Влияние «теплого торца» стеклопакета на теплозащитные качества окон

Л.Ф. Черных, к.т.н., с.н.с., руководитель отдела строительной теплофизики,
П.А. Дац, инженер.

Одним из элементов окна, влияющим на его теплоизолирующие свойства, является дистанционная рамка. Дистанционная рамка — это элемент стеклопакета, служащий распоркой между отдельными стеклами. Ее легко увидеть в любом пластиковом окне, достаточно заглянуть внутрь стеклопакета и увидеть то, что находится между стеклами по его контуру. Обычно дистанционная рамка сделана из алюминия, это традиционный материал, который давно используется в Европе и России при производстве стеклопакетов.

В холодный период года понижение температуры внутренней поверхности остекления приводит к выпадению конденсата по периметру окна, увлажнению профилей и подоконников, а при низких температурах наружного воздуха — к замерзанию конденсата с образованием инея и наледей (особенно в нижней части окна), что и вызывает закономерные нарекания потребителей. Происходит это по нескольким причинам, но одной из самых существенных является так называемый мостик холода, который появляется при использовании дистанционной рамки из алюминия в стеклопакете. В результате этого понижение температуры в краевой зоне по сравнению с центральной частью стеклопакета может достигать 11 градусов. Замена на дистанционную рамку из оцинкованной или легированной стали, также не является радикальным решением, поскольку коэффициент теплопроводности не снижается до необходимых показателей. Хорошие результаты могут быть достигнуты при использовании рамки из твердого ПВХ, коэффициент теплопроводности которой равен 0,16 — 0,17 Вт/(м*градус), что в результате дает возможность соблюдать температурный режим внутренней поверхности окна.

В качестве материала для дистанционных рамок применяются, как правило, алюминий и оцинкованная сталь (реже пластмасса). Дистанционная рамка выполняется полой внутри со специальными диффузионными отверстиями (дырочной перфорацией, щелями). Внутри находится осушитель, функция которого — способствовать быстрой абсорбции (впитыванию) самых незначительных количеств воды в межстекольном пространстве. Тем самым предотвращается выпадение росы внутри стеклопакетов в холодное время года. Диффузионные отверстия не должны быть слишком большими, иначе при механических нагрузках (при перевозке стеклопакетов или эксплуатации окон) частички осушителя могут попасть в видимую зону межстекольного пространства. Особое внимание уделяется свойствам тех поверхностей рамок, которые образуют соединение с герметиками. Необходимо также отметить, что металлическая дистанционная рамка является хорошим проводником тепла. Решить эту проблему могут дистанционные рамки из пластика, разработка которых активно ведется в последнее время. Уже несколько лет существуют системы, в которых, необходимый зазор между стеклами создается термопластом, который наносится на стекло через экструдер. В состав термопласта уже входят необходимые осушители. Однако пока эти системы находят лишь специальное применение.

От толщины камеры, определяемой шириной дистанционной рамки, зависит коэффициент теплопередачи стеклопакета. Он уменьшается при увеличении толщины камеры до определенного значения, а затем опять начинает возрастать. Это значит, что для каждого заполнения (воздух, аргон, криптон, гексафторид серы SF 6) существует оптимальная толщина камеры, при которой теплопередача стеклопакета минимальная. При толщине камеры больше оптимальной начинается конвекция воздуха или газа внутри стеклопакета, что приводит к увеличению теплопроводности.

Сравнение стоимости окон

Сложившиеся на сегодня цены на дистанционную рамку из алюминия и жесткого ПВХ отличаются на 10 — 15%. Данная разница в ценах влечет за собой следующее: стеклопакет с использованием дистанционной ПВХ рамки дороже аналога с дистанционной рамкой из алюминия в среднем на 0,5%. При этом, себестоимость самого окна стандартных размеров (1430мм х 1310мм) возрастает всего на 0,05%.

Таким образом, даже поверхностный анализ ценовых показателей говорит о значительном улучшении потребительских качеств Вашего окна при практически неизменной себестоимости.



Влагопоглотители

Осушитель в стеклопакете необходим для поглощения молекул водяного пара в межстекольном пространстве, попавших туда в процессе изготовления стеклопакета и в результате диффузии сквозь герметик при его эксплуатации. В качестве осушителя могут применяться молекулярные сита, силикагель и смесь обоих продуктов. Молекулярное сито — это синтетический материал в виде гранул, имеющий мельчайшие поры определенного диаметра: 3, 4, 5 или 10 ангстрем (10 -10 м). Оно как бы просеивает молекулы, пропуская внутрь молекулы размером меньше диаметра пор, и поглощает (адсорбирует) их. Размер молекулы воды — 2,8 Å, азота — 3 Å, аргона — 3,8 Å, SF 6 — 5,6 Å. Совершенно очевидно, что поглощение всех остальных молекул, кроме молекул воды, мягко говоря, нежелательно, т.к. это приведет к понижению давления внутри стеклопакета и, как результат, к вогнутым деформациям стекол и даже разрушению стеклопакета.




Изменения окружающей температуры воздуха в процессе эксплуатации стеклопакета вызывают изменения давления газа внутри стеклопакета. Пониженное давление вызывает вогнутую деформацию, а повышенное давление вызывает выпуклую деформацию стеклопакета. Сита типа 10Å и 4Å могут вызвать дополнительные повышения или понижения давления, т. к. эти сита могут адсорбировать или десорбировать азот в зависимости от температуры (при понижении температуры резко возрастает адсорбция азота). Адсорбирование азота ситом вызывает дополнительное понижение давления, которое добавляется к понижению давления, вызванному понижением температуры. И наоборот, если температура повышается, адсорбционные свойства сита 10Å или 4Å к азоту уменьшаются, вследствие чего определенный объем азота выделяется из сита. Это дополнительное повышение давления добавляется к обычному повышению давления, вызванному повышением температуры. Самые значительные деформации наблюдаются:

• в стеклопакетах малых размеров;
• в стеклопакетах с ситами 10Å;
• при низких температурах (понижение давления).

Молекулярные сита 3Å не поглощают (следовательно, не выделяют) азота, поэтому он все больше применяются для уменьшения деформаций, в частности, в странах с холодным климатом.

Силикагель — это двуокись кремния (SiO2). Этот тип осушителя имеет аморфную микропористую структуру с размерами открытых пор приблизительно 3-60Å. Водоадсорбционные свойства силикагеля, т.е. его способность поглощать и удерживать молекулы воды, значительно хуже, чем у молекулярного сита. Кроме того, они очень сильно зависят от температуры, особенно при высокой относительной влажности. В таблице 1 приведены сравнительные свойства молекулярного сита и силикагеля при адсорбции воды. На основании выше приведенных фактов можно сделать вывод, что для стеклопакетов, заполненных воздухом или аргоном, возможно применение только молекулярного сита 3Å.




Герметики

Как видно из предыдущего абзаца, долговечность стеклопакетов коренным образом зависит от качества герметизации и вида применяемого герметика. Герметики в стеклопакете необходимы для создания между стеклами герметичной камеры, формирования надежного барьера против проникновения молекул водяного пара внутрь камеры и утечки газа из камеры. Достигается это двумя стадиями герметизации. Первичная герметизация — это полиизобутилен, называемый упрощенно бутилом, который наносится на внешние края уже собранной дистанционной рамки равномерным слоем специальным автоматом бутилэкструдером перед опрессовкой стеклопакета. Его основная функция — защита от проникновения водяного пара внутрь стеклопакета и утечки газа из него. Вторичная герметизация выполняется двух компонентным пролисульфидом, основным назначением которого является образование прочного эластичного соединения между стеклами и рамкой на молекулярном уровне. Он также служит дополнительной защитой от проникновения водяного пара и препятствует утечке газа.

Отделом строительной теплофизики КиевЗНИИЭП были проведены исследования по определению сопротивления теплопередаче окон из ПВХ профилей «Rehau» с однокамерными стеклопакетами с теплоотражающим покрытием и пластиковой дистанционной рамкой «Swisspacer». Сопротивление исследованного образца составляет 0,60 (м2•°С)/Вт.




Характеристика образцов

Окна из ПВХ профилей с однокамерными стеклопакетами с теплоотражающим покрытием:

Образец №1 Двустворчатый оконный блок из ПВХ профилей «Rehau», две створки поворотно-откидные. Тип остекления — однокамерный стеклопакет с теплоотражающим покрытием, с алюминиевыми рамками. Толщина воздушной прослойки — 16 мм, толщина оконного стекла — 4 мм (4-16-4i). Общая толщина стеклопакета — 24 мм. Габаритные размеры окна — 1440 х 1440 мм.

Образец №2 Двустворчатый оконный блок из ПВХ профилей «Rehau», две створки поворотно-откидные. Тип остекления — однокамерный стеклопакет с теплоотражающим покрытием, с пластиковой дистанционной рамкой “Swisspacer”. Толщина воздушной прослойки — 16 мм, толщина оконного стекла — 4 мм (4-16-4i). Общая толщина стеклопакета — 24 мм. Габаритные размеры окна — 1440 х 1440 мм. Сопротивление исследованного образца составляет 0,60 (м2•°С)/Вт. Использование дистанционной рамки из ПВХ позволяет избежать появления конденсата и инея при более низких температурах, а также повысить сопротивление теплопередаче окна в целом.