Проектирование окон и их конструкция — нормы инсоляции

В прошлых номерах нашего журнала вы уже ознакомились с основными конструкциями дома- фундаментом, стенами, перекрытиями и крышей. Теперь рассмотрим элементы, связывающие интерьер с внешней средой. Поговорим об окнах.

Здоровая атмосфера в квартире во многом зависит от качества, размеров и расположения окон. Окно- один из незаменимых, и в то же время довольно дорогих архитектурно-конструктивных элементов дома. Его функции многообразны:

• Прежде всего, окно несет в помещение естественный, биологически важный для человека солнечный свет.
• Через окно осуществляется подача свежего воздуха (то есть проветривание помещения).
• В то же время застекленное окно, как и стена, должно защищать помещение от неблагоприятных внешних воздействий- дождя, снега, холодного воздуха, пыли, перегрева солнечными лучами, уличного шума.
• Глядя в окно, мы получаем информацию о том, что делается на улице, какая сегодня погода, так что оно- как бы инструмент общения с внешним миром. Такая многофункциональность требует, чтобы конструкция окна была прочной, удобной в эксплуатации, допускала возможность периодической чистки и мытья стекол.

Количество, размеры и конфигурация окон в значительной мере определяют степень комфорта квартиры, архитектурно-художественное решение интерьеров и фасадов зданий. Не следует забывать и об уменьшении расходов на искусственное освещение, которого можно достичь за счет рационально спроектированных окон. Очертания окон бывают горизонтальные, арочные, лучковые и др. Рисунки их переплетов также весьма разнообразны. Давайте же шире и подробнее рассмотрим проектирование и выбор окон, их конструкции, и прежде всего, влияние на естественную освещенность помещений.

В зависимости от расположения застекленных проемов естественное освещение может быть:

1. Боковым (односторонним или двухсторонним)- через окна или витражи.
2. Верхним- через застекленные фонари в перекрытиях, например, для освещения лестницы, расположенной в середине коттеджа; через окна, расположенные в верхней части стен, например, в местах перепада высоты перекрытий в смежных помещениях.
3. Комбинированным, через окна в скатных крышах мансардных помещений.

При расчетах естественной освещенности принимается, что данная точка "А" освещается равномерно рассеянным диффузным (прямое солнечное излучение не учитывается) светом небосвода. Эта величина непостоянна и зависит от природных условий, поэтому освещенность помещений принято обозначать не в абсолютных единицах (люксах), а в относительных- в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО)- е, который выражает в процентах отношение освещенности Е_вн данной точки А помещения к одновременной наружной ее освещенности Е_н (то есть, если бы не было стен, потолка, затеняющих соседних зданий, деревьев):

e=(Е_вн/Е_н)100%

По сравнению с освещенностью точки А, расположенной снаружи помещения, точка А внутри него будет освещаться только участком небосвода, видимым через окно, т.е. очень ограниченным световым потоком. По требуемой освещенности помещения делятся на несколько групп и разрядов, в зависимости от условий зрительной работы в них и имеют соответствующие нормативные значения КЕО. Например, при боковом освещении в точках, наиболее удаленных от окон, минимальное нормативное значение КЕО: для кабинетов черчения и рисования равно 1,6-2,0%; для детских комнат 1,2-1,5%, а для жилых помещений в 3раза меньше- 0,4-0,5%. Из этого следует, что освещать детские комнаты маленькими окнами не рекомендуется. Для некоторых помещений жилых домов (коридоры, санузлы) КЕО не нормируется, поэтому они могут не иметь естественного освещения и окна в них не обязательны. Отмечу, что проем в толстой стене, например кирпичной толщиной 510мм или 640мм с широкими боковыми откосами, где окна получаются как бы утопленными в нише, пропускает меньше света, чем проем той же площади в тонкой стене, где боковые откосы узкие.

Для характеристики качества освещения конкретного помещения необходимо учитывать следующие факторы: коэффициент неравномерности освещенности при боковом, верхнем или комбинированном освещении; коэффициент светового пропускания окна; свет, отраженный от стен, пола, потолка; затенение от противостоящих зданий и некоторые другие.

Все рассмотренные факторы существенно влияют на освещенность помещений, что, к сожалению, редко учитывается при проектировании и эксплуатации зданий, а также при ремонте и изменении материала, цвета и фактуры поверхностей окон, стен, потолков.

Несомненно, красота небольшого жилого дома во многом определяется его окнами. Чем больше окно, тем больше в комнате света и солнца, тем современнее выглядит здание. Конечно, все это должно соответствовать определенным пределам и пропорциям.

В жилых домах, с учетом небольших размеров комнат и видов работ, не связанных с напряжением зрения, размеры окон могут быть ориентировочно (нормы это допускают) определены по отношению площади окна к площади пола комнаты по простой геометрической формуле:

F_{окна треб.}=(1/ n)F_полам²

Иначе говоря, суммарная площадь окон (если их несколько в помещении) должна равняться 1:4 площади пола комнаты на первом этаже и 1:5-1:6 - на втором, не затененном деревьями и расположенном выше от земли.

По необходимости (например, сложная конфигурация гостиной) следует произвести расчеты по СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" с учетом указанных выше факторов и коэффициентов. Для квартиры в целом отношение площади световых проемов всех жилых комнат и кухни к площади пола этих помещений, как правило, не должно превышать 1:5,5. Адля отдельного помещения допускается минимальное соотношение 1:8.

Но тут вступают в действие другие факторы. Например, если по архитектурной композиции фасада при одинаковой высоте этажей окна второго этажа желательно сделать меньшими или большими, чем окна первого. Вбольшинстве случаев вопрос решается в пользу фасада. Однако следует иметь в виду, что теплоизоляционная способность у окон хуже, чем у стен (иногда в три раза), а устройство 1м² окна с двойным остеклением в деревянных переплетах стоит почти в 1,5раза дороже такого же участка теплой кирпичной стены, т.е. «дырка» обходится дороже «бублика».

Бытующее представление, что в окна уходит много тепла, не совсем верно. На самом деле, количество уходящего тепла зависит в основном от качества эластичных прокладок, заделки щелей между оконной коробкой и стеной, стыков стекол и переплетов. Так что это- одна из злободневных проблем качества строительства. Важно учитывать и ориентацию окон на ту или иную сторону горизонта, затененность деревьями, некоторые другие факторы, о чем будет сказано ниже. Ивсе же, как и любая крайность, увлечение слишком большими окнами нежелательно.

Сейчас разными фирмами предлагаются новые конструкции окон для жилых зданий, удобные, с хорошими эксплуатационными качествами. Они несколько дороже традиционных, вернее, консервативных, зато эти расходы оправдывают себя в дальнейшем.

Конструкция оконного блока обычно состоит из оконной коробки (или витражного обрамления) и вставленных в нее остекленных, открывающихся или глухих переплетов- створок. Большие окна (свыше 2-3м²) и витражи делятся на створки с помощью каркаса, состоящего из неподвижных вертикальных и горизонтальных брусков и стоек, которые увеличивают жесткость коробки и передают ветровую нагрузку на несущий остов здания.

Оконные коробки и переплеты, вместе составляющие оконные блоки, бывают деревянными (хвойные породы с влажностью не более 15-18%), металлическими (строительная черная и реже- нержавеющая сталь, сплавы алюминия), пластмассовыми, а также железобетонными (чаще применяются для производственных зданий) и комбинированными.

Стекло и обрамляющие его переплеты подвержены температурным деформациям, но имеют разные коэффициенты линейного расширения, поэтому в местах их соединений предусматривают зазоры, предотвращающие разрушение стекла от холодного металла или набухшей древесины. Зазоры заполняют упругими прокладками (морозостойкой резиной, замазкой и т.п.), компенсирующими разницу температурных деформаций и защищающими от инфильтрации (продуваемости).

Деревообрабатывающие предприятия и фирмы обычно продают стандартные прямоугольные оконные блоки, для защиты от увлажнения и гниения пропитанные антисептиком или обернутые по наружному контуру полоской рубероида или толя. Эти полоски крепятся тремя шурупами к каждой стороне блока. Блоки поставляются на стройку с заполнением и остеклением (толщиной 3, 4, 5мм). Деревянная коробка устанавливается в оконный проем и крепится гвоздями к деревянным пропитанным антисептиком пробкам размером приблизительно с кирпич, заложенным в кладку по 2-3 штуки с каждой вертикальной стороны проема. Укрепление коробки в кирпичной стене и защиту от дождя и инфильтрации обеспечивают также верхний и боковые выступы (четверти) в кладке стены и последующая штукатурка или облицовка откосов. Четверти образуются за счет ложковых кирпичей (их ширина 120мм), идущих со стороны фасада и как бы выдвинутых внутрь проема на одну четверть кирпича, то есть на 65мм. Скаждого откоса и сверху оконный проем со стороны фасада меньше, чем со стороны помещения. Аоконный блок получается заглубленным на ширину четверти по отношению к плоскости фасада. Иногда строители упрощают оконные проемы, выкладывая их без четвертей. Это значительно ослабляет крепление оконных блоков и увеличивает инфильтрацию и охлаждение помещений. Заглубление окон по отношению к фасаду в этом случае может быть на те же 120мм или больше. Внизу проема четверти не делают и у окна устанавливают подоконники обычно на высоте 700-900мм от пола комнаты. Монтаж оконных блоков необходимо вести с помощью уровня и отвеса, иначе возможны перекосы и трудности с подгонкой переплетов, что может привести к трещинам стекол. Вдеревянных брусчатых домах проемы окон делают на 1/20 их высоты больше, учитывая последующую осадку стен.

Верх окна следует максимально приблизить к потолку, оставив для перемычки 100-200мм - это обеспечит лучшую освещенность в глубине помещения.

Нижний наружный горизонтальный откос оконного проема делают как можно более крутым (примерно до20), чтобы на нем не залеживался снег, а капли дождя стекали наружу. Его цементируют и покрывают водосливом из оцинкованной кровельной стали или керамической плитки. Верхний край водослива следует заводить в паз нижнего бруса обвязки оконной коробки; его края должны быть подняты на 10-20мм по сторонам оконного проема, чтобы препятствовать увлажнению стен дождевой водой, обычно сгоняемой ветром к краю проема.

Различные способы крепления переплетов к оконным коробкам обусловливают варианты открывания окон: распашные- внутрь или наружу (преимущественно на первых этажах), поворотом по горизонтальной или по вертикальной оси. Впоследниегоды все шире применяются окна, створки которых можно открывать как вертикально- побоковой оси, так и горизонтально- понижней.

Переплеты лучше устраивать с наплавом, то есть с четвертью (1015мм), перекрывающей щель между переплетом и коробкой со стороны помещения. Для уменьшения инфильтрации и избежания образования конденсата на внутреннюю сторону наплава наклеивают резиновый, пластиковый или шерстяной шнур (уплотняющую прокладку). Такой переплет на зиму можно не заклеивать. Чаще всего переплеты открываются внутрь помещения, что обеспечивает простоту и безопасность мытья и смены стекол.

Глухие одинарные, неоткрывающиеся переплеты можно устраивать на холодных верандах, в неотапливаемых зданиях, а также в проемах внутренних стен.

По теплотехническим соображениям, а также для улучшения звукоизоляции, в оконных блоках устанавливают одно, два или три стекла. Двойное остекление наиболее распространено в средней полосе России- врайонах с зимними температурами до -26С - вспаренных переплетах; врайонах, где зимой от -26Cдо -31С - в раздельных переплетах. Тройное остекление характерно преимущественно для Сибири и северных районов. Впоследнее время для защиты от внешнего шума и сохранения тепла в доме окна с тройным остеклением применяют в зависимости от местных условий, в том числе и в средней полосе России.

Оконные коробки с двойными переплетами могут быть раздельными (втолстых стенах), составными (из примыкающих друг к другу брусков) и цельными (из одного бруска). Переплеты, в свою очередь, бывают раздельными с наружными (летними) и внутренними (зимними, в сельских домах снимаемыми на летний период) створками с расстоянием между ними 900-1300мм, а также спаренными, в которых наружная и внутренняя створки плотно примыкают друг к другу.

Окна со спаренными переплетами наиболее экономичны по расходу древесины, удобны при монтаже и в эксплуатации, пропускают примерно на 20% больше света, чем окна с раздельными переплетами. Чаще они применяются в современных домах.

В спаренных переплетах на коробку, состоящую из одного цельного бруска (60100мм), навешивают внутренний переплет, а наружный крепят к нему с помощью навесок и крючков. Разъединяют эти переплеты лишь для мытья стекол.

Для проветривания комнат служат небольшие открывающиеся створки- форточки и фрамуги. Последние лучше устанавливать в верхней части окна. При открывании на ее нижней горизонтальной оси это позволяет направить поток холодного воздуха к потолку. Устройство фрамуг особенно целесообразно в больших помещениях и там, где проветривание желательно вести постоянно и в присутствии людей (классы, детские комнаты, спальни, кухни).

Из-за индустриализации изготовления окон и по экономическим соображениям количество их типоразмеров ограничено. Стандартные окна, сделанные на заводе, имеют прямоугольную форму различных пропорций и размеров, относительно недороги, обладают высоким качеством, легко и быстро монтируются. Типоразмеры оконных блоков с деревянными переплетами назначаются с учетом стандартных размеров стекла, выпускаемого заводами, и кратны укрупненному строительному модулю 3М(300мм). Это дает возможность сочетания и блокировки окон разных размеров и пропорций в одном здании.

Маркировка стандартных окон (что важно знать при их покупке) проста. Так, окна со спаренными переплетами обозначаются буквами ОС, а с раздельными- ОР. Затем указываются номинальные модульные размеры окна в дециметрах: по высоте (от09 до18) и по ширине (от06 до21). Например, маркировка ОС 12-15 означает: окно со спаренными переплетами номинальной высотой 1200, шириной 1500мм, а ОР 15-12 - окно с раздельными переплетами высотой 1500, шириной 1200мм. Конструктивные размеры всегда меньше номинальных на величину нормативных швов и зазоров, что необходимо для установки блока в стену. Кроме того, конструктивные размеры окон ОС и ОР также имеют между собой небольшие различия. Размеры же оконных проемов несколько больше (вкирпичных стенах на 20мм) номинальных размеров оконных блоков. Делается это для того, чтобы предотвратить восприятие давления от осадки стен на окна, поэтому между оконными коробками и гранями стеновых проемов следует предусматривать зазоры: в кирпичных стенах по 20мм сверху и по бокам и 30мм снизу. Нижний зазор учитывает размещение подоконника. Затем зазоры конопатят антисептированной паклей и накрывают наличниками или штукатуркой откосов, что обеспечивает герметизацию и теплоустойчивость окна.

К сожалению в реальном строительстве размещение и размеры оконных проемов нередко значительно отличаются от запроектированных, а в излишне большие зазоры порой вкладывают доски, кирпичи, что в эксплуатации может привести к значительной продуваемости окон, которую почти невозможно ликвидировать. Поэтому рекомендую внимательно контролировать точность проектных размеров и их соблюдение при строительстве.

Так как окна одного размера отличаются рисунком створок, наличием форточек, верхних или нижних фрамуг и др., вконце маркировки соответственно добавляют буквы А, В, Е. Окна, выпускаемые зарубежными фирмами, имеют свою маркировку.

В коттеджных домах окна и витражи с металлическими переплетами устанавливают крайне редко. Их проектирование, изготовление и монтаж заказываются индивидуально. Они могут иметь разнообразные рисунки из алюминиевых или стальных легких профилей, штампованых или прокатных. Стальные элементы окон для защиты от коррозии оцинковывают или покрывают краской, например, перхлорвиниловой. Алюминиевые конструкции изящнее и эстетичнее стальных, обладают высокой прочностью и надежностью, лучшими эксплуатационными качествами. В этом материале мы не будем рассматривать армированные, пуленепробиваемые, узорчатые и другие виды стекол.

Возвращаясь к витражам, можно отметить, что иногда они (стекла толщиной 3-8мм) могут заменить целую стену, например, веранды, или образовать на фасаде ленточные горизонтальные или вертикальные полосы, в зависимости от назначения помещений и архитектурной композиции фасадов, а также желания композиционно связать интерьер с внешней средой. Чтобы избежать накопления тепла в помещении, следует подумать о солнцезащитных устройствах (козырьки, жалюзи), которые лучше разместить снаружи перед проемом или между стеклами.

В последнее время довольно большое распространение получили оконные блоки, выполненные из экологически чистых синтетических материалов, алюминия или дерева, предлагаемые отечественными и зарубежными фирмами. Эти окна отличаются высокой светопропускной эффективностью, высоким качеством, (даже в суровых климатических условиях), хорошим дизайном, простотой и надежностью в эксплуатации. Вних обычно применяются стеклопакеты, представляющие собой два или три полированных стекла толщиной 3-5мм, соединенные рамой толщиной около 70мм с синтетическими уплотнителями и термовкладышами из разных материалов у разных фирм-изготовителей.

Конструкция стеклопакета (прослойка между стеклами от8 до20мм) герметична, заполнена аргоном или другим инертным газом, обеспечивает повышенные звукоизоляцию и теплоизоляцию и исключает образование конденсата на стекле. Система с двумя стеклами называется однокамерным стеклопакетом, с тремя стеклами- двухкамерным. Мойка и очистка стекол производятся только с внешних сторон без раскрытия створок рам. Рамы же могут поворачиваться в двух плоскостях, легко и удобно открываться и закрываться с помощью поставляемой в комплекте фурнитуры.

Следует иметь в виду, что глухие окна с однокамерными стеклопакетами стоят примерно в 2раза дешевле окон с одноплоскостным открыванием и в 3раза- сдвухплоскостным открыванием.

При использовании современных пластиковых, металлических, деревянных окон изредка заказчики высказывают нарекания на выпадение конденсата и промерзание. Вбольшинстве случаев это является дефектом установки с нарушением технологии монтажа окон. Поэтому надо выбирать надежную фирму, имеющую опыт работы в наших условиях, лицензию на строительную деятельность и сертификат. Отмечу, что с января 1998года ГосстроемРФ введена обязательная сертификация всех окон, применяемых на территории России.

Обратимся еще к одному важному вопросу, к сожалению не всегда учитываемому при проектировании, строительстве и эксплуатации жилых зданий. Речь идет об инсоляции- прямом солнечном облучении зданий, помещений и территорий, оказывающей световое, ультрафиолетовое и тепловое (радиационное) воздействие. Световое и ультрафиолетовое облучение оказывает оздоровляющее, укрепляющее психофизиологическое воздействие на человека и бактерицидное на микроорганизмы в помещениях. Нормами проектирования регламентируется минимальная длительность прямого солнечного облучения.

Прошло около полувека со времени установления нормы непрерывной инсоляции жилых помещений. Она была определена опытным путем: микробы в питательном бульоне, выставленном на солнце, через 3часа погибали от воздействия ультрафиолетовых лучей. Такая трехчасовая инсоляция и была узаконена как гарантия домашней гигиены. Но уязвимость этого "микробного" аргумента очевидна. Ведь обеспечить облучение ультрафиолетовыми лучами всего пространства комнаты в течение 3часов, да еще непрерывно, практически невозможно. Ав осенне-зимний период, когда солнечных дней мало, а затенение от соседних домов? Много и других обстоятельств, под давлением которых норма была скорректирована. Исегодня непрерывная продолжительность инсоляции жилых помещений и территорий, расположенных южнее 58 северной широты, должна быть не менее 2,5часов в сутки на период с 22марта по 22сентября, а расположенных севернее 58- не менее 3часов в сутки на период с 22апреля до 22августа. Напомню, что Москва расположена на 56 северной широты (следовательно, необходимо 2,5часа инсоляции), Санкт-Петербург- на 60 (норма3часа).

Не следует думать, что это жесткая норма, ведь продолжительность инсоляции должна быть обеспечена не для всех комнат: водно-, двух- и трехкомнатных квартирах- не менее чем в одной комнате; в четырех-, пяти-, шестикомнатных- не менее, чем в двух. Предполагается, что это- детские комнаты. Ив самом деле, восприятие солнечных лучей намного приятнее и полезнее на прогулке в лесу, на садовом участке. Солнечные лучи в квартире не столько санитарно-гигиенический фактор, сколько удовольствие. Из сказанного следует, что расположение коттеджа на участке, как правило, допускает любую ориентацию фасадов, ибо одна-две комнаты всегда будут ориентированы на нужную сторону горизонта. Важно учесть и еще одну сторону инсоляции.

Нельзя допускать перегрева помещений и слепящего действия солнечных лучей, особенно опасных с юго-западной стороны горизонта, когда воздух за день накаляется, а стены прогреваются. Поэтому нормами установлено, чтобы в зданиях, проектируемых для строительства в районах со среднемесячной температурой июля +21С и выше, оконные проемы в жилых комнатах и кухнях, обращенных в пределах сектора горизонта 200-290, были оборудованы наружной регулируемой солнцезащитой. ВРоссии- это районы Астраханской, Волгоградской, Ростовской областей, Краснодарского и Ставропольского краев, некоторые другие территории. Адля средней полосы России, например, для Московской области, где среднемесячная температура июля +17...+18С, оборудование оконных проемов, ориентированных на нежелательную юго-западную сторону горизонта, наружными солнцезащитными устройствами не обязательно.

Умелое использование наружных солнцезащитных элементов, кроме их важного функционального значения, может придать более выразительное эстетическое решение фасаду загородного жилого дома.