Проектирование узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам

Нарушение теплотехнических норм проектирования узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам является одной из характерных проблем. В данной статье остановимся на наиболее значимых вопросах, определяющих качество проектных решений и их надежность на стадии эксплуатации.

Так называемое «промерзание оконных откосов» имело место в период освоения технологий изготовления и монтажа оконных блоков с одинарными переплетами и стеклопакетами. Это явление встречается и сейчас.

Температурный режим узлов примыканий

Физика данного явления достаточно проста и понятна: оконный блок с узкой оконной коробкой, смонтированный в однослойной (многослойной) стене, оказывается размещенным в зоне отрицательных температур с мостиком холода вдоль оконной коробки. И, если не предпринимать дополнительных мероприятий по их утеплению, даже при эффективном заполнении монтажного шва нельзя избежать низких температур внутренней поверхности оконных откосов. Потери тепла идут как в обход оконной коробки, так и в толщу простенка. И этот процесс практически не зависит от пароизоляционных и теплоизоляционных качеств монтажного шва.

Многие фирмы по изготовлению окон при решении данной проблемы исходят из расчетов и рекомендаций института оконной техники (IFT, Rosenheim). Их суть – смещение оконного блока к середине стены. При всей правомерности данных расчетов необходимо отметить, что они выполнены для районов с температурами наружного воздуха до –15 0C. При более низких температурах наружного воздуха этих рекомендаций, как правило, оказывается недостаточно.

Пути решения данной проблемы:

• в однослойных стенах – утепление оконных откосов; в стенах большой толщины – дополнительное смещение оконного блока к внутренней поверхности;
• в многослойных стенах с эффективным утеплителем и гибкими связями – размещение оконного блока в слое утеплителя на уровне наружной поверхности несущего слоя;
• в стенах с фасадной теплоизоляцией – никаких дополнительных мероприятий по утеплению узлов примыканий не требуется, за исключением обязательного утепления наружных четвертей;
• в стенах с ребрами жесткости (колодцевая кладка, трехслойные стеновые панели с жесткими связями) – утепление оконных откосов.

Реализация этих простых решений возможна с применением самых различных материалов и конструкций.

Конечно, реальные проектные решения могут быть сложнее и отличаться от рассмотренных вариантов. В этом случае необходимо проведение проверочных расчетов температурного режима узлов. Имеющиеся программные средства позволяют сделать это достаточно просто.

Влажностный режим узлов примыканий

Именно с этим критерием связано наибольшее количество противоречивых точек зрения (применение пароизоляции, обрезка монтажной пены, защита монтажного шва от увлажнения со стороны стены).

Сложность прогнозирования и расчета влажностного режима ограждающих конструкций зданий обусловлена, прежде всего, нестационарностью данных процессов (происходят медленно в течение года) и различными причинами появления и перемещения влаги в ограждающих конструкциях, в частности, диффузией водяного пара, перемещением влаги в жидком виде, молярным переносом влаги с фильтрующимся воздухом.

Остановимся на физической сути влажностных процессов, протекающих в узлах примыканий оконных блоков к стеновым проемам.

Монтажные швы являются частью ограждающих конструкций, разделяющих две среды с различными параметрами воздуха (температурой, влажностью), и граничат с материалами наружной стены и оконной коробки.

В холодный период года влагосодержание наружного воздуха намного меньше, чем внутреннего (парциальное давление водяного пара наружного воздуха существенно меньше парциального давления воздуха в помещении). Поэтому молекулы водяного пара стремятся проникнуть из воздуха помещения через любое ограждение – кирпичную стену, монтажный шов, оконный блок, наружу. Этот процесс называют диффузией водяного пара или паропроницанием. Если на пути молекул расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию, то возможность перемещения потока молекул водяного пара через конструкцию в целом будет ограничена. При этом в многослойных конструкциях важно, как будут располагаться отдельные слои. Если с внутренней стороны расположен слой с большим сопротивлением паропроницанию (пароизоляционный слой), а за ним с меньшим, то молекулы водяного пара, попавшие через пароизоляцию внутрь конструкции, пройдут дальше и покинут ее без образования в толще конденсата.

Другое дело, если за слоем с относительно небольшим сопротивлением паропроницанию располагается слой с большим сопротивлением. Не исключено, что молекулы водяного пара, проникшие через первый слой, начнут «скапливаться» у поверхности второго. И если температура этого слоя низкая, то водяной пар будет собираться в капли (конденсировать) или замерзать в виде инея или изморози.

Представленная схема несколько условна, поскольку на рассмотренные процессы оказывает влияние и сорбционная способность материала (способность «поглощать» молекулы водяного пара), и температурный режим ограждения, и ряд других факторов.

Необходимо отметить, что реальные процессы происходят не в одномерном пространстве. При рассмотрении узла примыкания в двухмерном виде сразу возникает вопрос, каким образом и куда будут перемещаться молекулы, попавшие внутрь монтажного шва. Ответ – по всем возможным направлениям, прежде всего – по пути наименьшего сопротивления. Если монтажный шов с наружной стороны закрыт материалом с небольшим сопротивлением паропроницанию, например, паропроницаемой саморасширяющейся лентой, то через этот слой.

Принцип конструирования «изнутри плотнее, чем снаружи» и был положен в основу требований ГОСТ, как вариант, гарантированно обеспечивающий сухую эксплуатацию монтажных швов независимо от климатических условий и назначения помещений. В полной мере реализация этого принципа обеспечивается системой монтажа с применением пароизоляционных и паропроницаемых саморасширяющихся лент.

Некоторые облицовочные материалы вполне могут выполнять функции пароизоляции. Будет ли происходить образование конденсата в монтажном шве и его накопление в течение года, если с наружной стороны угловой монтажный шов закрыт слоем с большим сопротивлением паропроницанию, например, уголком из ПВХ или силиконовым герметиком? Если монтажный шов граничит с четвертью стены из кирпича или газобетона, имеющих меньшее сопротивление паропроницанию, чем предыдущие слои, то без всяких расчетов можно утверждать, что и в этом случае конденсации водяного пара в толще монтажного шва происходить не будет.

В случае, когда четверть выполнена из бетона, металла или какого-то другого материала с большим сопротивлением паропроницанию, необходима проверка расчетом влажностного режима данной конструкции с учетом климатических условий района строительства и эксплуатации помещения.

Другой аспект влажностного режима – это влияние материала примыкающей стены и необходимость дополнительной изоляция пенного утеплителя от стены. В этой связи практическим примером может послужить классическая установка деревянных оконных и дверных блоков с устройством гидроизоляции по периметру оконной коробки из рубероида или обмазки горячим битумом.

В этом случае физика процессов уже несколько иная, обусловленная миграцией влаги в жидком виде.

Анализ результатов сравнительных испытаний некоторых строительных материалов по показателю «водопоглощение» при частичном погружении образцов в воду на 24 часа показывает, что объемное водопоглощение цементно-песчаного раствора составляет 20%, древесины 16,7%, монтажной пены с поверхностной корочкой 0,1%, со срезанной корочкой 0,2%.

Результаты могут изменяться в зависимости от размеров образцов, вида материала, завода-изготовителя и других параметров. Но даже сопоставление поглощенного объема влаги (древесина – 49 г, монтажная пена – 0,5–0,8 г) убедительно свидетельствует о незначительном водопоглощении монтажных пен как с поверхностной корочкой, так и без нее.

Таким образом, если в толще кирпичной кладки будет наблюдаться выпадение конденсата и появление влаги в жидком виде (что в определенных пределах допускается СНиП), то при заполнении монтажного шва пеной ни о каком влиянии стены на влажностный режим шва говорить не стоит. И, следовательно, он не нуждается в защите даже в увлажненных конструкциях.

Что касается поверхностной корочки монтажной пены, то она образуется в результате слипания стенок отдельных пузырьков пены в виде поверхностной пленки и особыми свойствами не обладает. Срезание корочки приводит к раскрытию ряда пор, попавших в срез, вследствие чего несколько уменьшается сопротивление паропроницанию и увеличивается поверхностное водопоглощение. В этой связи запрет на срезание корочки с наружной стороны монтажных швов представляется необоснованным.

Гораздо более существенное влияние на влажностный и температурный режим узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам может оказать фильтрация воздуха, возникающая вследствие негерметичности стыков на отдельных участках. Инфильтрация воздуха (внутрь помещения через неплотности монтажного шва либо через швы кладки) может приводить к локальному охлаждению участков стены или оконной коробки холодным воздухом, и, как следствие, – появлению конденсата, инея или наледи. Их образование на поверхности оконных откосов, как правило, свидетельствует о наличии подобного рода дефектов.

При эксфильтрации воздуха (движение воздуха из помещения наружу, что может происходить на верхних этажах или на заветренной стороне зданий) водяной пар, содержащийся в воздухе помещений, попадает внутрь монтажного шва и конденсируется на холодных поверхностях или в толще утеплителя. Этот процесс может наблюдаться и при попадании воздуха из помещения под облицовку оконных откосов или под слой утеплителя. При этом увлажнение конструкций может быть на несколько порядков выше при диффузии водяного пара, и приводить к увлажнению как материала стены, утепляющего слоя, так и отделки откосов.

Поэтому узлы примыканий оконных блоков к стеновым проемам должны выполняться максимально герметичными и исключать возможность попадания воздуха из помещения в пространство монтажного шва или под облицовку оконных откосов.

Особенности температурного режима оконных блоков в узлах примыкания к подоконнику

Узел сопряжения оконной коробки с подоконником и оконным сливом является одним из самых слабых в теплотехническом отношении. При заведении оконного слива в фальц оконной коробки, особенно при использовании одно- или двухкамерного подставочного профиля, обеспечить температуру внутренней поверхности в месте сопряжения выше температуры точки росы, как правило, не удается. Даже не принимая во внимание возможную инфильтрацию воздуха через примыкание подоконника к оконной коробке и подставочному профилю. Ситуация усугубляется еще и тем, что данный узел находится в условиях пониженной температуры внутреннего воздуха – в зоне ниспадающей конвективной струи воздуха вдоль оконного блока.

Пути повышения теплотехнической надежности данного узла:

• применение широких оконных коробок;
• вынос пены под подоконный слив (утепление снаружи);
• прокладка герметизирующей ленты или шнура между подставочным профилем и оконной коробкой;
• применение подоконников из теплопроводных материалов, например, мрамора или бетона (за счет подвода тепла к узлу сопряжения).

В любом случае, при использовании подоконников из ПВХ, нижний узел требует проведения расчета температурного режима.

Одной из основных причин нарушения температурного режима узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам, проявляющегося в выпадении конденсата, являются повышенные потери тепла через неутепленные оконные откосы в обход монтажных швов. Для исключения выпадения конденсата на оконных откосах необходимо:

• в однослойных и многослойных стенах с жесткими связями – производить утепление оконных откосов термовкладышами из эффективных утеплителей;
• в многослойных стенах с эффективным утеплителем и гибкими связями – размещать оконный блок в толще утеплителя на уровне наружной поверхности внутреннего несущего слоя стены;
• в стенах с фасадной теплоизоляцией – выполнять утепление четвертей с наружной стороны стены.

Благоприятный влажностный режим монтажных швов может быть обеспечен при использовании различных конструктивных решений и герметизирующих материалов. Требования к пароизоляции монтажных швов и их значения должны устанавливаться в проектной и конструкторской документации на конкретные строительные объекты с учетом следующих рекомендаций:

• удаление парообразной влаги из монтажного шва может быть обеспечено как через наружный водоизоляционный слой, так и через четверть стены; возможность подобного решения в каждом конкретном случае должна быть подтверждена расчетами;
• устройство специальной изоляции монтажного шва со стороны стены (проема) при использовании пенных утеплителей не имеет смысла; в этой же связи – устройство дополнительной обмазочной или оклеечной гидроизоляции оконных коробок из древесины при использовании пенных утеплителей не требуется;
• монтажная пена, вследствие закрытой структуры пор, обладает достаточно большим сопротивлением паропроницанию; срезание поверхностной корочки с наружной стороны монтажного шва не приводит к ухудшению его влажностного режима;
• в наружных стенах с вентилируемыми фасадами удаление влаги из монтажного шва может быть обеспечено через вентилируемую прослойку; в этом случае монтажный шов может быть закрыт любыми герметизирующими материа­лами, обеспечивающими его защиту от увлажнения атмосферными осадками;
• функции пароизоляции монтажного шва могут выполнять как специальные пароизоляцион­ные ленты, так и облицовка оконных откосов, например, листы из вспененного ПВХ, подоконники, специальные планки из ПВХ;
• узлы примыканий оконных блоков к стеновым проемам должны исключать возможность попадания воздуха из помещения в пространство монтажного шва или под облицовку оконных откосов.

Одним из слабых в теплотехническом отношении узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам является узел сопряжения оконной коробки с подоконником и оконным сливом.

Улучшение температурного режима данного узла может быть обеспечено за счет:

• применения широких оконных коробок;
• выноса пены под подоконный слив (утепление снаружи);
• применения подоконников из теплопроводных материалов (мрамор, бетон).

По материалам А. Кривошеина, заведующего кафедрой «Городское строительство и хозяйство» ИСИ СибАДИ