Свет в окошке: наука поможет актуализировать нормативную базу для применения стекла в строительстве

Для начала измерим температуру!

Наиболее цитируемым выступлением на форуме стал доклад «Роль научных исследований в формировании нормативной документации в области светопрозрачных конструкций», сделанный кандидатом технических наук, руководителем НИЦ «Фасадные системы» НИУ МГСУ, руководителем ПК 24 ТК 465 «Строительство» Александром Константиновым. В нем ученый отметил, что в документах по проектированию, например, железобетонных или металлических конструкций у любого проектировщика есть исчерпывающий набор требований к проектированию, необходимым для этого исходным данным, методы и критерии расчета. Если же взглянуть на любой из многочисленных документов по светопрозрачным конструкциям, то такой ясности сейчас нет. Более того, в них можно обнаружить разночтения и даже противоречия. В результате на практике возникает множество вопросов, на которые вынуждены постоянно отвечать сотрудники НИУ МГСУ. Чтобы решить проблему в целом, руководство вуза приняло решение о развитии исследований в области светопрозрачных и фасадных конструкций.

В настоящее время за счет собственных средств университета, по внутренним грантам, а также за счет грантов Минобразования и средств производителей окон ведутся исследования по различным направлениям в этой сфере. Так, непосредственно Александр Константинов со своей командой занимается решением проблемы температурных деформаций окон, которые пока не закреплены в российской нормативной документации по светопрозрачным конструкциям. Как следствие, оконщики и производители оконных конструкций в своих расчетах часто не учитывают действие отрицательных температур зимой или солнечной радиации летом. Соответственно, когда окна зимой коробит, возникают проблемы со стыковыми соединениями. Обращаться за помощью в расчетах к заграничным коллегам бесполезно. Максимум, что сделали по этому поводу, например, немцы — выложили в открытый доступ рекомендации по температурной деформации Союза производителей окон и фасадов, в которых кроме общих качественных рекомендаций ничего нет.

Исследователи НИУ МГСУ уже немало продвинулись в этом направлении и получили интересные результаты. К примеру, номинальное значение воздухопроницаемости оконных блоков в лабораторных условиях определяется при +20°С, а при -45°С оно уже в пять раз меньше, что пока не учитывается в расчетах. Аналогичная ситуация с прогибами, которые тоже достаточно большие и сопоставимы с сильным ветром. Так, при -35°С прогиб соответствует нагрузке в 1200 Па. Снижается при отрицательных температурах и звукоизоляция, так как окна коробит и появляются щели.

Однако, как подчеркнул Александр Константинов, использовать результаты этих испытаний в проектировании невозможно. Каждый новый объект надо испытывать заново и использовать полученные результаты только для него. Поэтому, чтобы расширить скудный набор инструментов, имеющихся у проектировщиков, в НИУ МГСУ на протяжении трех лет стараются научиться прогнозировать прогибы оконных конструкций при температурных нагрузках, в частности, ПВХ-профилей с армирующим сердечником. Сейчас эта работа вышла на финишный этап. По словам Александра Константинова, она только на первый взгляд не представляет собой ничего сложного. Казалось бы, соединить пластик, стальной сердечник, крепеж, добавить фурнитуру и стеклопакет — вот и все окно ПВХ. «Но по факту, если это считать, ничего не получается. Очень, очень сложная конструкция. Поэтому приходится детально подходить к каждому элементу окна», — рассказал докладчик.

На данном этапе уже проработан ПВХ-профиль. Была разработана численная модель и затем на ее основе — метод расчета деформации оконного профиля. Для простых случаев, когда длина профиля невелика (1-1,5 м), можно использовать аналитические решения, дающие погрешность примерно 15% относительно эксперимента. Для более массивных и длинных конструкций разработаны упрощенные модели, которые можно «загнать» в любой расчетный комплекс, какими обычно пользуются проектировщики, и получить уже более точные решения — в пределах 10% от результатов эксперимента. «Мы это подтвердили на серии экспериментов и численных расчетов. Сейчас в этом плане мы, наверное, даже где-то на шаг впереди Германии. По крайней мере, в том плане, что у нас эти результаты исследований опубликованы, а у них нет. Поэтому, я считаю, первенство за нами», — заявил Александр Константинов.

Заманчивое предложение

Результаты исследований, о которых доложил Александр Константинов, обнадеживают и позволяют рассчитывать, что в недалеком будущем пробелы в нормативных требованиях к окнам и светопрозрачным конструкциям будут устранены. Тем более, что для этого, по словам докладчика, в НИУ МГСУ создана хорошая производственная база, а исследования по ряду направлений проводит коллектив, состоящий как из маститых академиков, так и из талантливой молодежи. Но одних усилий ученых для этого будет недостаточно. В этой связи Александр Константинов отметил, что требования к объектам капитального строительства, в том числе к окнам и светопрозрачным конструкциям, должны быть едины для всех, и методы их подтверждения, расчеты эксплуатационных характеристик, обеспечивающие эти базовые положения, тоже должны быть едиными. Поэтому было бы логично, если бы эти требования независимые научные организации определяли совместно с профессиональным сообществом.

Однако в этом взаимодействии пока не все так гладко, как хотелось бы. «Нормативных документов сейчас много делается, каждый год разрабатываются десятки ГОСТ национального, межгосударственного уровня. Но ситуация такая, что многие из них разрабатываются, грубо говоря, кулуарно. Большинство не знает, что документы сейчас находятся на общественном обсуждении, и не может внести свои предложения, поправки, замечания. И обнаруживаются какие-то критичные ошибки уже на последнем этапе, когда документ отдается в печать», — заявил Александр Константинов. Для координации работы над нормативными документами он предложил создать на базе НИУ МГСУ общественную площадку, на которой ученые и представители профессионального сообщества обсуждали бы проекты каждого нового документа, а по итогам этого обсуждения сотрудники университета и отраслевых институтов давали бы свои экспертные оценки и координировали общую работу над документами. «Без этого у нас ничего не получится», — уверен Александр Константинов.

От слов к делу

Участники форума горячо поддержали предложение о создании на базе стройуниверситета общественной площадки. Директор Центра по сертификации оконной и дверной техники, член ПК 24 ТК 465 Татьяна Власова подтвердила, что результаты первого этапа работ, о которых доложил Александр Константинов, уже готовы к обсуждению. Она подчеркнула, что финансирует эти работы компания VEKA rus. «Отныне все наши разработки, которые будут идти из ПК 24 ТК 465, будут идти на основе тех разработок, которые мы будем проводить на базе МГСУ», — заявила Татьяна Власова.

В свою очередь, специалист отдела объектного инжиниринга компании VEKA rus Александр Уланов обратил внимание участников дискуссии на то, что, хотя в нормативной документации, касающейся светопрозрачных конструкций, накопилось огромное количество противоречий, наука лишь недавно обратила на них внимание. А то, что научная общественность начала активную работу в этом направлении, произошло благодаря бизнесу. «Вода камень точит. Мы достучались, докричались, обозначили, что такие проблемы серьезные есть. НИУ МГСУ сейчас делает огромную работу — изучает, какова реальная теплофизика окна. Окно находится в глубокой нормативной яме. Я это говорю со всей ответственностью как эксперт по стандартизации», — заявил представитель производителя оконных систем. Подводя итог дискуссии, он сообщил, что его компания всячески поддерживает инициативу НИУ МГСУ по созданию диалоговой площадки и готова принимать активное участие в ее работе.

Эту идею полностью поддержал и модератор форума, президент Союза проектировщиков России Виктор Новоселов, предложивший обратиться в ФАУ ФЦС с просьбой о создании такой площадки на базе МГСУ и рассмотреть на ней вопрос о разработке нормативных документов по светопрозрачным конструкциям с использованием результатов научных исследований университета.

Справочно:

Организаторами IV международного форума «Светопрозрачные конструкции, окна, фасады, двери 2022» в рамках международной выставки «Мир стекла 2022» выступили Комитет ТПП РФ по предпринимательству в сфере строительства, Союз проектных организаций строительного комплекса РФ, Национальное объединение предприятий строительной индустрии, консалтинговая компания «СТРОЙБЕЗПОТЕРЬ».