Проект : "Окошки тоже плачут".
проект по физике (9 класс)

МБОУ «Эртильская СОШ с УИОП»

Исследовательский проект

Тема: «Окошки тоже плачут…»

                                                     Выполнила: Лесных Валерия

                                                                                                  учащаяся 8 «Б» класса

                                            Руководитель: Жукова Г.И.

Эртиль- 2020 г.

Содержание

I.Введение. Актуальность проблемы. Цели и задачи проекта

II.Основная часть

1.Слёзы пластиковых окон

2.Условия для нормальной циркуляции воздуха в помещении

3.Инструментальные исследования микроклимата в помещениях

с «плакучими» окнами и параллельным мониторингом

погодных условий

4. Причины «слёз» пластиковых окон

5. Некоторые рекомендации исключения явления “плакучести” окон

III.Заключение

IV.Литература

V.Приложение

1.Введение. Актуальность проблемы.

За последние годы жители нашей страны повсеместно заменяют окна со старыми деревянными рамами на новые пластиковые окна. Несомненно, пластиковое окно имеет ряд преимуществ. Социологический опрос, проведённый нами в рамках работы над проектом, показал, что 67% обладателей пластиковых окон дают им положительную оценку. Благодаря пластиковым окнам они не слышат в квартирах уличного шума, в квартирах после установки таких окон стало зимой теплее, отсутствуют сквозняки. Хозяйки в один голос утверждали, что пластиковые окна избавили их от заботы утеплять на зиму окна. Они эстетично выглядит как внутри помещения, так и снаружи, а в квартирах создаёт уют. Стёкла пластиковых окон легко моются, удобно открываются для проветривания помещения. Но 33% из опрошенных отметили такой недостаток пластиковых окон, как запотевание вследствие образования конденсата, а в дальнейшем, образование на откосах из- за постоянного оседания конденсата плесени и грибка.

В нашей школе тоже несколько лет назад поменяли окна. Нас (учащихся и учителей) они тоже устраивали до первой зимы. С понижением температуры на улице, наши окна тоже стали запотевать, после чего «плакать», ну а в самые сильные морозы проказница зима стала оставлять свой след в виде красивейших узоров на окнах внутри помещения. Причём, старые окна эту «гламурность» не имели.

В рамках работы над проектом «Слёзы пластиковых окон», мы выясним причину этих слёз.

Гипотеза: запотевание окон зависит от погодных условий и их качественной установки в помещении

 Цель проекта: выяснить причину запотевания пластиковых окон.

Задачи проекта:

• Изучить техническую литературу по устройству пластиковых окон; выявить достоинства и недостатки оконных конструкций из ПВХ-профилей;

• Изучить документацию по установке пластиковых окон;
• Исследовать причину запотевания пластиковых окон;
• Дать рекомендации по устранению плакучести пластиковых окон.

2.Слёзы пластиковых окон.

Зима в большинстве районов России морозная. Столбик термометра зачастую опускается до отметки -30градусов и ниже. Именно при таких низких температурах и показывают свою эффективность окна из ПВХ, насколько реально они удобны и практичны при эксплуатации, как экономят тепло и электроэнергию, создают уют в жилых помещениях. Но существуют некоторые проблемы и у окон из ПВХ. .

Использование в новом строительстве и замена «старых» окон на энергоэффективные оконные конструкции позволяет вдвое сократить общие теплопотери, сохранить огромное количество газа, топлива, электроэнергии, но окна из ПВХ не могут решить проблемы правильной вентиляции и отопления помещений. Часто решив проблему старых окон (плохая теплозащита и звукоизоляция), потребители сталкиваются с новой – выпадение конденсата. Но гораздо хуже, когда влага оседает на откосах и стенах. Отсюда недалеко до плесени и грибка. При отрицательных пиковых температурах на нижней части стеклопакета появляется конденсат, (окна начинают плакать), потом – наледь, которая при повышении температуры на улице тает и вновь замерзает при ее снижении, при этом стекло примерзает к профилю. Начинают терять внешний вид оконные откосы, влага стекает на подоконники, далее на обои и т.д. Что же происходит? Неужели все уверения и обещания изготовителей окон – обман и недобросовестная реклама, а немалые средства потребителей, затраченные на приобретение и установку окон, потрачены зря?

В нашем городе существует очень много фирм оказывающих услуги по изготовлению и установке окон из ПВХ. Побеседовав с их представителями, мы выяснили, что проблема "плакучести" окон является достаточно актуальной и достаточно болезненной. Сотрудники некоторых предприятий сообщили, что иногда "плачут" окна в комнатах их собственных квартир, несмотря на то, что качество материала подтверждено сертификатами, а монтаж осуществляется сотрудниками этих фирм.

3.Условия для нормальной циркуляции воздуха в помещении.

В рамках работы над проектом, я посетила квартиры некоторых своих соседей, Первое, на что мы обратили внимание, осматривая квартиры, было то, что чаще всего в них нарушена циркуляция воздуха. Нередким является случай, когда "проблемные окна" завешены плотными шторами и гардинами. Иногда бывает достаточно просто раздвинуть шторы, и конденсат исчезает с поверхности стекла.

Очень распространенным является еще один случай нарушения циркуляции, когда на пути потока теплого воздуха люди ставят мебель. Несмотря на то, что батареи отопления расположены под окнами, в некоторых комнатах с "плакучими окнами" мы увидели, что прямо у радиатора отопления стоит телевизор, видеомагнитофон и другая аппаратура на ТВ-тумбе. Такая конструкция, конечно, мешает нормальной циркуляции воздуха. Эти две проблемы, которые можно легко устранить, жильцы создают себе сами, и решаются они сравнительно легко.

Но есть проблема, которая была получена по обоюдному согласию заказчик-подрядчик: при замене старых окон на новые, подоконники заменяют более удобными, т.е. более широкими. Помимо того, что сами эти подоконники затрудняют конвекцию горячего воздуха вдоль оконного стекла, на них часто устанавливают цветочные горшки, что конечно, усугубляет проблему, и нередко является последней каплей в нарушении температурно-влажностного режима.

Следующая, выявленная нами причина выпадения конденсата на окнах, не зависит ни от фирмы-подрядчика, ни от неправильной "эксплуатации" жилых помещений. Дело в том, что пластиковые окна намного герметичней деревянных и исключают все "лазейки" для проникновения холода, т.е. преграждают путь естественным сквознякам. В советские времена об этом помнили, в СНиПах даже был заложен норматив: воздух в помещениях должен полностью обновляться каждый час. Однако, эта проблема решалась весьма оригинальным способом: приток свежего воздуха в СНиПах предусматривался исключительно сквозь щели в оконных и дверных проемах. А вытяжка «отработанного» воздуха - через вентиляционные каналы кухонь и санузлов. Такая «щелевая» вентиляция, конечно, перестает работать при установке современного окна из ПВХ с герметичным многоконтурным уплотнением, которое исключает проникновение свежего уличного воздуха, воздухопроницаемость деревянных окон в реальной жизни (20 м3/час м2) почти в 12 раз выше, чем ПВХ-окон с двухкамерными стеклопакетами(1.73 м3/час м2). В результате такой высокой степени герметичности пластиковых окон насыщенный влагой воздух в помещении, почти не замещается свежим и более сухим, поэтому влага, ранее выходившая сквозь щели старых рам, может оседать в холодное время на поверхности окон внутри помещения.

Согласно ГОСТ 30494-96 "Здания жилые и общественные: в жилых помещениях относительная влажность воздуха должна составлять 30-65%, оптимальная – 55%. Допустимая температура воздуха в жилых помещениях может колебаться в пределах от 180С до 280С при оптимальной температуре 210С.

4.Инструментальные измерения микроклимата в помещениях с «плакучими» окнами с параллельным мониторингом погодных условий.

На следующем этапе моей работы я решила провести исследование микроклимата в "контролируемых помещениях" с помощью обычного бытового термометра и психрометра Августа. Для этого в динамике  я отследила температуру и относительную влажность воздуха в помещении с плакучими окнами параллельно фиксируя метеорологические параметры, т.е. температуру, осадки, ветер. Для чистоты эксперимента я выполнила замеры и в помещении, где конденсата на окнах не было. Для эксперимента отобрано в качестве объекта исследования 3 помещения: спальня, кухня квартиры и:зал квартиры

Было выполнено несколько замеров. Результаты оформлены в виде таблиц и приведены в приложениях.

Первые признаки плакучести появились 13 ноября при температуре +30С в дождливую погоду в объектах №1, 2, 3. Причем, в помещении №2 появилось легкое запотевание у основания окна, а в помещении №5 на каждом окне появились пятна размером 2 х 8 см. Примечательно, что нарушения циркуляции воздуха в этих помещениях нет, объект № 2 - это кухня, она регулярно проветривается через форточку, а во время приготовления пищи работает вытяжка; помещение № 1 - спальня, шторы на окне раздвинуты, проветривается достаточно регулярно, спортзал тоже регулярно проветривается.

2 декабря при температуре 00С, юго-восточном ветре 2-4 м/с, мокром снеге выяснилось, что появился конденсат в кабинете физики и кабинете математики. И сохранён конденсат по-прежнему в помещениях 1, 2, 5. Итак, на этот момент конденсат появился на всех проблемных окнах.

Так как микроклимат во всех помещениях остался почти таким же (температура комнатного воздуха 200С, относительная влажность воздуха 56-58%) мы поняли, что важную роль здесь сыграли погодные условия. Проанализировав расположение окон, мы сделали вывод, что окна «заплакали» из – за ветра (ветер дул прямо в окна), а также из-за нарушения циркуляции воздуха. А именно: в помещении №1 широкий подоконник препятствовал конвекции горячего воздуха вдоль стекла, а в помещении № 4 кроме того на подоконнике стояли горшки с цветами. Уже при температуре –14 0С (замер выполнялся 16 декабря) на всех контрольных окнах проблема плакучести была на лицо, причем в кабинете физики на стекле образовалась наледь чему видимо способствовал ветер, который дул в это окно.

30 января 2014 года температура уличного воздуха составила –320С, на улице дул юго-западный ветер с силой 7-10 м/с. В спортзале и кабинете физики появилась наледь на окнах. В других помещениях наледь отсутствовала, хотя окна по-прежнему были запотевшими. Как показал психрометр Августа, относительная влажность в этих помещениях составила 60%

Проведённые нами исследования подтвердили предположения о влиянии погодных условий на степень плакучести окон, но вместе с тем, на некоторых объектах, особенно в кабинете физики, наледь увеличивалась и в те дни, когда ветер не дул в это окно. Это навело на мысль, что причину следует искать не только в низких температурах уличного воздуха, осадках, силе и направлении ветра, но и, по-видимому, в самом окне.

Проанализировав все полученные наблюдения и результаты инструментальных исследований, я сделала следующие выводы:

• степень «плакучести» окон переменна от легкого запотевания до толстой наледи, промокания откосов и стен;
• как правило, нарушение циркуляции и вентиляции воздуха влечет резкое возрастание степени плакучести окон;
• выпадение конденсата зависит от температуры и влажности воздуха внутри помещения;
• степень плакучести напрямую зависит от погодных условий: температуры, осадков, ветра;
• несмотря на климатические условия и суровость зимы не все окна покрываются конденсатом (окна зала за весь период наблюдения оставались сухими).

Причины слёз пластиковых окон..

Но ведь «плачут» не все окна, и не по всей поверхности стекла, следовательно в некоторых местах стекло охлаждается сильнее, это возможно только в случае проникновения струйки холодного уличного воздуха к «проблемному» месту. Окна ПВХ должны быть герметичны и не должны пропускать никаких струек холодного воздуха. Но если присутствует конденсат на стекле, значит и есть щели в окне.

Итак, помимо вышеперечисленных объективных причин плакучести окон не зависящих от фирмы-подрядчика, к сожалению, имеют место субъективные причины, связанные с нарушением технологии изготовления и установки окон из ПВХ и поэтому следующим этапом исследования был поиск этих причин. занимающихся изготовлением и установкой пластиковых окон. Руководители фирм, занимающихся изготовлением и установкой пластиковых окон этих фирм уверено заверяют, что качество окон должно быть самым высоким, причем искренность этих заверений не вызывает сомнения, ведь плачут некоторые окна даже в их собственных квартирах. Признаваться в недобросовестном исполнении своих обязанностей никто не любит, но нам удалось побеседовать с некоторыми мастерами, которые достаточно искренне рассказали нарушения при установке окон и показали нам эти нарушения.

Процесс замены окон на пластиковые состоит из следующих этапов:

- замер необходимых параметров, т.е. длины, ширины, высоты окна;

- изготовление стеклопакетов;

- изготовление оконных рам;

-монтаж стеклопакета в оконную раму;

-установка окна;

Рассмотрим возможные нарушения, встречающиеся уже на первом этапе. Бывают случаи, когда замерщик выполняет замеры достаточно небрежно. В результате такой небрежности, изготавливается не соответствующее пролету пластиковое окно. Выявляется это несоответствие только при установке окна. Решить проблему мастера пытаются на месте, пользуясь монтажной пеной. При этом следует помнить, что монтажная пена имеет свойство расширяться, и слишком большой зазор может сделать пену более уязвимой к внешним факторам (ветер, песок, пыль), так как чересчур раздувшаяся пена обладает большей пористостью, чем должна согласно инструкции.

Рассмотрим теперь возможные нарушения технологического процесса изготовления стеклопакетов и оконных рам. Бытует мнение, что внутри стеклопакета должен быть вакуум, на самом же деле там не только нет вакуума, но и не всегда выдержана необходимая степень герметичности. Наиболее распространенным здесь является небрежное, а поэтому и некачественное использование уплотнительных резинок, которые проклеиваются по периметру стекла или пластика с целью обеспечения полной герметичности. Особенно аккуратно следует крепить резинки в углах, где они подрезаются под углом 450 и стыкуются по линии среза. На практике место подреза резинки и угол скоса этого среза часто определяется «на глазок», в результате чего образуются зазоры больше, чем допустимые, а это и есть щель - лазейка для холодного воздуха

Холодный уличный воздух, проникая через эту щель, охлаждает стеклопакет изнутри, следствием чего является повышение точки росы и выпадение конденсата на этой поверхности.

Иногда, стыкуя уплотнительную резинку в углах окна, мастер использует другой прием: резинки не срезаются под углом, а стыкуются в месте соединения в форме буквы «Г». Если стыковка выполнена недостаточно тщательно, то в этом месте также возможно возникновение нежелательного зазора, то есть щели-лазейки для холодного уличного воздуха. При этом, чем ниже температура воздуха на улице, тем интенсивнее инфильтрация через образовавшийся зазор, а ветер, особенно если он дует в направлении окна, значительно ускоряет этот процесс.

Иногда мастер не подрезает уплотнительную резинку, а просто грубо оборачивает ею углы по внутреннему и внешнему периметру окна. Этот прием, конечно, исключит нежелательные зазоры при подгонке уплотнителей по линии среза, но почти неизбежно обеспечивает щели - лазейки другого происхождения: в месте изгиба резинка просто приминается оконной рамой, и при этом теряется вся герметичность.

Рассмотрим теперь наиболее частые нарушения технологического процесса установки пластиковых окон. Очень часто, демонтировав старое деревянное окно, бригада обнаруживает оконные проемы «негеометрической» конфигурации. 

Назвать такой проем невозможно ни прямоугольником, ни даже трапецией, и как бы тщательно не выдерживались все этапы начиная от замеров и заканчивая изготовлением окна, вскрывшийся «сюрприз» перечеркивает жирной чертой всю тщательность выполнения этих этапов.

Прежде чем ставить пластиковое окно, подобные проемы следует подготовить, то есть подогнать его, например, с помощью песочно-цементного раствора, или влагоустойчивого гипсокартона так, чтобы зазор между окном и проемом был в допустимых пределах от 20мм до 35 мм. Но нередко бригада мастеров пренебрегает этим этапом, и просветы просто заполняются монтажной пеной.

Как уже отмечалось выше, основное свойство пены – расширятся до нужной пористости и при затвердевании фиксировать оконную раму. Если зазор, полученный в реальности, составит меньше 20 мм, то монтажная пена не достигнет предписанной инструкцией пористости. Если же зазор превысит допустимые 35 мм., то в процессе разбухания помимо излишней пористости чрезмерно вздувшейся пены, не исключено, что ее плотность окажется не равномерной. При эксплуатации такого окна с течением времени появятся трещины, пена быстро приходит в негодность, начинает крошиться, осыпаться, может отойти от откоса или оконной рамы, а степень его обледенения может быть очень высокой – до промерзания откоса части стены. В исследовательской части работы объект №1 вероятнее всего обладает именно таким дефектом.

Некоторые рекомендации исключения «плакучести» ПВХ-окон.

Итак, в процессе исследования, были выявлены следующие причины «плакучести» пластиковых окон: нарушение вентиляции и конвекции воздуха в помещении; ошибка мастера при выполнении замеров параметров окна; потеря герметичности за счет небрежного использования резиновых уплотнителей по углам стеклопакетов и форточек; нарушение технологии подготовки оконного проема к установке пластикового окна.

Исходя из вышеперечисленных выявленных причин плакучести окон, можно предложить рекомендации по предупреждению данного явления целой цепочке людей, в которую входят как изготовители, так и потребители. Причем некоторые рекомендации таковы, что говорить о них несерьезно, например, небрежная работа замерщика. Но несмотря на всю «несерьезность» этой рекомендации, пренебрежение ею ведет к очень серьезным нежелательным последствиям, т.к. изготовленное по неправильным размерам окно не подходит к проему. Учитывая высокую стоимость стеклопакета и фактор времени, вероятнее всего, фирма не будет изготавливать новое окно по уточненным размерам. Ошибка будет исправляться подгоном оконного проема с помощью монтажной пены. Возможные последствия данных незапланированных манипуляций описаны выше.

Так как в процессе исследования выяснилось, что самым распространенным нарушением технологического процесса изготовления окна является его некачественное герметизация резиновыми уплотнителями, то следующая рекомендация касается сотрудников фирм-изготовителей пластиковых окон. Было выяснено, что чаще всего холодный воздух проникает через уплотнительные резинки, поэтому вместо них лучше применять герметики последнего поколения, т.е. жидкие силиконовые уплотнители.

Самые тяжелые последствия влечет за собой нарушение технологии подготовки оконного проема к установке пластикового окна. Чаще всего образовавшиеся просветы заполняют монтажной пеной. Если образовавшийся зазор составит меньше 20мм или больше 30 мм, то пористость застывшей монтажной пены не будет отвечать предписанным инструкцией требованиям. Согласно инструкции, застывшая пена не только должна обеспечить хорошую герметичность, низкую степень теплопроводности, но и надежную фиксацию оконной рамы в проеме.

Как показала исследовательская часть нашей работы, сильное влияние на явление плакучести пластиковых окон оказывает нарушение вентиляции и конвекции воздуха в помещении. Дело в том, что за счет высокой герметичности ПВХ-окон инфильтрация воздуха через них в 12 раз меньше чем через щели деревянных окон. Кроме того, температура воздуха в комнате составляет порядка 24-250С, что способствует более интенсивному испарению. Образовавшиеся водяные пары выпадают в виде конденсата на самой холодной поверхности в помещении, т.е. на стеклах окон. Достаточно регулярно проветривать помещение, удаляя лишнюю влагу, и проблема решиться сама собой.

Работая над данной темой, мы изучали материал на сайтах, посвященных новшествам в сфере обслуживания окон, где нашли описание использования принципиально нового бытового прибора последнего поколения – рекуператора. Задача рекуператора – отобрать тепло у выходящего из дома «отработанного» воздуха и отдать его свежему, подогрев до приемлемой температуры. Но эта установка весьма дорогостоящая и поэтому в настоящее время еще не нашла широкого практического применения, даже в северных условиях.

Фирмы-изготовители также учитывают высокую степень герметичности пластиковых окон, и предлагают свои способы для проветривания помещений. Настоящее время разработаны так называемые «дышащие» окна. В конструкцию дышащих окон дополнительно введено специальное устройство, которое называется «дышащий клапан». Несовершенство этого устройства заключается в том, что оно работает не в автоматическом режиме, а все манипуляции необходимо проводить вручную. На сегодняшний день в нашем городе дышащие окна пока еще не пользуются популярностью, и можно порекомендовать при изготовлении окон-ПВХ ввести в практику использование данной технологии.

Заключение.

Пластиковые окна в последние годы пользуются большой популярностью. Они эстетичны, удобны и практичны при эксплуатации. Но, к сожалению, очень часто, со временем, на некоторых окнах начинает выпадать конденсат – окна «плачут». Проблема плакучести окон-ПВХ очень актуальна и до настоящего времени еще нет четкой концепции по ее устранению. Об этом говорит тот факт, что конденсат выпадает даже на окнах в квартирах руководителей и сотрудников фирм, занимающихся их изготовлением и установкой. Причем, качество исходного материала подтверждается сертификатами и причины для плакучести окон, по их мнению, отсутствуют.

В процессе исследования были рассмотрены условия для нормальной циркуляции воздуха в помещении, выполнены инструментальные исследования микроклимата в помещениях с «плакучими» окнами и параллельным мониторингом погодных условий, выявлены отдельные нарушения технологии изготовления и установки ПВХ-окон, предложены некоторые рекомендации исключения явления “плакучести” окон. Проанализировав все полученные в ходе исследования результаты, мы сделали следующие выводы :

• высокая герметичность окон-ПВХ играет как положительную(хорошая тепло- , звуко-изоляция) так и отрицательную роль: степень инфильтрации воздуха сведена практически к нулю;
• несмотря на заверения фирм-подрядчиков о высоком качестве пластиковых окон, нередки случаи нарушения технологии их изготовления и установки;
• самые тяжелые последствия влекут за собой нарушения технологии подготовки оконного проема к монтажу окна-ПВХ и технологии, и нарушение герметизации конструкции с помощью резиновых уплотнителей;
• значительно усугубляет проблему плакучести пластиковых окон нарушение циркуляции воздуха в помещении;
• причина запотевания окон и образования наледи в нашей школе = результат некачественной их установки.

Таблица наблюдений 

спальня

кухня

гостиная(зала)

№ 1 спальня

Дата 

Метеоролологические данные (температура, градус Цельсия) 

Микроклимат в помещениях (наличие осадков)

Циркуляция воздуха (ветер) 

Наличие конденсата на окнах (относительная влажность)

Примечание (Широкий под-ик, плотные шторы на окнах Легкое запотевание)

кухня

Есть вытяжка, регулярно проветривается

Легкое запотевание

Ветер в окно

Цветы на подоконнике.

-

гостиная(зала)

широкий подоконник с цветами

-

Ветер в окно

Приложение II.

Стекло на ощупь влажное

широкий подоконник с цветами.

-Ветер в окно

Приложение III.

Таблица наблюдений 16.12.2013

Наруш. циркуляци.воздуха

Легкое запот-е

Наледь в низу окна

Ветер в окно

Цветы на под.

Пятно 2х7

Пятно 4х8

Внизу окна

Ветер в окно

широкий подоконник с цветами.

Ветер в окно

Приложение IV.

Таблица наблюдений 30.01.2014

Наруш. циркуляци.воздуха

Легкое запот-е

Ветер в окно

запотевание

запотевание

Ветер в окно

Цветы на под.

маленькоепятнышко

наледь

Ветер в окно

широкий подоконник с цветами.

Ветер в окно

Типичная ошибка при стыковке уплотнительных резинок под углом 45 градусов

Типичная ошибка при стыковке уплотнительных резинок под углом 900.

Вид оконного проема при установке окна