Утепление окон: монтажный шов, откосы и потери на продувание

Окно теряет тепло по двум независимым каналам: через заполнение и через неплотности монтажного шва. Это разные физические процессы, и путать их дорого: замена стеклопакета не помогает, если шов продувается, а ремонт шва не спасает, если стеклопакет однокамерный.

Ниже — как посчитать потери по каждому каналу, какие требования предъявляются к монтажному шву, как проверить окно на конденсат и когда замена действительно оправдана.

Два канала потерь

Через заполнение тепло уходит теплопроводностью: разница температур между комнатой и улицей гонит тепловой поток через стекло и профиль. Через шов уходит конвекцией: наружный воздух проникает в неплотности и уносит тепло.

Соотношение между каналами меняется в широких пределах. У окна с двухкамерным стеклопакетом и трёхслойным швом инфильтрация даёт 15–20 % потерь. У того же стеклопакета, задутого одной пеной, — 40–50 %.

Потери через заполнение

Теплопередача через окно считается так же, как через стену:

Сопротивление окна берут из паспорта или из таблицы по типу заполнения:

Нормируемое сопротивление определяется по градусо-суткам отопительного периода. Для средней полосы ГСОП около 4400–5000 °С·сут, и норма для окон жилых зданий составляет 0,52–0,56 м²·°С/Вт — это уровень обычного двухкамерного стеклопакета.

Инфильтрация через шов

Второй канал считается через давление и сопротивление воздухопроницанию.

Расчётное давление складывается из гравитационного и ветрового:

Плотность воздуха при разной температуре считается по формуле ρ = 353/(273 + t). При −25 °С она равна 1,42 кг/м³, при +22 °С — 1,19 кг/м³. Разница 0,23 кг/м³ на высоте 6 м даёт гравитационную составляющую около 0,76 Па. Ветровая при 5 м/с добавляет ещё 1,1 Па.

Дальше расход инфильтрации:

Требуемое сопротивление по СП 50.13330.2012 при нормативном расходе 6 кг/(м²·ч) и Δp₀ = 10 Па:

При расчётном давлении 2 Па норма даёт всего 0,05 м²·ч·Па/кг — величина небольшая, и большинство современных окон её проходят. Проблема не в норме, а в фактическом состоянии шва.

Числовой пример

Свои значения можно подставить в калькуляторе — он считает потери по обоим каналам, проверяет шов по нормативу, температуру стекла и окупаемость.

Дано: 20 м² двухкамерных стеклопакетов с R = 0,56, монтажный шов по ГОСТ, 2-й этаж, −25 °С на улице, +22 °С в доме, ветер 5 м/с, влажность 55 %.

Шаг 1. Потери через заполнение:

Q_ок = 20 · 47/0,56 = 1679 Вт

Шаг 2. Плотности воздуха:

ρ_н = 353/(273 − 25) = 1,424 кг/м³ ρ_в = 353/(273 + 22) = 1,197 кг/м³

Шаг 3. Гравитационное давление при высоте окна 6 м:

Δp_гр = 0,55 · 6 · (1,424 − 1,197) = 0,75 Па

Шаг 4. Ветровое давление:

Δp_вет = 0,03 · 1,424 · 25 = 1,07 Па

Шаг 5. Суммарное давление:

Δp = 0,75 + 1,07 = 1,82 Па

Шаг 6. Требуемое сопротивление воздухопроницанию:

R_и.норм = (1/6) · (1,82/10)^0,667 = 0,053 м²·ч·Па/кг

Шаг 7. Расход инфильтрации при сопротивлении шва 0,60:

G = 20 · √(1,82/0,60) = 20 · 1,74 = 34,8 кг/ч

Шаг 8. Потери на нагрев этого воздуха:

Q_инф = 34,8 · 1005 · 47/3600 = 456 Вт

Шаг 9. Суммарные потери:

Q = 1679 + 456 = 2135 Вт

Доля инфильтрации — 21 %. Это нормальное соотношение для качественного шва.

Шаг 10. Температура внутренней поверхности стекла:

t_п = 22 − 47 · 0,115/(0,56 + 0,115) = 22 − 8,0 = 14,0 °С

Точка росы при 22 °С и 55 % влажности — 12,5 °С. Поверхность теплее, конденсата нет. Запас всего 1,5 °С: при влажности 65 % точка росы поднимется до 15,3 °С, и конденсат появится.

Конденсат на стекле

Конденсат появляется, когда температура внутренней поверхности опускается ниже точки росы. Температура поверхности зависит от сопротивления окна и от того, насколько холодно на улице.

Расчёт ведётся для центра стекла. В краевой зоне, у дистанционной рамки, температура на 2–4 °С ниже — там конденсат появляется первым.

Второй источник конденсата — влажность. При 22 °С и 55 % точка росы 12,5 °С, при 70 % — уже 16,3 °С. Снижение влажности в доме на 15 процентных пунктов часто убирает конденсат полностью, без замены окон. Как это делается — в статье про точку росы.

Монтажный шов по ГОСТ 30971

Шов состоит из трёх функциональных слоёв, и каждый решает свою задачу.

Слои расположены именно в таком порядке, и порядок принципиален. Внутренний слой должен быть паронепроницаемым, наружный — паропроницаемым. Тогда влага, попавшая в пену, выходит наружу, а не накапливается.

Наружный слой может быть выполнен по-разному:

• ПСУЛ — предварительно сжатая уплотнительная лента, расширяется после установки и заполняет зазор;
• диффузионная лента — паропроницаемая мембрана, клеится на раму;
• штукатурный откос — при мокром фасаде слой штукатурки поверх пены.

Внутренний слой — пароизоляционная лента или герметик. Лента предпочтительнее: она остаётся эластичной и работает при подвижках рамы.

Утепление откосов

Наружные откосы обязательны, и их задача — не только декор.

Наружный откос защищает монтажный шов от дождя и косого ветра, а также формирует поток воздуха вдоль окна. Правильно сделанный откос имеет уклон от рамы вниз, чтобы вода стекала. Откос из металла с зазором и уплотнением работает лучше, чем откос, заштукатуренный вплотную к раме.

Внутренний откос промерзает, если сделан из гипсокартона без утепления. Гипсокартон сам по себе имеет малое сопротивление теплопередаче, а за ним часто находится зазор, через который идёт холодный воздух. Признак проблемы — конденсат и тёмные пятна по низу откоса.

Окупаемость замены

Замена окон — самое дорогое утепление в доме, и окупается оно хуже всех.

Вывод отрезвляющий: замена окон не окупается теплом. Даже при цене 2,5 рубля за киловатт-час срок окупаемости выходит за пределы срока службы окна.

Замена оправдана другими причинами: устранить конденсат и наледь, убрать шум с улицы, избавиться от продувания, повысить комфорт. Экономия тепла идёт бонусом, а не целью.

Частые ошибки

Замена стеклопакета при продувании. Инфильтрация определяется швом и притвором, а не стеклом. Новый стеклопакет в старую раму с плохим швом даёт потери выше, чем старый в хороший.

Пена без наружного слоя. Незащищённая пена разрушается за три-четыре года. Через пять лет шов представляет собой решето.

Пароизоляция снаружи. Обратный порядок слоёв превращает шов в ловушку для влаги. Пена намокает, промерзает и разрушается.

Откос из гипсокартона на клею. Работает как мостик холода, промерзает и даёт конденсат. Нужен утеплитель за откосом.

Герметизация всех щелей без притока. Дом становится герметичным, вентиляция перестаёт работать, влажность растёт, и конденсат переходит со стёкол на стены. После замены окон нужен организованный приток — разобран в статье про подпор воздуха для вытяжки.

Расчёт по центральной зоне стекла. Конденсат начинается в краевой зоне, где температура на 2–4 °С ниже. Проверять надо именно её.

Игнорирование влажности. При 70 % влажности конденсат будет даже на хорошем стеклопакете. Иногда дешевле решить вопрос вентиляцией, чем заменой окон.

Частые вопросы

Что теряет больше тепла — стеклопакет или монтажный шов?

Зависит от состояния шва. У окна с двухкамерным стеклопакетом и швом по ГОСТ на инфильтрацию приходится около 20 % потерь, а через заполнение уходит 80 %. У того же стеклопакета с плохо заделанным швом доля инфильтрации вырастает до 40–50 %, и суммарные потери оказываются выше, чем у старого деревянного окна с аккуратным швом.

Сколько слоёв должно быть в монтажном шве?

Три по ГОСТ 30971-2012: наружный паропроницаемый слой, центральный теплоизоляционный и внутренний пароизоляционный. Наружный слой защищает пену от воды и ультрафиолета, центральный даёт теплоизоляцию, внутренний не пускает влагу из помещения в пену. Отсутствие любого из трёх слоёв сокращает срок службы шва.

Почему на стекле образуется конденсат по краю?

Краевая зона стеклопакета холоднее центра: там стоит дистанционная рамка, которая работает как мостик холода. Температура внутренней поверхности в краевой зоне на 2–4 °С ниже, чем в центре. Если она опускается ниже точки росы, по краю выпадает конденсат и наледь.

Что даёт замена окон — окупается ли она?

Замена деревянных рам на двухкамерный стеклопакет со швом по ГОСТ снижает потери через окно примерно вдвое. Но стоимость замены 20 м² окон составляет 360 тысяч рублей, а экономия — около 10 тысяч рублей за сезон: окупаемость 30 с лишним лет. Замена оправдана комфортом и устранением конденсата, а не экономией.

Можно ли утеплить окна без замены?

Да, и часто это выгоднее. Ремонт монтажного шва с восстановлением трёх слоёв стоит в разы дешевле замены и убирает основную часть потерь на инфильтрацию. Дополнительно помогает установка уплотнителей в створки, замена штапиков и утепление откосов изнутри.

Нужно ли утеплять откосы?

Да, наружные откосы обязательно, а внутренние — при промерзании. Наружный откос защищает монтажный шов от воды и направляет поток воздуха вдоль окна; внутренний откос из гипсокартона без утепления промерзает, и на нём выпадает конденсат. Схема разобрана в статье про мостики холода.

Заключение

Окно теряет тепло двумя независимыми путями, и считать их надо раздельно. Через заполнение потери определяются сопротивлением стеклопакета, через шов — сопротивлением воздухопроницанию.

Порядок работы: определить площадь окон и тип заполнения, посчитать потери через заполнение и сравнить сопротивление с нормируемым по ГСОП, посчитать расчётное давление и расход инфильтрации, сравнить сопротивление шва с требуемым, проверить температуру внутренней поверхности против точки росы, оценить окупаемость.

Главное, что стоит запомнить: инфильтрация и теплопередача — разные каналы, и начинать надо с того, который в вашем случае больше. Дальше по цепочке: причины конденсата на окнах — в статье про конденсат на окнах; мостики холода в откосах — в статье про мостики холода; физика точки росы — в статье про точку росы; общие принципы утепления — в статье про утепление.