанием, включающие, например, следующие данные:

• Материал переплета окна. Алюминий, дерево или ПВХ. У двух последних КСТ нередко совпадает.
• Заполнение светового проема. Расписываются данные для одно- и двухкамерных стеклопакетов в разной сборке.

Иногда составляют таблицы зависимости КСТ от расстояния между стеклами. Они особенно наглядны для однокамерных стеклопакетов с воздушным заполнением. По таблице видно, что нецелесообразно увеличивать расстояние между стеклами свыше 16 мм, так как коэффициент остается на значении 0,36.

Бывает, что от окна тянет холодом, хотя окно не виновато, а дело в холодном стеклопакете. Решение проблемы кроется в замене простого стеклопакета на энергосберегающий. Коэффициент теплопроводности стеклопакетов и окон ПВХ в таблице покажет, что лучшим решением станет вариант с И-стеклом. Низкоэмиссионное стекло (И-стекло) дополняется многослойным напыленным покрытием (в том числе и серебром).

Напыление нанесено так, чтобы отражать тепловое излучение внутрь помещения в отопительный период, отчего в комнате становится теплее. Летом такое окно задерживает солнечное излучение, сохраняя прохладу в доме. Если заглянуть в таблицу, то можно увидеть, что в стеклопакете с формулой 4-6-И4 коэффициент возрастает почти на треть по сравнению со стандартным вариантом 4-6-4.

Для профильных систем КСТ также является табличной величиной. Коэффициент сопротивления теплопередаче связывается с такими параметрами профиля, как монтажная ширина и число воздушных камер; иногда с толщиной стенок.

Как выбирают изделия: мифы о КСТ

Пластиковые окна разнообразны по своим характеристикам, и рядовому заказчику сложно разобраться в технической терминологии. На помощь должна была прийти система разделения окон на десять классов: от А1 и А2 до Д1 и Д2 (последний – наилучший).

Но даже такая система мало информативна для рядового заказчика. По ней не так-то просто разобраться, какой класс окон впишется в определенные эксплуатационные и климатические условия.

Поэтому чаще покупателям предлагают альтернативный путь: использование наглядных таблиц теплопроводности стеклопакетов пластиковых окон; таблицы связывают коэффициент сопротивления теплопередаче с характеристиками стеклопакета и профиля. Также можно выбирать оконную систему, руководствуясь разницей температур и продолжительностью отопительного сезона.

Самостоятельно учесть все технические параметры остекления и профильной системы сложно. При подсчетах, подходит ли вам окно по КСТ, можно что-то упустить. Например, часто забывают о возможном перегреве помещения в жару, и экономия в холодное время года «съедается» кондиционированием летом.

Намного продуктивнее обратиться к квалифицированному проектировщику. Он подберет изделие с оптимальными параметрами, и не будет транслировать следующие заблуждения:

• Миф 1. Необходимо выбирать окна с максимальным КСТ. Это не так. Энергоэффективность оконной системы оценивают комплексно, чтобы не нанести урон освещенности помещения. Увеличение коэффициента достигается в основном за счет низкоэмиссионного напыления, а оно снижает уровень освещенности. Чтобы его сохранить, нормы предписывают увеличить площадь остекления, что приведет к увеличению теплопередачи.
• Миф 2. В старых домах необходимо использовать окна с КСТ не ниже заданных нормативно. Такая привязка правомерна в новых домах и в жилом фонде, возведенном после 2000 года. Если отопление в старом доме проектное, можно поставить окна, аналогичные старым по КСТ. Если же отопление «не тянет», нужны более теплые конструкции.

Коротко о главном

Коэффициент сопротивления теплопередаче – величина, характеризующая оконные системы. Он позволяет потребителю ориентироваться в разнообразии предложений и наглядно (в виде таблицы) показывает разницу между различными видами стеклопакетов и профилей.

Каждому хозяину хочется, чтобы его дом был энергоэффективным. Чтобы достичь этого, нужно заказать проект светопрозрачных конструкций с учетом особенностей конкретного объекта и требований по инсоляции и естественной освещенности.

Увеличение КСТ уменьшает плату за отопление. Для этого камеры между стеклами заполняют инертным газом, используют энергосберегающие покрытия и пластиковые рамки.