О выборе площади и типа заполнений световых проемов

Примером этому могут быть в Москве здания институтов Гидропроект, Гипровуз (см. фото 1) и др. И в то время было трудно запроектировать здания с умеренным остеклением (фото 2). В настоящее время, например, в Москве, Подмосковье, на Урале продолжается проектирование и строительство жилых и общественных зданий с повышенным коэффициентом остекленности (отношение площади световых проемов помещений к площади их пола), достигающим 50 % и более, по предложению архитекторов или желанию самих заказчиков.

В одних случаях в спальнях, кабинетах, гостиничных номерах окна предусматриваются на всю высоту помещения, от пола до потолка. При этом заказчик требует поддерживать в помещениях в холодный период года (в гостиной, спальне, кабинете) температуру не менее 22–24 °C и относительную влажность в пределах 40–50 %. В других случаях в едином внутреннем объеме предполагается размещение зимнего сада, в пределах которого требуется поддержание повышенных параметров (температура 26–28 °C и относительная влажность 60–80 %).

Вместе с тем в качестве заполнения световых проемов продолжают применять окна с двойным остеклением в спаренных или раздельных переплетах, хотя, например, в центральных областях согласно требованиям СНиП [1, 2] необходимо применение заполнений световых проемов с тройным остеклением, сопротивление теплопередаче, которых больше приблизительно на 25–30 %.

Тогда как согласно [2, 3, 5] отношение площади световых проемов жилых комнат и кухонь квартир и общежитий к площади их пола должно быть не более 18 %, для общественных — не более 25 %. А для обеспечения естественного освещения отношение площади световых проемов к площади пола в жилых комнатах и кухне должно быть не менее 1:8 или 12,5 %, а для мансардных этажей со световыми проемами в плоскости наклонных ограждающих конструкций — не менее 1:10 или 10 % [3, 4, 5].

Архитектурно-строительные решения и требования заказчика, предусматривающие строительство зданий с повышенным остеклением, во-первых, затрудняют или исключают возможность размещения отопительных приборов вдоль наружных ограждений, прокладки труб системы отопления, воздуховодов и воздухораспределителей для поддержания в помещениях комфортных условий, как в холодный, так и в теплый период года.

В результате приходится прибегать к нетрадиционным, специальным и дорогостоящим техническим решениям (например, комбинированные системы отопления, кондиционирование воздуха, установка конвекторов, встроенных в конструкции пола, которые имеют сравнительно низкие теплотехнические показатели). Во-вторых, в помещении увеличивается площадь приоконной зоны теплового дискомфорта.

В-третьих, в холодный период при повышенной относительной влажности в помещениях происходит конденсация водяных паров на внутренней поверхности окон (сопротивление теплопередаче окон составляет всего лишь 0,38–0,52 Вт/(м² •°С). Окна являются как бы осушителями воздуха. Могут спросить: «Ну и что плохого в этом?». А плохо то, что происходит намокание, увлажнение внутренней поверхности наружных стен, расположенной ниже заполнений, и прилегающего к ним пола со всеми вытекающими отрицательными последствиями (см. фото).

Кроме того, интенсивная конденсация водяных паров на внутренней поверхности значительной площади заполнений световых проемов может привести к заметному снижению давления воздуха в помещении с герметичными окнами и ограждающими и конструкциями по сравнению с атмосферным, что вызывает дополнительную нагрузку на несущие конструкции [6]. Верно, конденсации водяных паров на внутренней поверхности окон можно избежать с помощью обдува внутренней поверхности окон теплым воздухом.

Но тогда потребуется устройство системы вентиляции, постоянно действующей в холодный период года. Значения температуры внутренней поверхности заполнения световых проемов t_вп, при которой начинается конденсация водяных паров на поверхности заполнения, в зависимости от температуры t_в и относительной влажности воздуха φ_в в помещении, можно определить, пользуясь рис. 1, а температуру наружного воздуха t_н, при которой начинается конденсация водяных паров в зависимости от температуры t_в, относительной влажности воздуха в помещении φ_в и сопротивления теплопередаче заполнения световых проемов, можно определить, пользуясь рис. 2.

Если, например, в качестве заполнения световых проемов принять окна с двойным остеклением в деревянных переплетах (сопротивление теплопередаче R_ок его равно 0,4 Вт/(м² •°C), а сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности окна R_в — 0,1 Вт/(м² •°C), то при t_н = –28 °C (расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки для Москвы) и при t_в = 20 °C температура внутренней поверхности заполнения световых проемов t_вп будет равна 5 °C.

При использовании же окон с тройным остеклением в деревянных раздельных переплетах, сопротивление теплопередаче которых равно 0,52 Вт/(м²•°C), температура внутренней поверхности заполнения световых проемов t_вп при тех же значениях t_н и t_в будет равной около 9 °C. При поддержании в помещении относительной влажности, например, равной не менее 50 %, и температуры не менее 20 °C температура внутренней поверхности заполнения световых проемов, при достижении которой начинается конденсация водяных паров, будет равной 9,3 °C.

Следовательно, при указанных параметрах внутреннего воздуха и установке окна с двойным остеклением в деревянных раздельных переплетах конденсация водяных паров на внутренней поверхности окна будет при температуре наружного воздуха, равной –14 °C и ниже. В-четвертых, сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов, согласно требованиямСНиП [1, 2], почти в пять-шесть раз меньше сопротивления теплопередаче наружных стен.

Поэтому при повышенной остекленности здания невозможно добиться эффективного расходования невозобновляемых и возобновляемых ресурсов при эксплуатации дома в соответствии с требованиями СНиП [4, 5]. При оценке энергоэффективности дома по комплексному показателю удельного расхода энергии на его отопление требования норм [2, 4] считаются выполненными, если расчетное значение удельного расхода энергии q для поддержания в доме нормируемых параметров микроклимата и качества воздуха не превышает максимально допустимого нормативного значения, приведенного в табл. 1, 2. Для достижения оптимальных технико-экономических характеристик дома и дальнейшего сокращения удельного расхода энергии на отопление следует предусматривать [4]:

• объемно-планировочные решения архитектуры дома, обеспечивающие улучшение показателей его компактности (отношение общей площади внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций здания к заключенному в них отапливаемому объему), определяемых по [2];
• наиболее рациональную ориентацию дома и его помещений с окнами по отношению к странам света с учетом преобладающих направлений холодного ветра и потоков солнечной радиации;
• применение эффективного инженерного оборудования соответствующего номенклатурного ряда с повышенным КПД;
• утилизацию теплоты отходящего воздуха, сточных вод, использование возобновляемых источников солнечной энергии, ветра и т.д.

Известно же, что большая часть территории России в современных границах относится к Северной строительно-климатической зоне, охватывающей первый климатический район [7], который характеризуется суровой и длительной зимой, обуславливающей максимальную теплозащиту зданий и сооружений от продувания сильными ветрами и повышенной относительной влажности наружного воздуха, особенно в приморских районах, большой продолжительностью отопительного периода при средней суточной температуре наружного воздуха 8 °C (около 7–10 месяцев в году), низкими значениями средней температуры воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 и 0,98 (–30 °C и ниже).

Кроме того, через окна поступает до 200–400 Вт/м² теплоты солнечной радиации, что приводит к перегреву помещений в осенне-весенний и особенно в теплый периоды года при отсутствии соответствующей механической приточно-вытяжной вентиляции и в отдельных случаях кондиционирования воздуха [8]. Поэтому следует предусматривать защиту от солнца и перегрева, которая может быть обеспечена объемно-планировочным решением здания, применением наружной стационарной солнцезащиты, технических приспособлений (устройств) на проемах и окнах, теплоотражающих стекол.

В одно- и двухэтажных зданиях солнцезащиту допускается обеспечивать средствами озеленения [9]. Наконец, стоимость 1 м² заполнения световых проемов (особенно с низкоэмиссионным, селективным стеклом, специальными уплотнителями и заполнением аргоном) больше стоимости соответствующей площади наружной стены, если учесть к тому, например, устройство дополнительно штор, жалюзи и других средств солнцезащиты.

Поэтому капитальные затраты и эксплуатационные расходы увеличиваются с увеличением площади остекленности здания (сверх необходимой исходя из обеспечения требуемой естественной освещенности и инсоляции). К тому же здание с повышенной остекленностью становится менее инерционным, более подверженным влиянию наружного климата.

Из всего сказанного вытекает, что в условиях сурового климата в России:

• повышенная площадь заполнения световых проемов в жилых и общественных зданиях нецелесообразна и требует специального обоснования; к тому же, при повышенном остеклении представляется неоправданным добиваться сопротивления теплопередаче наружной стены из условия энергосбережения;
• в холодный период года в помещении необходимо поддерживать минимально допустимую относительную влажность воздуха.