МАЛОЭТАЖНОЕ И КОТТЕДЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Проектирование монтажа окон

При установке оконных блоков в стенах гражданских зданий, должны быть со­блюдены следующие основные требования:

  1. Обеспечение надежного закрепления оконного блока в стене. При этом не­обходимо учесть его возможные температурные деформации.

  2. Обеспечение необходимого температурно-влажностного режима в месте
    примыкания оконной коробки (рамы) к стене. При этом оконный блок
    должен быть установлен таким образом, чтобы избежать промерзания
    оконных откосов и непосредственно профиля рамы, ведущего к выпадению
    на них конденсата в расчетный зимний период.
  3. Монтажные швы, образуемые по всему периметру примыкания оконной

    коробки к стене, должны быть:
    • плотными и герметичными;
    • иметь низкую теплопроводность и высокую долговечность;
    • воспринимать температурные растяжения-сжатия оконного блока, при этом не теряя своей герметичности;
    • обладать достаточной устойчивостью к воздействию парообразной и капиллярной влаги.

На основании перечисленных требований, с учетом расчетов на ветровую нагрузку и архитектурных условий, разрабатываются рабочие чертежи на установку оконных блоков, включающие в себя набор характерных сече­ний и детальную проработку узлов примыкания к наружным стенам.

ПВХ-системы -  наиболее техно­логичны, но вместе с тем, и наиболее сложны в монтаже за счет значительных температурных деформаций.
Остановимся более подробно на принципах подготовки и разработки проектных решений по установке оконных конструкций в наружных стенах зданий.

Температурный режим в узле примыкания окна к наружной стене

Конструкция остекления обладает термическим сопротивлением в 2-3 раза более низким по сравнению с глухими участками наружных стен. В местах устройства све­товых проемов, таким образом, происходит ослабление общего термического сопро­тивления наружной оболочки здания, что сопровождается формированием харак­терных температурных полей у оконных откосов.

Рис. 1  Температурное поле в наружной стене из однослойных керамзитобетонных панелей:
а) на сплошном протяженном участке;               б) в узле примыкания окна

 

Рис. 1. На сплошном протяженном участке конструкция наружной стены является теплофизически однородной. Изотермы в ней расположены параллельно поверхности стены, а тепловой поток направлен перпендикулярно изотермам из­нутри помещения наружу. В месте установки окна в температурном режиме конструк­ции начинают сказываться одновременно два негативных фактора. С одной стороны, резко падает непосредственно термическое сопротивление ограждения, с другой, — появляются дополнительные потери тепла через откос.
По мере приближения к окну, параллельные изотермы изгибаются в сторону наружной поверхности, так что оконный откос оказывается почти полностью в хо­лодной зоне. Температура в месте примыкания оконной коробки к стене при этом находится значительно ниже точки росы, что в свою очередь, приводит к выпадению в этом месте обильного конденсата по всей высоте окна.
При совместном рассмотрении рисунков отметим, что установка окна в данном случае уже изначально была произведена в зоне отрицательных температур.

На рис. 2 показано температурное поле при условии передвижения окна в сторону помещения, и соответственно, в теплую зону стены. Здесь представлен так называемый вариант наружного утепления узла примыкания. В этом случае откос обо­гревается теплым воздухом помещения, а утеплитель препятствует утечке этого тепла наружу. Тепло получает возможность как бы «локально аккумулироваться» в толще стены вблизи узла примыкания окна. Верхний и нижний рисунок иллюстрируют влияние толщины эффективного утеплителя на температуры откоса в месте установки коробки и на углу. Из рисунка видно, что развитие утепленной зоны вглубь стены препятствует теплопотерям через плоскость откоса и приводит к повышению его температур. Наиболее благоприятная ситуация складывается при условии установки окна в трехслойной панели, т.е. в том случае, когда даже максимально возможное конструктивно смещение его в сторону улицы не приводит к попаданию коробки в зону отрицательных температур и к переохлаждению откоса как показано на рис. 2.

 

Рис. 2 Температурное поле в узле примыкания окна к стене из однослойных керамзитобетонных панелей с дополнительно утепленной четвертью.


На рис. 4 показан вариант внутреннего утепления  оконного откоса стены из однослойных керамзитобетонных панелей. Такой вариант представляется наиболее простым и технологичным с точки зрения исполнения, однако не дает ощутимого тепло­технического эффекта. Окно при этом остается в области отрицательных температур стены, а расположенный изнутри утеплитель препятствует обогреву откоса теплым воздухом помещения. Кроме того, в этом случае поступающая из помещения влага будет конденсироваться в плоскости соприкосновения пористого утеплителя с более плотным бетоном, что приведет к постепенному накоплению влаги в утеплителе и, соответственно, к потере его теплозащитных качеств.

Правила закрепления оконных блоков в стенах

Наибольшую сложность при решении вопросов закреплении оконного блока представляют окна из ПВХ. Высокий коэффициент температурного расширения ПВХ в сочетании с малой общей жесткостью рамы за счет отсутствия соединения внутренних армирующих элементов между собой по углам, обуславливают необходимость более продуманного их крепления по сравнению с окнами других систем. Для монтажа окон используют специальные монтажные пластины или дюбели (рис. 5).


Рис. 5. Закрепление окна из ПВХ в наружных стенах различной конструкции: а) сплошная кирпичная стена; б) кирпичная стена с пористым эффективным утеплителем: 1 —оконная рама, 2 — утеплитель в стене, 3 — дюбель, 4 — монтажная пластина, 5 — анкер


Через крепежные элементы ветровая нагрузка, воспринимаемая окном, переда­ется на непрозрачные участки наружных стен. При этом выбор типа крепления определяется конструкцией примыкающего участка стены.

Исходя из закономерностей формирования температурных полей, установка окна должна производиться в теплой зоне наружного ограждения, для того, чтобы избежать промерзания оконных откосов. В зависимости от располо­жения утеплителя в стене или от принятого способа дополнительного утепления откоса, оконная коробка может непосредственно примыкать как к твердому материалу — кирпичу, бетону и т.п., так и к легкому пористому утеплителю.

Как дюбель, так и монтажная пластина обеспечивают возможность свободной подвижки оконного блока при его нагревании-охлаждении, вызванном изменением температур наружного воздуха. При нагревании оконного блока и, соответственно, увеличении его размеров в большую сторону, монтажная пластина изгибается, а закрепленные в стене анкеры работают на выдергивание.
Дюбель работает на выдергивание при охлаждении окна, сопровождающемся уменьшением его размеров. При этом обеспечивается возможность свободной подвижки оконного блока при его температурном расширении вдоль собственной оси дюбеля.

Более мощные, по сравнению с монтажными пластинами, дюбели хорошо рабо­тают на изгиб, и, соответственно, лучше воспринимают ветровую нагрузку. Однако, при таком способе крепления, окно может примыкать только к твердому материалу. Учитывая, что утеплитель в конструкции стены расположен, как правило, ближе к наружной поверхности, окно, закрепляемое, при помощи дюбелей, неизбежно долж­но быть смещено вглубь в сторону помещения, что приводит к дополнительному затенению светопроема. Окна из ПВХ имеют большое количество требуемых точек крепления, в которых устанавливаются крепежные элементы. На рис. 6 приведена схема крепления, принятая как общее правило большинством фирм-производителей профилей с шагом закрепления, равным 700 мм.

Рис. 6. Схема закрепления окна из ПВХ в стене
Рис. 7 Нижний узел примыкания окна из ПВХ к наружной стене


Следует отметить, что при уста­новке дюбелей в нижнюю горизонталь­ную часть окна, возникает вероятность попадания дождевой воды в стену (че­рез неплотности в наружном контуре уплотнения и сквозные отверстия, про­сверленные в коробке, под дюбель). Поэтому в нижней части окно необхо­димо закреплять только с помощью анкеров (рис. 7).

Принципы устройства монтажных швов. Назначение толщины и применяемые материалы

В месте примыкания окна к непрозрачным участкам наружных стен по всему периметру образуются монтажные швы, подвергающиеся в процессе эксплуатации силовым нагрузкам и разнообразным воздействиям внутренней и наружной среды .

Монтажные швы воспринимают усилия растяжения-сжатия, возникающие при температурном расширении-сжатии рамы. На них воздействуют атмосферная штага, ветер, солнечная радиация, а также перепады температур внутреннего и наружного воздуха. Через монтажные швы осуществляется диффузия парообразной влаги изнут­ри помещения наружу. Кроме того, через неплотности в местах примыкания оконных блоков к стенам в помещение может проникать уличный шум.

В соответствии с характером воспринимаемых воздействий может быть опреде­лен комплекс требований к монтажным швам, сформулированный в виде следующих основных положений.

Монтажный шов в месте примыкания оконной коробки к стене должен:

  • обеспечивать свободное температурное расширение оконного блока при
    повышении температуры наружного воздуха;
  • быть плотным, герметичным, воздухонепроницаемым;
  • обладать устойчивостью к воздействию атмосферной влаги;
  • обладать необходимыми теплозащитными качествами (термическим сопротивлением), достаточными для того, чтобы исключить локальное промерзание ограждающей конструкции по монтажному шву;
  • обладать достаточной долговечностью и сохранять стабильность своих
    свойств на протяжении всего расчетного периода эксплуатации окна;
  • иметь хорошую сопротивляемость к воздействию водяного пара, идущего в
    холодный период изнутри помещения наружу.


При этом очевидно, что даже при очень хорошо продуманном уплотнении, за счет существенной разницы парциальных давлений водяного пара, содержащегося во внутреннем и наружном воздухе, некоторая доля парообразной влаги все равно будет проникать в толщу шва. По мере приближения к наружной поверхности, разни­ца давлений между влагой, находящейся в шве и наружном воздухе, будет постепенно выравниваться. Если наружный контур шва сделать таким же плотным, как и вну­тренний, влага будет постепенно накапливаться в шве, что приведет к потере его теплозащитных качеств. Поэтому при устройстве монтажных швов всегда необхо­димо соблюдать принцип «изнутри плотнее, чем снаружи».

Очевидно, что сложные условия работы монтажного шва не позволяют удовлет­ворить весь набор предъявляемых к нему требований при использовании какого-либо одного уплотнительного материала. Поэтому для обеспечения надежного уплотнения в месте примыкания окна к стене необходимо применять комплекс мате­риалов, в совокупности образующих определенную систему.

Шов должен включать в себя:

  • Низкотеплопроводный податливый материал с низким модулем упругости,
    легко сжимаемый и возвращающийся в прежнее положение с малыми остаточными деформациями. Уплотнительные шнуры и специальные ленты (так
    называемые предварительно сжатые уплотнительные ленты — ПСУЛ), вы­
    полненные из материала с такими характеристиками и прокладываемые
    между стеной и окном, не препятствуют свободному температурному расши­рению оконного блока при нагревании, а при охлаждении принимают ис­ходную форму, сохраняя, таким образом, теплозащитные свойства шва.
  • Утеплитель, заполняющий пустоты, не попадающие в зону воздействия
    температурных напряжений растяжения-сжатия. Наиболее применяемым
    подобным утеплителем в настоящее время является саморасширяющийся
    полиуретановый герметик.
  • Уплотнительный влагонепроницаемый материал, защищающий шов от воз­действия водяного пара, идущего из помещения, и от попадания атмосфер­
    ной влаги. В качестве такого материала, как правило, применяются резиноподобные силиконовые герметики или специальные уплотнительные ленты.


Толщина шва назначается, исходя из условия возможного удлинения элементов оконного блока при нагревании. Поданным немецких производителей, для окон из ПВХ температурные изменения длины составляют: 1.6 мм/м для твердого белого ПВХ и
2.4 мм/м для твердого цветного ПВХ.

В практике монтажа, применяемой российскими фирмами, можно встретить самые разнообразные подходы.

Наиболее широко известной считается система трехслойной изоляции монтажного шва, в основе которой лежит принцип постоянного поддержания утепляющего слоя в сухом состоянии.

Рис. 8 Принципиальная схема монтажного шва с системой 3-х слойной изоляции:
I – наружный водоизоляционный паропроницаемый слой;
II – центральный теплоизоляционный слой;
III – внутренний пароизоляционный слой;
III * - дополнительный гидроизоляционный слой (от технологической и эксплуатационной влаги)

 

Предполагается, что даже при очень хорошо продуманном уплотнении, за счет существенной разницы парциальных давлений водяного пара, содержащегося во внутреннем и наружном воздухе, некоторая доля парообразной влаги все равно будет проникать в толщу шва. По мере приближения к наружной поверхности, разница давлений между влагой, находящейся в шве и наружном воздухе, будет постепенно выравниваться. Если наружный контур шва сделать таким же плотным, как и внутренний, влага будет постепенно накапливаться в шве, что приведет к потере его теплозащитных качеств. Система трехслойной изоляции позволяет реализовать конструктивный принцип – «изнутри плотнее, чем снаружи».

С точки зрения долговечности шва этот принцип можно считать достаточно эффективным, поскольку полиуретановая пена, уложенная в шве, является утепляющим материалом, проявляющим двойную чувствительность к воздействию влаги. С одной стороны – как непосредственно пористый материал, хорошо абсорбирующий влагу, что характерно практически для всех утеплителей (кроме экструдированного пенополистирола (марки Styrodur  и др.), имеющего мелкие замкнутые поры. С другой  стороны – как материал, незамедлительно вступающий в химическую реакцию при соприкосновению с влагой.
За счет химической реакции с влагой, содержащейся в воздухе или на обрабатываемых поверхностях, происходит затвердевание пены при выходе из баллона. После затвердевания пена представляет из себя однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух.
После разрушения ячеек, пена начинает интенсивно впитывать влагу и выкрашиваться, что сопровождается, соответственно намоканием и продуванием монтажного шва.
Поскольку в реальных эксплуатационных условиях частичное разрушение ячеистой структуры пены практически неизбежно за счет температурного расширения – сжатия оконного блока, возникает объективная необходимость хорошей защиты пены, содержащаяся в монтажном шве, от воздействия всех видов влаги: атмосферной, парообразной, идущей изнутри помещения наружу, а также от капиллярной технологической и эксплуатационной, идущей изнутри помещения наружу, а также от капиллярной технологической и эксплуатационной влаги, находящейся в стене.
Именно это принцип реализуется в системе трехслойной изоляции, показанной на рис. 8. В качестве внутренней защиты пены применяется герметизирующие ленты на основе бутилового каучука.
Для наружного слоя чаще всего используются ленты мембранного типа – пропускающие молекулы парообразной влаги, но не пропускающие атмосферную влагу.
В комплексной системе изоляции шва наружная и внутренняя лениы работают совместно и выполняют функцию «силового элемента», воспринимающего усилия растяжения-сжатия.

 

Нормативные документы: