Основные требования к современным окнам: безопасность, энергоэффективность, комфортность

Главные тенденции развития оконного рынка в России и мире

Очень часто — даже от людей опытных и искушенных — приходится слышать вопрос: «Какие окна лучше — пластиковые, деревянные или алюминиевые?». Чтобы не рассуждать понапрасну, не тратить свое время и время читателей, отсылаем всех интересующихся обратно к эпиграфу. Короче, чем известный детский поэт, и не скажешь. Действительно, как хорошие, так и плохие, окна бывают пластиковыми, деревянными и алюминиевыми. Все зависит от того, как они спроектированы, как изготовлены и как установлены. У каждого материала для изготовления окон есть свои пре-имущества и недостатки, своя оптимальная область применения. Так, в жилых помещениях можно рекомендовать устанавливать окна из ПВХ, дерева, стеклопластика, дерево-алюминиевые, алюмо-деревянные и т. д., и т. п. Витражи, зимние сады и двери лучше все-таки изготавливать из алюминия. И так далее.
Бурное развитие оконного производства в России в последнее десятилетие, опыт, накопленный промышленно развитыми странами во второй половине ХХ в., позволяют сформулировать, пожалуй, три основных, на наш взгляд, требования к современным окнам. Мы считаем, что эти требования таковы: ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, БЕЗОПАСНОСТЬ и КАЧЕСТВО. Более подробно каждую из составляющих этого триединства мы и рассмотрим ниже (люди, обучавшиеся в университетах марксизма-ленинизма, должны помнить название бессмертной работы Ильича «Три источника и три составных части марксизма» — так это то же самое, как говорят в Одессе).

Энергосбережение

Почти в каждой публикации об окнах говорится о том, что они являются основной причиной теплопотерь из помещений. В зависимости от климатических условий, фантазии и степени заинтересованности автора, подобные теплопотери варьируются от 20 до 80% от общих теплопотерь из помещений. Не обсуждая справедливость такого разброса мнений в различных источниках, примем в наших дальнейших рассуждениях цифру, близкую к средней — 55% (тем более что она довольно часто встречается в специальной литературе [1, 2]).Известно, что в окнах старых конструкций (типа ОС) основные потери тепла происходят из-за нагрева инфильтрующегося воздуха. Далее — по значимости: потери через светопрозрачное заполнение и рамные элементы окна.
Если мы устраним значительную часть инфильтрации (а именно это и происходит при замене окон типа ОС на современные), соотношение составляющих теплопотерь значительно изменится, т. е. в случае использования в зданиях современных окон в общем балансе теплопотерь значительно возрастает роль остекления и профилей, из которых изготавливаются окна.

Работы, позволившие значительно улучшить теплотехнические характеристики светопрозрачных конструкций, активно начали проводиться на Западе в середине 70-х гг., а в России — в середине 90-х гг.XX в. На Западе это было связано в первую очередь с энергетическим кризисом и резко возросшей стоимостью энергии, в России помимо тех же причин еще и с необходимостью законодательного обоснования применения современных окон, изготавливаемых по зарубежным технологиям и с использованием импортируемых комплектующих.

И в России, и на Западе этот процесс привел не только к разработке новых стандартов и строительных норм, но и к появлению принципиально новых энерго-сберегающих материалов и технологий. Позволим себе остановиться на некоторых из них.

Стекло и стеклопакеты

На одном из первых мест находятся, без сомнения, стекла с низкоэмиссионными теплоотражающими покрытиями. Разработка и промышленное внедрение различных вариантов таких стекол позволили значительно (в 1,5–2 раза) повысить сопротивление теплопередаче стеклопакетов и соответственно снизить теплопотери через окна. В настоящее время более 70% всех окон, выпускаемых в промышленно развитых странах, оборудуются такими стеклами. В России несмотря на то что, в соответствии с действующими нормативными документами, теплотехнические требования к окнам достаточно высоки, стекла с теплоотражающими покрытиями применяются не так широко. По нашим оценкам, их применяют в 7–10% случаев. Однако этот процент постоянно увеличивается и — при активной работе — мы рассчитываем, что к 2010 г. более 30% российских окон будут выпускаться с теплоотражающими стеклами. Тем более что в России все больше стало появляться производств, выпускающих такие светопрозрачные конструкции. Да и при сегодняшних ценах на стекло это дешевле и лучше [3].

Как только решились проблемы с центром остекления, значительные усилия были направлены на то, чтобы снизить теплопотери через крайние зоны стеклопакетов. В настоящее время все большее применение находят такие дистанционные рамки, как Thermix, TPS и ряд других.

Сейчас на российском рынке представлены практически все известные технологии производства стеклопакетов:
 -  технология двухстадийной герметизации (подавляющая часть производителей стеклопакетов);
 -  технология с применением ленты Swiggle Strip;
 -  технология TPS (Thermo Plastic Spacer);
 -  технология Heat Mirror («тепловое зеркало»);
 -  стеклопакеты с электронагревом;
 -  вакуумированные стеклопакеты.
 
Повышение теплотехнических характеристик элементов окон коснулось и профилей.

Дерево. Увеличивается размер рамных элементов деревянных окон. Западноевропейский рынок ужесточил требования к ширине оконного профиля из дерева. Так, Германия — страна со значительно более мягким климатом — в соответствии с новыми требованиями в 2001 г. перешла с профиля IV 68 на IV 78.

ПВХ. Среди основных тенденций в развитии профильных систем из ПВХ — увеличение числа камер до 4–6 с соответствующим увеличением толщины профилей (до 70 мм и более). Этим достигается повышение теплофизических характеристик (хотя следует отметить и неадекватное увеличению цены). Применение широкой, т. н. «русской», коробки устраняет вероятность промерзания окон в местах откосов. Переход на три контура уплотнителей позволяет повысить звуко- и теплоизоляцию. В настоящее время практически все фирмы предлагают на рынке несколько серий профилей — от стандартных до утепленных, разработанных специально для российских природно-климатических условий. Последние разработки — заполнение камер теплоизолирующими материалами и использование композитных материалов для изготовления усилительных элементов.

Алюминиевые профильные системы. Значительно увеличились термовставки у алюминиевых профилей, и многие фирмы стали использовать эффективные материалы для заполнения воздушного пространства термовставок.

Эти и многие другие разработки позволили значительно увеличить сопротивление теплопередаче у окон, применяемых в массовом строительстве.
Благодаря разработанным и утвержденным в России СНиП II-3-79*, СНиП 23-02-2003 и ряду ГОСТов были установлены довольно высокие требования к светопрозрачным конструкциям. По некоторым показателям они соответствуют или даже превышают европейские требования. Кроме того, некоторые региональные администрации, например, Москвы и Самары, установили для окон еще более высокие, минимально необходимые сопротивления теплопередаче. Так, если для Москвы в соответствии со СНиП II-3-79* для жилых зданий требуется сопротивление теплопередаче окон 0,54 кв. м 0С/Вт, то в соответствии с МГСН «Энергосбережение в строительстве» необходимо уже 0,56 кв. м 0С/Вт. При этом руководители строительного комплекса Москвы заявили о переходе в ближайшие годы на еще более высокие показатели — 0,7–0,8 кв. м 0С/Вт.

И это вполне объяснимо. В условиях постоянного повышения тарифов на электрическую и тепловую энергии, необходимости перехода после 2007 г. к полной оплате населением эксплуатационных затрат улучшение теплотехнических характеристик окон является одним из наиболее эффективных способов решения подобных проблем. Не многие понимают также, что использование окон с высокими теплотехническими показателями в зданиях с централизованными системами отопления и кондиционирования воздуха позволяет значительно снизить и капитальные затраты — за счет использования менее мощного инженерного оборудования. К сожалению, с таким грамотным подходом приходилось сталкиваться только при проектировании зданий зарубежными архитектурными и инженерными фирмами.

Безопасность

До последнего времени при упоминании термина «безопасное остекление» и специалисты, и потребители окон понимали не так уж много — противодействие ветровым нагрузкам и несанкционированному проникновению, неразрушение светопрозрачных конструкций при воздействии снеговых нагрузок (в основном для атриумов и зимних садов). Однакопосле ряда террористических актов и техногенных катастроф, которые произошли в мире в конце прошлого — начале этого века, было установлено, что более 85% пострадавших изувечены осколками стекла. Причем в некоторых случаях, например при взрыве офисного здания в Оклахома-Сити (США), осколки стекла ранили людей на расстоянии более 3 км от эпицентра взрыва.

 В настоящее время в большинстве стран Запада приняты специальные нормы, регламентирующие требования к окнам тех зданий, которые могут стать объектом террористической атаки, техногенной или природной катастрофы, а также к светопрозрачным конструкциям, установленным в зданиях с большим скоплением людей (рынки, вокзалы, аэропорты и пр.). В 2003 г.аналогичные нормативные документы разработаны и в России [4].
 
Как правило, в подобных нормативных документах устанавливается 3–5 уровней защиты объектов — в зависимости от их значимости, наличия большого скопления людей, возможности проведения террористических актов, характеристик технологических процессов, в них происходящих. Для каждого из уровней защиты объектов устанавливается предельно допустимая нагрузка по пиковому давлению, длительности импульса взрывной ударной волны (ВУВ) или величине удельного импульса ВУВ. В соответствии с предполагаемой угрозой и необходимым уровнем защиты объекта определяются классы взрывобезопасных светопрозрачных конструкций (ВБСК), которые рекомендуется устанавливать в тех или иных зданиях.

При этом не следует понимать, что ВБСК не разрушатся при воздействии на него взрывной ударной волны, как это предполагается, например, при проектировании конструкций на противодействие ветровым или снеговым нагрузкам. Взрывобез-опасные светопрозрачные конструкции должны свести к минимуму риск поражения людей, находящихся в зоне взрыва — внутри зданий или снаружи.

Как уже упоминалось, пионерами в разработке соответствующих требований к светопрозрачным конструкциям стали США (после взрывов в Оклахома-Сити в 1996 г., американских посольств в ряде африканских стран в 1996–1998 гг., постоянных угроз террористических актов против официальных организаций как в США, так и за их рубежами; в скобках вспомним и полуанекдотичную атаку посольства США в Москве с помощью гранатомета «Муха» со стороны Садового кольца, кажется, в 1999 г.).

В 1998 г. Администрация по обслуживанию федеральных зданий (GeneralService Administration — GSA) ввела в действие соответствующий документ по проектированию таких зданий, включая и требования к светопрозрачным конструкциям подобных объектов [5]. Следует отметить, что выходу этого документа сопутствовала настоящая паранойя. По нашим сведениям, в 1997–1999 гг. над проблемой защиты федеральных зданий работало более 150 научных и промышленных групп, которые, естественно, часто дублировали друг друга. Денег не считали. Кстати, их количество не разглашается, — вероятно, «большой секрет». Однако результат был достигнут: принят первый в современной практике строительства нормативный документ, который направлен на защиту обитателей федеральных зданий от террористических актов и воздействия на них осколков стекла.

Табл. 1. Инциденты со взрывами и взрывчатыми веществами в США (1993–1997 гг.)

Вид происшествия	Всего случаев	Число раненых	Число убитых	Ущерб ($)
Взрывы бомб
• неудавшиеся попытки	2 295	7	13	195
• реализованные теракты	8 056	2 773	329	621 198 099
Поджоги с использованием взрывчатых веществ
• неудавшиеся попытки	901	-	-	350
• реализованные поджоги	2 308	192	35	24 749 148
Случайные взрывы	150	513	101	34 932 299
Количество случаев конфискации взрывчатых веществ
• при обыске	816	-	-	-
• в других случаях	7 553	-	-	-
Количество случаев хищения взрывчатых веществ
-	426	-	-	-
ВСЕГО	22 505	3 485	478	680 880 091

Американцы же первыми и подсчитали эффективность антитеррористической защиты зданий. приведенные в таблице 1 данные мы получили не совсем легальным способом, в связи с чем не будем указывать источник этой информации (без всяких сомнений — печатный), однако за достоверность полученных документов мы ручаемся.

Читатель, без сомнения, уже сделал свои выводы. Мы же позволим себе акцентировать внимание на некоторых цифрах.
1. Даже в США было предотвращено не более 25% всех попыток проведения террористических актов.
2. Мы не имеем информации о большинстве проведенных террактов, вероятно, то же самое происходит и в нашей стране.
3. Число погибших на порядок меньше, чем число раненых.
4. Экономический ущерб очень велик, особенно очевидно это при сравнении затрат на подготовку террористических актов. По оценкам западных экспертов, стоимость атаки на здания Всемирного торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г. не превысила $150 000, тогда как только прямой ущерб (без выплат страховых сумм и стоимости восстановления зданий) превысил $20 млрд.

Введение специальных норм защиты федеральных зданий способствовало тому, что, по оценкам Администрации по обслуживанию федеральных зданий, предотвращенный ущерб за 1999–2000 гг. превысил $250 млн. (данные из того же информационного источника).

Проблема противодействия терроризму не обошла никого! В течение 90-х гг. прошлого века над ней работали и в европейских странах. В результате, как мы уже говорили выше, были разработаны как некоторые национальные, так и европейские нормы для взрывобезопасных светопрозрачных конструкций.
В Российской Федерации несмотря на давнюю проблему, связанную с Чечней, руки до защиты различных объектов от террористов дошли только в конце 2000 г. — после террористических актов на Пушкинской площади. Авторам данной статьи довелось принять участие в разработке Московских городских строительных норм «Взрывобезопасные светопрозрачные конструкции» в составе группы, в которую входили представители Госстроя РФ, ведущих институтов (МНИИТЭП, ЦНИИ Промзданий и Государственный институт стекла), а также ряда коммерческих («Соларекс», «Соларгард», «ВСТ–Спецтехника» и др.) и общественных организаций (АПРОК) под руководством Московского комитета по науке и технологиям (МКНТ).

Табл. 2. Перечень объектов, относимых к различным уровням защиты

Уровень защиты объекта	Максимальное значение комплексного воздействия ВУВ (Па∙с)	Объекты
I (низкий)	150	Здания детских дошкольных учреждений, школ, гимназий, лицеев, средних и высших учебных заведений, поликлиник, больниц, жилые здания, не расположенные на основных магистралях.
II (средний)	220	Торговые павильоны и сооружения оптовой и розничной торговли продуктовых и вещевых рынков, а также аналогичные сооружения в подземных и надземных (надводных) переходах, расположенные в центральной части города и иных местах массового пребывания людей в любое время суток и любой продолжительности, первые этажи жилых зданий, фасады которых выходят на центральные магистрали.
III (повышенный)	330	Торговые центры, магазины, рестораны, кафе, бары, казино, театры, кинотеатры, спортивные залы, закрытые плавательные бассейны и т. п. с установленными в них стеклами больших размеров (витринные), выходящими в места массового пребывания людей.
IV (высокий)	500	Наземные и подземные сооружения метрополитена (включая торговые), здания железнодорожных, речных, морских и аэровокзалов, имеющих большие остекленные поверхности, с внутренней или внешней стороны которых может образовываться массовое скопление людей.
V (очень высокий)	750	Здания, представляющие собой общегосударственную и историческую ценность.

В начале работы над Московскими городскими строительными нормами (МГСН) совместно с МКНТ было принято решение о том, что все здания должны быть распределены в соответствии с уровнями ответственности (табл. 2). К сожалению, эта таблица, как и договоренности, изменилась так, что узнать ее в представленном на утверждение г-на В. И. Ресина документе практически невозможно. В «уродовании» документа приняло участие большинство «пленочных» фирм (Бог им судья) [5].

При подготовке — в самой первой редакции — МГСН были предусмотрены следующие сценарии угроз (в соответствии с американскими и европейскими требованиями):
1. Террорист-одиночка: возможный объем взрывчатого вещества — до 2 кг тринитротолуола (ТНТ).
2. Легковой автомобиль: возможный объем взрывчатого вещества — до 100 кгТНТ.
3. Грузовой автомобиль: возможный объем взрывчатого вещества — до 1 000 кг ТНТ.

К сожалению, «у советских — собственная гордость», и все, что принято в цивилизованном мире, оказалось неприемлемым для отечественных фирм. Результат трехлетних работ — удручающий. Склоки, недоверие друг к другу; в итоге — документ, не устраивающий 99% фирм и неудовлетворительный по своей сути.

Хотя в первой редакции документа для облегчения работы окружных и городских комиссий по безопасному остеклению, которые совместно со спецслужбами и должны определять уровни необходимой защиты объектов, были установлены и расстояния от эпицентра возможного взрыва до фасада защищаемого здания (табл. 3). В ходе разработки отечественных норм для проектирования ВБСК были учтены все рекомендации отечественных и зарубежных специалистов и нормативных документов. В таблице 3 приведены данные о соответствии отечественных требований тем, которые установлены в зарубежных нормах. Нам удалось получить «автографы» всех фирм, участвовавших в разработке требований к ВБСК, и ввести в действие соответствующий ГОСТ [6], однако результат достигнут не был: до сих пор ситуация соответствует той, что в басне И. А. Крылова про лебедя, рака и щуку. На мой взгляд, от такой ситуации страдают как административные органы, так и фирмы-поставщики, и в первую очередь потребители.

Взрывобезопасное стекло в зависимости от способности воспринимать предельную величину удельного импульса взрывной ударной волны (динамическую нагрузку ВУВ), воздействующего на остекление, в соответствии с ГОСТ подразделяется на классы защиты К1–К14 (табл. 3).

Таблица 3. Классификация взрывобезопасных многослойных стекол

Класс защиты	Соответствие класса защиты по другим действующим документам и нормам	Масса заряда ТНТ (кг)	Расстояние от места возможного взрыва	Величина удельного импульса ВУВ (Па∙с)	Давление ВУВ (кПа)
К1	ДВ5*	2	23	10	6,5
К2	ДВ4	-	12	20	15
К3	ДВ3	-	9	35	25
К4	ДВ2	-	5	55	65
К5	ДВ1	-	3	100	200
К6	А**	100	45	150	20
К7	B	-	30	220	35
К8	С	-	20	330	65
К9	D	-	15	500	100
К10	Е	-	12	750	175
К11	ER1***	1 000	35	900	100
К12	ER2	-	30	1 500	150
К13	ER3	-	25	2 200	200
К14	ER4	-	20	3 200	250

Примечания:
* — РД 77-7399-02-2001 «Стекла защитные взрывобезопасные», ГУ ГО и ЧС Москвы.
** — Нормы General Service Administration, США.
*** — Нормы Европейского союза CEN.

Как видно из приведенной таблицы, мы учли все требования как европейских, так и американских норм. Конечно, подобный компромисс привел к резкому усложнению требований. Но на то он и компромисс. К сожалению, достижение и, в особенности, соблюдение договоренностей между фирмами, участвующими в программах «Безопасное остекление» в различных городах РФ, существенно отличается от договоренностей между сыновьями лейтенанта Шмидта («Золотой теленок», И. Ильф и Е. Петров). При необходимости я готов написать отдельную статью с упоминанием фирм и фамилий лиц, разрушивших договоренности. Часть из них сегодня за рубежом нашей замечательной Родины, часть — в розыске, некоторые пытаются заработать свои $30.

По заданию Московского комитета по науке и технологиям (МКНТ), ГО и ЧС Москвы в январе — мае 2002 г. были испытаны конструкции из стали, алюминия, стеклопластика, ПВХ и дерева. В качестве заполнения использовались простые стекла, стекла с пленками, закаленные стекла, стеклопакеты, поликарбонат.

Деревянные окна были разрушены (причем створки, попав в помещение, могли поразить находившихся там людей). ПВХ-окна разрушались и требовали дальнейшей замены, однако эти разрушения (системы запора, поворота, угловые соединения) не были фатальными для людей. При этом довольно любопытно, что стеклопакеты ведут себя по отношению к взрыву значительно лучше, чем обыкновенное стекло. А закаленное стекло хорошо показало себя в случае среднего взрыва.

После разработки МГСН «Взрывобезопасное остекление» предполагалось, что будет разработан и Свод правил, содержащий как рекомендации по использованию различных видов светопрозрачных конструкций при проектировании зданий того или иного класса устойчивости, так и указания по укреплению окон в существующих зданиях (оклейка пленкой, дополнительное укрепление рамных и створочных элементов и пр.). К сожалению, сделать это в Москве будет проблематично из-за несогласованности основных игроков на рынке без-опасного остекления. Надеюсь, что в регионах, особенно в Самаре, это будет сделать проще.

Оценивая опыт Европы и США, можно отметить, что это направление работы одно из самых актуальных и интересных.

Качество

Проблема качества светопрозрачных конструкций должна быть рассмотрена отдельно. Здесь же можно, пожалуй, отметить, что долговечность конструкций и фурнитуры, а также качество монтажа являются важнейшими составляющими безопасности светопрозрачных конструкций и их комфортности.

Литература
1. J. Carmody, S. Selkowitz, E. Lee, D. Arasteh, T. Willmert. Window Systems for High-PerformanceBuildings. — W. W. Norton & Company, 2004.
2. В. К. Савин. «Строительная физика. Энергоперенос. Энергоэффективность. Энергосбережение». — М.: «Лазурь», 2005.
3. А. В. Спиридонов. «Три или два». // «Светопрозрачные конструкции», № 3, 2003.
4. Проект МГСН «Взрывобезопасные светопрозрачные конструкции», 2003.
5. General Service Administration, 1998.
6. ГОСТ 30826-2001 «Стекло многослойное строительного назначения».

Автор: А. В. Спиридонов
Источник: "СтройПРОФИль" 6 (52) 2006