td> А.А. Верховский,к.т.н., зав. сектором ограждающих к

«Точка росы», или условия невыпадения конденсата
От конструкции окна зависят комфорт в помещении и
продолжительность жизни человека, так как окно обеспечивает его
светом, воздухом, теплом, защищает от шума, пыли и вредных
выделений. На стеклах оконных блоков не должен выпадать
конденсат или иней, которые значительно снижают
светотехнические свойства окон. Это можно обеспечить, если
температура на внутренней поверхности окна выше температуры
«точки росы». Однако с точностью рассчитать этот показатель
оказалось не так-то просто
< td>
А.А. Верховский,к.т.н.,
зав. сектором
ограждающих к-ций
зданий НИИСФ РААСН
Испытания
деревянного оконного
блока с однокамерным
стеклопакетом
И.Л. Шубин,к.т.н., зам.
директора НИИСФ
РААСН
Нижний узел
примыкания
стеклопакета: наледь,
конденсат
Правовой беспредел
Если обратиться к многолетнему опыту эксплуатации окон в России, то
увидим следующую картину. На всей Европейской ее части, на Урале и в
Западной Сибири, где до 1990 г. были установлены окна с двойным
раздельным остеклением, которые и сейчас эксплуатируются, на внутренних
поверхностях стекол при температурах холодного периода года конденсат
отсутствует. Тем более он отсутствует на переплетах окон, чего, к
сожалению, нельзя сказать о светопрозрачных конструкциях последних лет.
Почему это происходит? Потому что в тексте СНиП 23-02-2003, как, к
сожалению, и во многих других документах технического характера, можно
обнаружить неточности и противоречия.
Так, в пункте 4.2 Раздела 4 «Общие положения, классификация» СНиП
записано: «В нормах устанавливают требования к ограничению
температуры и недопущению конденсации влаги на внутренней поверхности
ограждающей конструкции (за исключением окон с вертикальным
остеклением) (выделено нами). Термин «окна с вертикальным остеклением»
в самом СНиПе не определен. Отсюда следует, что требования СНиП
распространяются только на мансардные окна и зенитные фонари как окна
(конструкции) с невертикальным остеклением.
В разделе 5 «Тепловая защита зданий» в пункте 5.9 это исключение еще раз
подтверждается: «температура внутренней поверхности ограждающей
конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций)
в зоне теплопроводных включений, в углах и оконных откосах должна быть
не ниже температуры «точки росы» внутреннего воздуха в холодный период
года». К сожалению, в одном и том же нормативно-техническом документе
одна и та же конструкция определяется различными терминами, в п. 4.2 —
как «окна с вертикальным остеклением», а в п. 5.9 — как «вертикальная
светопрозрачная конструкция». Причем ни тот, ни другой термины, как и
термин «остекление», в тексте СНиП 23-02-2003 не определены.
В п. 5.10 СНиП появляются новые термины «конструктивные элементы
остекления окон зданий» и «непрозрачные элементы окон». Приведем текст
этого пункта полностью: «5.10 Температура внутренней поверхности
конструктивных элементов остекления окон зданий (кроме
производственных) должна быть не ниже +3º С, а непрозрачных элементов
окон – не ниже температуры «точки росы» при расчетной температуре
наружного воздуха в холодный период года, для производственных зданий
— не ниже 0° С».
Если рассуждать логически, то требования п. 5.10 СНиП имеют отношение
исключительно к мансардным окнам и зенитным фонарям как к
«невертикальным светопрозрачным конструкциям».
Почему нет четких и ясных норм по этой проблеме и почему зачастую
неправильно ведутся расчеты? Потому что в последнее время нормативные
документы пишет малая группа людей, которая не допускает и не
привлекает к их разработке специалистов, хорошо владеющих этими
вопросами.
Таблица 2. Температуры (в ° С) на внутренней поверхности и
теплотехнические
характеристики оконных блоков
Регион
Температур Требуемое
строительств а наиболее значение
Расчетное
значение
Требуемое
значение
RТр
-1-
Подготовка к
испытаниям фасадной
конструкции
а
холодной приведенного температур
пятидневки сопротивлени ы на
,
я
внутренней
tм, ° С
теплопередач поверхност
е,
и,
RТр м2,° С/Вт ° С
1
Астрахань
Архангельск
Владивосток
Вологда
Екатеринбург
Н.Новгород
Иркутск
Казань
Кемерово
Краснодар
Красноярск
Новосибирск
Омск
Пермь
Самара
С.-Петербург
Сургут
Томск
Тюмень
Тула
Чебоксары
Челябинск
Череповец
Уфа
Ярославль
Москва
2
- 23
- 31
- 24
- 31
- 35
- 30
- 37
- 32
- 39
- 19
- 40
- 39
- 37
- 35
- 30
- 26
- 43
- 40
- 37
- 27
- 32
- 34
- 31
- 35
- 31
- 28
3
0,43
0,61
0, 52
0,57
0,60
0,55
0,65
0,58
0,63
0,38
0,62
0,63
0,62
0,60
0,55
0,51
0,68
0,64
0,60
0,52
0,56
0,60
0,60
0,58
0,51
0,55
4
8,50
10,39
10,27
9,71
9,46
9,55
9,92
9,69
9,23
8,20
8,87
9,23
9,43
9,46
9,55
9,63
9,35
9,22
9,08
9,61
9,32
9,65
10,23
9,09
8,50
9,96
приведенног RТр
о
RТр
сопротивлени%
я
теплопередач
е
из условия
невыпадения
конденсата,
RТр-1 м2,°
С/Вт
5
6
0,53
23,3
0,63
3,3
0,54
3,9
0,63
10,5
0,68
13,3
0,62
12,7
0,70
7,7
0,64
10,3
0,73
15,9
0,48
26,3
0,74
19,4
0,73
15,9
0,70
12,4
0,68
13,3
0,62
12,7
0,57
11,7
0,78
14,7
0,74
15,6
0,70
16,7
0,58
11,5
0,64
14,3
0,67
11,7
0,63
5,0
0,68
17,2
0,63
23,5
0,59
7,7
Температура «точки росы»
Чтобы правильно рассчитать невыпадение конденсата на внутренних
поверхностях светопрозрачных конструкций, необходимо знать температуру
«точки росы», которая однозначно определяется по температуре и
относительной влажности внутреннего воздуха.
Но если температура внутреннего воздуха нормируется, относительную
влажность в помещениях с естественной вентиляцией нормировать нельзя.
Ее надо рассчитывать исходя из следующих соображений:
— во-первых, влагообмен, теплообмен и воздухообмен тесно взаимосвязаны
между собой;
— во-вторых, абсолютная величина влажности наружного воздуха, которым
вентилируется помещение, в течение года, месяца и даже суток может
изменяться в очень больших пределах;
— в-третьих, относительная влажность внутреннего воздуха в значительной
мере зависит от влаговыделений в помещении и температуры наружного
воздуха.
В настоящее время проектировщиков волевым путем заставляют принимать
относительную влажность в жилом помещении 55% при температуре
воздуха плюс 20 º С. При таких значениях температур «точка росы»
составляет р =10,7º С. Например, такая температура «точки росы» записана
в московских (tн= минус 29º С) и других региональных нормах. На самом же
деле при естественной вентиляции помещений эта величина имеет
отрицательное значение, и поэтому даже в Сибири окна с двухслойным
остеклением не покрываются инеем или конденсатом, хотя и имеют
отрицательные температуры на внутренних поверхностях. Дело в том, что
при отрицательных температурах содержание водяного пара в воздухе даже
при его полном насыщении очень низкое (воздух сухой). Так, при
температуре наружного воздуха ниже минус 20° С содержание в воздухе
водяного пара в 1 м³ составляет менее 1 г.
Таблица 1. Температура «точки росы» (в ° С) в зависимости от
температуры и относительной влажности внутреннего воздуха
Температура
внутреннего
воздуха, t, ° C
18
20
22
Относительная влажность, %
30
0,2
1,9
3,4
40
4,2
6,9
7,8
45
5,9
7,7
9,5
50
7,4
9,3
11,1
55
8,8
10,7
12,6
Расчет влажности
Методика расчета влажности внутреннего воздуха была разработана и
изложена в монографии В. К. Савина «Строительная физика:
энергоперенос, энергоэффективность, энергосбережение». М., Лазурь,
2005 г. Расчеты по этой методике показывают, что при нормальном
воздухообмене (один обмен в час) и незначительных влаговыделениях при
температурах наружного воздуха tн = -10º С и ниже относительная
влажность в помещении составляет 28%, при tн = -30° С она равна 16%.
Натурные исследования подтверждают приведенные в этой монографии
расчеты. Например, согласно исследованиям авторов другой монографии
(Казанцев И. А., Либер И. С. «Тепловая защита и инженерное оборудование
зданий на Севере». Л., Стройиздат, 1975), относительная влажность
внутреннего воздуха в помещениях зданий, построенных на Севере, не
превышает 20–25%.
Из сказанного выше можно сделать следующий важный вывод. При
проектировании светопрозрачных ограждений зданий с естественной
вентиляцией при расчетных температурах наиболее холодной пятидневки
минус 20º С и ниже относительную влажность внутреннего воздуха в жилых
помещениях следует принимать 30%. Температура «точки росы» при
температуре внутреннего воздуха tв = 20° С и относительной влажности
30% равна р = 1,9º С, а при tв = 18° С р = 0,2º С.
В современных конструкциях окон средняя температура на внутренних
поверхностях всегда выше нуля градусов, и если на них при низких
температурах наружного воздуха выпадает конденсат, то это говорит о том,
что в помещении из-за неправильно организованного воздухообмена
внутренний воздух превратился в яд.
При нормальном влажностном режиме в жилом помещении в зимний период
рекомендуемая температура внутреннего воздуха, согласно СанПиН
2.1.2.1002-2003 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым
зданиям и помещениям», должна составлять 18–22° С при относительной
влажности 45–60%. Согласно ГОСТ 30494-96, значения допустимых
температур и влажности: 16–24ºС, 25–75%.
При рекомендуемой температуре внутреннего воздуха 20° С (именно это
значение используется для расчета температуры внутреннего воздуха
жилых зданий) температура «точки росы» может изменяться в зависимости
от относительной влажности воздуха (таблица 1).
Как видно, при оптимальных значениях параметров микроклимата в
помещениях жилых зданий температура «точки росы» может составлять от
0,2 до 12,6º С. В п. 5.10 СНиП 23-02-2003, регламентирующем требования к
температуре внутренней поверхности конструктивных элементов
остекления, отмечено, что «...температура внутренней поверхности...
непрозрачных элементов окон должна быть не ниже температуры «точки
росы» при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период
года...» При этом требования п. 5.9 СНиП к относительной влажности
внутреннего воздуха (55% для жилых зданий) не распространяются на
оконные и дверные оконные блоки, а касаются только оконных откосов и
зенитных фонарей.
Таблица 3. Температуры (в ° С) на внутренней поверхности и
теплотехнические
характеристики оконных блоков
Регион
Требуемое
Расчетное
строительствазначение
значение
приведенного температуры
сопротивления на
теплопередаче,внутренней
Требуемое
RТр-1- RТр
значение
RТр,
приведенного %
сопротивления
теплопередаче
RТр м2,° С/Вт
1
Иркутск
Красноярск
Новосибирск
Омск
Сургут
Томск
Тюмень
2
0,65
0,62
0,63
0,62
0,68
0,64
0,60
поверхности, из условия
t,° C
невыпадения
конденсата,
RТр-1, м2,°
С/Вт
3
4
9,92
0,53
8,87
0,56
9,23
0,55
9,43
0,53
9,35
0,59
9,22
0,56
9,08
0,53
5
- 18,5
- 9,7
- 12,7
- 14,5
- 13,2
- 12,5
- 11,7
Широкий диапазон допустимых значений
Если рассчитать температуру «точки росы» исходя из допустимых значений
tв и по ГОСТ 30494, то диапазон ее изменения, т.е. выбора значений
температуры «точки росы» с целью установления соответствия требованиям
п. 5.10 СНиП 23-02, будет еще больше.
Таким образом, если мы ставим целью оценить расчетным путем
температурные поля на внутренней поверхности оконного блока, например,
на стадии его разработки и конструирования или проектирования
остекления жилого здания, нормативно-технические документы СанПиН
2.1.2.1002 и ГОСТ 30494 предоставляют возможность выбирать исходные
данные для расчета в довольно широких пределах.
В таблице 2 приведены результаты расчетов температуры на внутренней
поверхности оконного блока при температуре внутреннего воздуха tв = 20°
С, относительной влажности = 55% и температуре наиболее холодной
пятидневки для различных климатических регионов России. В качестве
упрощения принято, что оконный блок имеет однородные теплофизические
характеристики и температура на внутренней поверхности оконного блока
однородна.
В графе 5 табл. 2 приведено значение требуемого сопротивления
теплопередаче оконного блока исходя из условия обеспечения невыпадения
конденсата на внутренней изотермической поверхности. Как видно для всех
рассмотренных регионов строительства, расчетная температура на
внутренней поверхности оконного блока будет ниже температуры «точки
росы» (10,7° С) при параметрах внутреннего воздуха tв = 20° С, = 55%.
Условие обеспечения невыпадения конденсата на внутренней поверхности
требует повышения требуемых значений приведенного сопротивления
теплопередаче RТр-1 в среднем от 5 до 15% (графа 6, табл. 2).
Если принять в качестве исходных параметры в соответствии с СанПиН
2.1.2.1002: tв = 20° С, а относительную влажность = 45% (температура
«точки росы» в данном случае составляет 7,7° С), то выпадения конденсата
на внутренней поверхности непрозрачных элементов оконных блоков не
происходит, т.к. температура на внутренней поверхности превышает
температуру «точки росы» (табл. 3).
Как видно из табл. 3 (графа 3), для всех выбранных в качестве примера
регионов строительства при заданных внутренних условиях изотермическая
температура на внутренней поверхности оконного блока (непрозрачной
части) выше температуры «точки росы», т.е. выпадения конденсата не
происходит. При этом требования по величине приведенного сопротивления
теплопередаче оконного блока существенно снижаются.
Следует отметить, что для реальных оконных блоков различие температур
на внутренней поверхности может составлять до 10–12° С, и приведенные в
таблице 2 и 3 данные носят в первую очередь справочно-аналитический
характер. Для корректной оценки температур на внутренней и наружной
поверхностях оконных блоков требуется провести детальный
теплофизический расчет с учетом всех особенностей конкретной
конструкции.
Таблица 4. Температурные поля оконных блоков из ПВХ-профиля и
деревянного бруса
№
Тип профиля оконной
рисункаконструкции (коробки)
Температура внутренней
поверхности
по центру
по центру
створки
коробки
1
2
3
4
Пятикамерный ПВХ, «Фаворит»,
71 мм
Пятикамерный ПВХ, «Фаворит»,
128 мм
Деревянный, ширина бруска
коробки 75 мм
Деревянный, ширина бруска
коробки 92 мм
10,9
8,1
11,8
8,2
12,1
8,7
12,8
9,9
Ширина коробки
В п. 8.27. СП 23-101 сказано, что «при выборе окон и балконных дверей
следует отдавать предпочтение конструкциям, имеющим коробки по ширине
не менее 90 мм. Рекомендуемая ширина коробки 100–120 мм». Термин
«ширина коробки» следует понимать здесь как ширину (строительную
глубину) профиля или бруска рамочной конструкции коробки. Приведенная
в СП 23-101 рекомендуемая ширина профиля коробки 100–120 мм
обусловлена в первую очередь рекомендациями по монтажу оконных блоков
в стеновые конструкции с эффективным утеплителем либо для случая
монтажа оконных блоков в стеновой проем «с четвертью» на место
демонтируемого оконного блока. Это позволяет исключить промерзание
стеновой конструкции. Используемые сегодня на практике конструкции стен
включают в себя эффективный утеплитель толщиной 70–120 мм. Оконный
блок при этом должен быть установлен в плоскости утеплителя.
Однако ширина профиля коробки оконного блока не дает гарантии
невыпадения конденсата на внутренней поверхности конструкции, что и
показали проведенные нами расчетные эксперименты для конструкций с
так называемой широкой коробкой (см. рис. 2), конструкции из
пятикамерного ПВХ-профиля (см. рис. 1) и деревянных оконных блоков
одинарной конструкции (см. рис. 3 и 4). Расчетные температуры внутренней
поверхности при tн = минус 40º С (температура наиболее холодной
пятидневки обеспеченностью 0,92, условия г. Красноярска отличаются
незначительно).
Для всех приведенных примеров будет иметь место выпадение конденсата в
соответствии с исходными данными (р = 11,6º С). Для наиболее же
распространенных внутренних условий в помещении в зимнее время (tв =
20° С, = 45%, р = 7,72º С) выпадения конденсата не происходит даже в
период наиболее холодной пятидневки.
В таблице 4 приведены полученные нами результаты расчета (см. рис. 1–4)
температурных полей оконных блоков из ПВХ-профиля и деревянного бруса
с различной шириной (строительной глубиной) профилей.
Как видно из таблицы 4, температура на внутренней поверхности профилей
коробки всех рассчитанных конструкций при tн = -40º С, tв = 20° С ниже
температуры «точки росы» при относительной влажности внутреннего
воздуха = 55%, т.е. во всех случаях возможно образование конденсата. При
расчете узла примыкания оконного блока к стеновой конструкции
наибольшие теплопотери определяются не конструкцией узла примыкания,
а конструкцией притвора и поперечными сечениями профилей коробки,
створки, импоста.
Какие выводы можно сделать из приведенных выше примеров
моделирования и оценки теплотехнических характеристик оконных блоков
расчетным методом?
Выводы
1. Точное исполнение положений ФЗ 184-ФЗ «О техническом
регулировании» исключает технические требования к светопрозрачным
ограждающим конструкциям – оконным блокам «с вертикальным
остеклением» – по ограничению температуры и недопущению конденсации
влаги на внутренней поверхности из числа обязательных. Данные
требования относятся только к зенитным фонарям и мансардным окнам.
Поэтому в качестве нормативно-технического документа можно выбрать при
желании один из трех рассмотренных в настоящей статье документов, а
также другие, например нормы по вентиляции жилых помещений.
2. Целенаправленно подобрав желаемые параметры внутреннего
микроклимата в помещении, можно получить предсказуемый и не всегда
обоснованный результат.
3. Проведенные авторами расчеты показали, что с учетом требований
СанПиН 2.1.2.1002 к параметрам внутреннего микроклимата в помещении
(tв = 20º С, = 45%) при температуре наиболее холодной пятидневки для
регионов Сибири (tн = -40° С) выпадения конденсата на внутренней
поверхности непрозрачной части оконных блоков не происходит.
4. Использование оконного блока с широкой коробкой не дает гарантии
невыпадения конденсата на внутренней поверхности непрозрачной части
оконного блока. Для различных типов рассчитанных конструкций
температуры на внутренней поверхности при температуре наружного
воздуха tн = -40º С различаются незначительно (1–2° С). Таким образом,
ширина профиля коробки не является единственной характеристикой,
определяющей теплофизические характеристики оконного блока.
Автор/источник: Журнал Окна. Двери. Фасады
Распечатать