Wydanie 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Większość drzwi w budynkach użyteczności publicznej (biurowce, domy towarowe, banki, dworce itp.) oraz budynkach zamieszkania zbiorowego (hotele, pensjonaty, domy wczasowe itp.) wyposażona jest w napęd mechaniczny, który automatycznie otwiera i zamyka skrzydło lub skrzydła drzwiowe. Ruch pieszy w wymienionych budynkach jest zazwyczaj bardzo duży, szczególnie więc ważnym zagadnieniem jest zastosowanie właściwego napędu.
Napęd i jego elementy
Wybór rodzaju napędu zależy od różnych kryteriów. Jako istotne czynniki wymieniane są: wywierana siła, częstotliwość otwierania i zamykania, wymagana prędkość robocza, reperkusje wynikające z przerw w zasilaniu prądem, pożądany komfort obsługi, możliwość sterowania ręcznego i automatycznego, niezawodność eksploatacji i bezpieczeństwo pracy.
Typowy napęd drzwi składa się z następujących podstawowych elementów:
- zespół napędowy,
- układ sterujący,
- system zabezpieczeń strefy działania,
- system awaryjny.
Występują trzy zasadnicze rodzaje napędów:
- napęd drzwi przesuwanych,
- napęd drzwi rozwieranych,
- napęd drzwi obrotowych.
Właściwy dobór automatycznego napędu do drzwi przesuwanych, rozwieranych lub obrotowych wymaga ustalenia cech przewidywanego użytkownika oraz dokładnych wymagań eksploatacyjnych i konstrukcyjnych. Napęd powinien więc być tak zaprojektowany i wykonany, aby był zdolny do poruszania i zatrzymywania skrzydła/skrzydeł drzwiowych w bezpieczny sposób, we wszystkich warunkach użytkowania. Powinien także zapewnić łatwość połączenia wszystkich związanych z tym urządzeń uruchamiających, zatrzymujących i zabezpieczających. Zespół napędowy, układ sterujący oraz system bezpieczeństwa powinny być tak zaprojektowane, aby spełniały wszystkie wymagania i postanowienia wynikające z przepisów, a szczególnie Dyrektyw, norm i warunków technicznych.
Automatyczne napędy do drzwi przesuwanych, rozwieranych i obrotowych podlegają także regulacjom prawnym dotyczącym wprowadzania do obrotu i stosowania wyrobów budowlanych, które zawarte są w Ustawie z dnia16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (Dz. U. Nr 92, poz. 881) oraz wynikających z niej rozporządzeń.
Dyrektywy związane z napędem do drzwi
Podstawowym dokumentem regulującym zagadnienia wyrobów budowlanych w Państwach Unii Europejskiej jest Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC z dnia 21.12.1988 r. w sprawie zbliżenia ustaw, rozporządzeń i przepisów administracyjnych państw członkowskich dotyczących wyrobów budowlanych. Dyrektywa ta, zwana w skrócie ''dyrektywą wyrobów budowlanych'' zawiera wymagania podstawowe dotyczące obiektów, które są uściślone oraz przenoszone na wymagania do wyrobów w dokumentach interpretacyjnych do dyrektywy.
W dokumentach interpretacyjnych znajduje się także definicja wyrobu budowlanego:
Wyrób wytwarzany w celu wbudowania w obiekt na stałe i jako taki wprowadzany na rynek (materiały, elementy budowlane i komponenty systemów prefabrykowanych lub instalacji).
Wbudowanie wyrobu w obiekt na stałe oznacza że:
- jego usunięcie obniża potencjalne właściwości użytkowe obiektu, oraz
- demontaż lub wymiana wyrobu są czynnościami z zakresu robót budowlanych.
Automatyczne napędy mechaniczne do drzwi odpowiadają powyższej definicji, powinny więc być zgodne z wymaganiami Dyrektywy 89/106/EEC.
Ponieważ w skład napędów drzwi wchodzą silniki elektryczne, przekładnie i urządzenia sterujące, to powinny także uwzględniać postanowienia:
- Dyrektywy 98/37/EEC Unii Europejskiej i Rady z dnia 22.06.1998 r. o zbliżeniu praw państw członkowskich odnoszących się do maszyn, zmienionej dyrektywą 98/79/EEC,
- Dyrektywy Rady 73/23/EEC z dnia 19.02.1973 r. o harmonizacji praw państw członkowskich dotyczących sprzętu elektrycznego przeznaczonego do stosowania w określonych granicach napięcia wraz ze zmianami do dyrektywy z dnia 22.07.1993 r. ,
- Dyrektywy Rady 89/336/EEC z dnia 3.05.1989 r. o zbliżeniu praw państw członkowskich dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej wraz ze zmianami do Dyrektywy z dnia 29.04.1991 r., 28.04.1992 r. i 22.07.1993 r.
Wszystkie powyżej wymienione dyrektywy zostały wprowadzone do polskiego systemu prawnego następującymi aktami prawnymi:
- Dyrektywa 89/106/EEC – ustawą z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (Dz. U. Nr 92, poz. 881),
- Dyrektywa 98/37/EEC – rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 10 kwietnia 2003 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa (Dz. U. Nr 91, poz. 858),
- Dyrektywa 73/23/EEC – rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 marca 2003 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla sprzętu elektrycznego (Dz. U. Nr 49, poz. 414),
- Dyrektywa 89/336/EEC – rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 2 kwietnia 2003 r. w sprawie dokonywania oceny zgodności aparatury z zasadniczymi wymaganiami dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej oraz sposobu jej znakowania (Dz. U. Nr 90, poz. 848).
Napędy drzwi powinny więc uwzględniać wymagania wszystkich czterech wymienionych dyrektyw. Często na napędach lub tylko na silnikach elektrycznych znajdują się znaki CE odnoszące się do Dyrektyw 98/37/EEC, 73/23/EEC i 89/336/EEC i na tej podstawie dostawca twierdzi, że wyrób jest dopuszczony do obrotu i stosowania w budownictwie. Nie jest to jednak twierdzenie uzasadnione, gdyż nie dokonano oceny zgodności z Dyrektywą 89/106/EEC (na wyroby budowlane).
Normy europejskie dotyczące napędów do drzwi
Szczegółowe wymagania dotyczące automatycznego napędu do drzwi uwzględniające postanowienia wynikające z dyrektyw ujęte są w następujących normach europejskich, wprowadzonych do Katalogu Polskich Norm:
- PN-EN 292-1 i 2 :2000 Maszyny. Bezpieczeństwo. Pojęcie podstawowe, ogólne zasady i wymagania. Część 1: Podstawowa terminologia, metodologia. Część 2: Zasady i wymagania techniczne.
- PN-EN 418:1999 Maszyny. Bezpieczeństwo. Wyposażenie do awaryjnego zatrzymywania: aspekty funkcjonalne. Zasady projektowania.
- PN-EN 954-1:1997 Bezpieczeństwo maszyn. Zasady projektowania systemów kontroli związanych z bezpieczeństwem kontroli.
- PN-EN 1050:1999 Maszyny. Bezpieczeństwo. Zasady oceny ryzyka.
- PN-EN 12978:2004 (U) Drzwi i bramy. Urządzenia zabezpieczające do drzwi i bram z napędem. Wymagania i metody badań.
- PN-EN 61000-6-1:2004 (U) Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-1: Normy ogólne. Wymagania dotyczące odporności w środowisku mieszkalnym, handlowym i lekko przemysłowym.
- PN-EN 61000-6-2:2002 (U) Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-2: Normy ogólne. Wymagania dotyczące odporności w środowisku przemysłowym.
- PN-EN 61000-6-3-2004 (U) Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-3: Normy ogólne. Wymagania dotyczące emisyjności w środowisku mieszkalnym, handlowym i lekko przemysłowym.
- PN-EN 61000-6-4:2002 (U) Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-4: Normy ogólne. Wymagania dotyczące emisyjności w środowisku przemysłowym.
- PN-EN 60335-1:1999 Bezpieczeństwo elektrycznych przyrządów do użytku domowego i podobnego. Wymagania ogólne.
- PN-EN 60335-2-103:2004 Elektryczny sprzęt do użytku domowego i podobnego. Bezpieczeństwo użytkowania. Część 2-103: Wymagania szczegółowe dotyczące układów napędowych do bram, drzwi i okien.
- PN-EN 60204-1:1997 Bezpieczeństwo maszyn. Wyposażenie elektryczne maszyn. Wymagania ogólne.
- PN-EN 55022:2000 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Dopuszczalne poziomy i metody pomiaru zakłóceń radioelektrycznych wytwarzanych przez urządzenia informatyczne.
- PN-EN 60704-1:2000 Elektryczne przyrządy do użytku domowego i podobnego. Procedura badania hałasu. Wymagania ogólne.
Najważniejsze jednak normy dotyczące bezpośrednio automatycznego napędu drzwi są jeszcze w opracowywaniu przez Komitet Techniczny TC33 Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego – CEN.
Są to następujące projekty norm europejskich (wg aktualnie dostępnych informacji):
- prEN 12650-1:2002 Okucia budowlane. Automatyczne systemy drzwi z napędem dla ruchu pieszego. Część 1: Wymagania do wyrobu i metody badań.
- prEN 12650-2:2002 Okucia budowlane. Automatyczne systemy drzwi z napędem dla ruchu pieszego. Część 2: Bezpieczeństwo przy drzwiach z napędem dla ruchu pieszego .
Powyższe normy dotyczą drzwi obrotowych, przesuwanych, rozwieranych i wahadłowych ze skrzydłem poruszanym poziomo i uruchamianych elektromechanicznie, elektrohydrauliczne lub pneumatycznie i zawierają:
- wymagania dotyczące konstrukcji i metod badań dla jednostek napędowych, skrzydeł i elementów składowych drzwi (Część 1),
- wymagania dotyczące projektowania instalacji, sprawdzania i badania oraz znakowania i rozruchu kompletnej instalacji drzwi (Część 2).
Warunki techniczne
Oprócz wymienionych norm uwzględniać należy w konstrukcji, wytwarzaniu i stosowaniu automatycznych napędów do drzwi obligatoryjne wymagania wynikające z przepisów techniczno-prawnych, w tym głównie z rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690 + zmiany).
Najważniejsze, z tych wymagań odnoszących się jednak bezpośrednio do drzwi to:
- wg § 62 ust. 2 W wejściach do budynku i ogólnodostępnych pomieszczeń użytkowych mogą być zastosowane drzwi obrotowe lub wahadłowe, pod warunkiem usytuowania przy nich drzwi rozwieranych lub rozsuwanych, przystosowanych do ruchu osób niepełnoprawnych, oraz spełnienia wymagań § 240,
- wg § 236 ust. 5 W wyjściu ewakuacyjnym z budynku dopuszcza się stosowanie drzwi rozsuwanych (przesuwanych) spełniających wymagania określone w § 240 ust. 4,
- wg § 240 ust. 3 Zabrania się stosowania do celów ewakuacji drzwi obrotowych ,
- wg § 240 ust. 4 Drzwi rozsuwane (przesuwane) mogą stanowić wyjścia na drogi ewakuacyjne, a także być stosowane na drogach ewakuacyjnych, jeżeli są przeznaczone nie tylko do celów ewakuacyjnych, a ich konstrukcja zapewnia:
1. otwieranie automatyczne i ręczne bez możliwości ich blokowania,
2. samoczynne ich rozsunięcie i pozostawienie w pozycji otwartej w razie pożaru lub awarii drzwi.
Przykład automatycznego napędu drzwi przesuwanych
Ogólna charakterystyka
Opis napędu
Źródłem momentu obrotowego w napędach drzwi przesuwanych są silniki elektryczne prądu stałego, które mogą być dodatkowo wyposażone w przekładnie. Silniki napędzają za pomocą koła zębatego i paska zębatego wózki jezdne poruszające się po szynach aluminiowych lub z tworzywa sztucznego na kółkach ze wzmocnionego tworzywa sztucznego lub stalowych.
Układy sterowania napędami umożliwiają automatyczne lub ręczne (w przypadku nie zadziałania napędu elektrycznego) przesuwanie skrzydeł drzwiowych. W przypadku wystąpienia przeszkody w czasie zamykania układy sterujące powodują otwarcie drzwi, a następnie zamykanie przy zmniejszonej szybkości. W przypadku wykrycia przeszkody podczas otwierania drzwi układy sterujące powodują zatrzymanie się skrzydeł drzwiowych, a po określonym czasie ich zamknięcie. Ponowne otwieranie następujące przy zmniejszonej szybkości ruchu skrzydeł drzwiowych.
Napędy drzwi przesuwanych charakteryzuje:
- samouczący się układ sterowania mikroprocesorowego, spowalnianie ruchu skrzydeł drzwiowych w położeniach krańcowych dzięki pomiarowi drogi skrzydeł, wyłączanie napędu w położeniach krańcowych skrzydeł wywoływane przekroczeniem poziomu prądu i elektromagnetyczne ryglowanie wózków,
- możliwość otwierania awaryjnego w przypadku zaniku napięcia zasilającego napędu lub uszkodzenia silnika elektrycznego,
- bezpieczeństwo użytkowania w przypadku stosowania ich na drogach mogących między innymi spełniać rolę dróg ewakuacyjnych (napędy te nie mogą pełnić roli wyłącznie ewakuacyjnej), osiągnięte za pomocą okuć przeciwpanicznych.
Napędy drzwi przesuwanych mogą być wyposażone opcjonalnie w baterie akumulatorowe z kontrolerem ładowania wykorzystywane do zasilania napędu w przypadku braku zasilania sieciowego. Mogą być także wyposażone w nadzorowane linki gumowe, które zapewniają otwarcie drzwi także w przypadku awarii napędu np. jego blokady.
Większość mechanizmów jezdnych posiada stalowe rolki zamocowane na dwóch czopach i specjalnie utwardzoną cichobieżną szyną jezdną z tworzywa sztucznego, która jest zabezpieczona przed osadzeniem się na niej zanieczyszczeń lub rolki wykonane wzmocnionego tworzywa sztucznego poruszające się po szynach aluminiowych.
Części i podzespoły
Napęd przykładowych drzwi przesuwanych, przedstawiony na rysunku 1 składa się z następujących podzespołów:
1. belka nośna,
2. silnik,
3. panel sterowania,
4. koło napinające,
5. mocowania kółek jezdnych,
6. zamek elektromechaniczny,
7. pasek napędowy,
8. bateria akumulatorów,
9. wprowadzenie kabla,
10. uchwyt paska napędowego,
11. odbój końcowy,
12. zamek pokrywy,
13. podłączenie zasilania głównego,
14. pokrywa automatu,
15. zakończenie pokrywy,
16. aktywator UniScan (opcja),
17. selektor funkcji PS-5,
18. prowadzenie podłogowe.
Rys. 1. Przykładowy napęd drzwi przesuwanych – widok ogólny
Dane techniczne napędów
Stosowane w Polsce napędy do drzwi przesuwanych charakteryzują się przeważnie następującymi podstawowymi danymi technicznymi:
- napięcie sieci zasilającej: 230V, bezpiecznik 10AT
- pobór mocy: 125–250 W
- maksymalna masa skrzydeł: 200 kg
- szerokość otwierania: do 3000 mm
- prędkość zamykania i otwierania: 0,5 do 1,4 m/s (może być zmniejszona do 0,1 m/s)
- czas utrzymania w położeniu otwarcia: 0 – 60 s
- temperatura otoczenia: od -20°C do +50°C
- wilgotność względna: do 85% (bez kondensacji)
- wysokość maksymalna: 3000 mm
Ponadto napędy drzwi przesuwanych charakteryzuje m.in.:
- możliwość regulacji położenia skrzydła (skrzydeł) drzwiowych pod względem wysokości, długości i głębokości,
- ograniczenie siły nacisku i szybkości ruchu skrzydeł drzwiowych,
- zastosowanie w inteligentnych mikroprocesorowych układach sterowania magistrali CAN oraz mikroprocesorów z programowym watch-dogiem,
- zastosowanie modułów rozszerzających do sterowania awaryjnym otwieraniem lub zamykaniem drzwi w przypadku zaniku napięcia zasilającego oraz umożliwiających sygnalizację stanu pracy i błędów, monitorowanie baterii i synchronizację pracy automatów,
- sygnalizacja stanu i uszkodzeń diodami lub na wyświetlaczu alfanumerycznym,
- zespół otwierania ewakuacyjnego np. „antypanik”,
- możliwość integracji z systemem przeciwpożarowym i bezpieczeństwa budynku.
Zakres i warunki stosowania
Napędy drzwi przesuwanych służą do automatycznego przesuwania skrzydeł drzwiowych o ciężarze do 200 kg i maksymalnej łącznej powierzchni skrzydeł 12 m2.
Przeznaczone są do przemieszczania skrzydeł drzwiowych przesuwanych, montowanych w otworach ścian zewnętrznych i wewnętrznych, nowych lub modernizowanych budynków. W przypadku zamontowania skrzydeł drzwiowych w ścianie zewnętrznej napęd powinien być zainstalowany od strony wewnętrznej budynku.
Drzwi współpracujące z napędem powinny odpowiadać wymaganiom Polskich Norm lub posiadać Aprobatę Techniczną. Napędy te nie powinny być montowane z drzwiami przesuwanymi przeciwpożarowymi i/lub spełniającymi wyłącznie funkcję drzwi ewakuacyjnych.
Napędy drzwi przesuwanych mogą być montowane wewnątrz suchych pomieszczeń obiektów użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego oraz w licach ścian zewnętrznych. Drzwi jedno- lub dwuskrzydłowe, które mają współpracować z omawianymi napędami powinny odpowiadać wymaganiom określonym przez producenta napędu.
Materiał i sposób wykonania ścian i/lub nadproża powinny zapewnić pewne i bezpieczne zamocowanie napędów. Sterownik napędu umieszczany jest na ścianie z otworem drzwiowym lub w innym miejscu uzgodnionym z dostawcą tak, aby osoba obsługująca nie była narażona na kontakt ze skrzydłem (skrzydłami) drzwiowym. Zainstalowane napędy mają zabezpieczenia przed spadnięciem wózków z szyn i jego skutkami. Przełączniki urządzeń sterujących są tak usytuowane, aby osoba je obsługująca nie była narażona na kontakt ze skrzydłem (skrzydłami) drzwiowymi.
Napędy drzwi przesuwanych ze złączem wtykowym nie wymagają zainstalowania wyłącznika głównego, odcinającego dopływ energii elektrycznej, jeśli konstrukcja złącz wtykowych umożliwia ich zastosowanie jako wyłączników napędu. W przeciwnym przypadku instaluje się wyłącznik główny o prześwicie między stykami co najmniej 3 mm.
Rys. 2. Przykład określania niektórych warunków projektowania
i wbudowywania napędów drzwi jednoskrzydłowych (np. lewych)
A – szerokość otwarcia,
B – szerokość skrzydła drzwiowego,
L – długość napędu (obudowy),
L1 – długość belki nośnej,
K – odległość przesłon stałych.
Wymagania z zakresu wbudowania i montażu napędów drzwi przesuwanych
Podczas wbudowywania napędu należy zwrócić uwagę, czy odległość skrzydeł drzwiowych w skrajnych położeniach od przeszkód mechanicznych jest wystarczająca (ten sam moduł stosuje się dla jednego i dwóch skrzydeł drzwiowych, rys. 2). Prace montażowe należy prowadzić przy uwzględnieniu aktualnych wymagań i przepisów BHP oraz zgodnie ze współczesnymi zasadami techniki.
Montaż skompletowanego u producenta napędu może odbywać się jedynie po zakończeniu prac budowlanych i montażowych dotyczących otworów drzwiowych.
Napędy drzwi przesuwanych należy instalować dopiero po osuszeniu pomieszczeń danego obiektu, według instrukcji montażu wydanych lub zatwierdzonych przez producenta napędu.
Instalacja elektryczna, zarówno modernizowana, jak i nowa, powinna być wykonana zgodnie z Polskimi Normami i przepisami, dotyczącymi budowy, eksploatacji i bezpieczeństwa, obowiązującymi w dniu oddania drzwi przesuwanych z napędem do użytku. W szczególności instalacja i urządzenia elektryczne powinny zapewnić bezpieczeństwo użytkowania, a przede wszystkim ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi, powstaniem pożaru, wybuchem i innymi szkodami.
Możliwie jak największy zakres prac przygotowawczychi montażowych (łącznie z wyposażeniem opcjonalnym) powinno się wykonać w odpowiednio wyposażonym warsztacie.
Montaż napędu, układów związanych z bezpieczeństwem i wyposażenia opcjonalnego powinien odbywać się po odłączeniu od źródła zasilania w energię elektryczną.
Silniki napędów i elementy z nimi sprzężone powinny być tak zamocowane, aby były odpowiednio chronione i łatwo dostępne do kontroli, serwisu, adiustacji, osiowania, smarowania i wymiany. Skrzynki zaciskowe silników powinny być dostępne a tabliczki znamionowe silników (lub ich tabliczki zastępcze montowane w pobliżu silnika) widoczne.
Podczas montażu należy upewnić się, że elementy poruszające się, związane z silnikiem i powodujące zagrożenie są należycie osłonięte lub tak obudowane, aby wszelkie związane z ich ruchem zagrożenia były zminimalizowane (także podczas montażu, konserwacji i innych czynności wykonywanych na napędach przyłączonych do sieci).
Praca silników napędów i ich oprzyrządowania elektrycznego i elektronicznego w sieci o dużej zawartości wyższych harmonicznych w napięciu i/lub prądzie zasilającym nie powinna prowadzić do pogorszenia własności ruchowych i cieplnych napędów oraz zwiększonego niekorzystnego ich oddziaływania na wyżej wspomnianą sieć zasilającą.
Napędy drzwi przesuwanych należy instalować po wykonaniu wstępnych czynności przewidzianych w instrukcjach montażu.
W szczególności powinny być sprawdzone:
- wymiary w świetle,
- jakość wykonanych instalacji elektrycznych,
- wykończenie powierzchni i rodzaj materiału ścian,
- wypoziomowanie podłogi i nadproża (lub elementu odpowiadającego).
Podczas montażu należy zwrócić uwagę na zapewnienie możliwości wymontowania, przewidzianych w instrukcjach montażu i eksploatacji, elementów napędu.
Po zamontowaniu skrzydeł drzwiowych należy je sprawdzić pod kątem:
- łatwości przesuwania wózków na całej szerokości, bez zacięć i dużych oporów,
- sposobu zawieszenia skrzydeł drzwiowych.
Uruchomienie napędu należy dokonać po umocowaniu zderzaków i przewidzianych czujników.
Wymagania konstrukcyjne napędów drzwi przesuwanych
Napędy oraz elementy napędów, systemów kontroli ruchu i urządzeń bezpieczeństwa powinny spełniać wymagania projektów norm EN 12650-1 i EN 12650-2 i norm w nich powołanych oraz odpowiednich norm krajowych.
W szczególności są to wymagania podane poniżej:
- napędy powinny umożliwiać zatrzymanie skrzydeł drzwi w każdym położeniu, niezależnie od rodzaju sterowania. Nie powinien być możliwy niekontrolowany i niebezpieczny ruch skrzydeł,
- napędy powinny być wyposażone w urządzenia nadzorujące i sygnalizujące wystąpienia usterek bądź awarii, zabezpieczające przed zagrożeniem bezpieczeństwa osób,
- sterowania napędem powinno być możliwe tylko przez osoby do tego upoważnione,
- siły napędowe na krawędziach zamykania, mierzone zgodnie z projektem normy EN 12650-1, nie powinny przekraczać:
a) siła statyczna Fs=150 N,
b) siła dynamiczna Fd=1400 N (dla szerokości prześwitu otworu o wielkości powyżej 500 mm).
- napędy drzwi przesuwanych powinny w przypadku zaniku funkcji przesuwania automatycznego umożliwić ręczne otwarcie drzwi współpracujących z tym napędem, przy użyciu siły nie przekraczającej wartość 220 N,
- czas otwierania i zamykania skrzydła/skrzydeł drzwiowych z szybkością maksymalną do 80% szerokości przejścia nie powinien być mniejszy niż 3 sekundy,
- wymagania w zakresie ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym – według norm PN-EN 60335-2-103:2004, PN EN 60204-1:1997 i projekt normy EN 12650-1,
- wymagania w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej
--- wymagania ogólne (w zależności od środowiska) według norm PN-EN 61000-6-1:2002(U), PN-EN 61000-
6-2:2002(U), PN-EN 61000-6-3:2002(U) i PN-EN 61000-6-4:2002(U), emisyjność – klasa B według normy PN-EN 55022:2000, odporność na zakłócenia elektromagnetyczne według normy PN-EN 61000-6-1 (3):2002(U),
- wymagania w zakresie wytrzymałości na wibrację – wytrzymałość Fc według normy PN-EN 60068-2-6:2002,
- wymagania w zakresie akustycznym – poziom zakłóceń akustycznych napędów powinien odpowiadać wymaganiom normy PN-EN 60704-1:2000, przy czym nie powinien on przekraczać 55 dB,
- wymagania w zakresie hydrauliki (jeśli występują urządzenia hydrauliczne) – według normy PN-EN 982:1998,
- wymagania w zakresie pneumatyki (jeśli występują urządzenia pneumatyczne) – według normy PN-EN 983:1999,
- elementy systemów sterowania i zatrzymywania awaryjnego powinny być zgodne z wymaganiami i zasadami podawanymi w normach PN-EN 418:1999 oraz PN-EN 954-1:2001,
- napędy drzwi przesuwanych powinny wykonać bez utraty własności eksploatacyjnych i bez zwiększenia zagrożeń:
--- 106 cykli pracy skrzydeł drzwiowych w temperaturze +20 [±]5°C,
--- 103 cykli pracy skrzydeł drzwiowych w temperaturze-15 [±]3°C,
--- 103 cykli pracy skrzydeł drzwiowych w temperaturze +50 [±]5°C.
Rys. 3. Typowe rozwiązanie napędu do drzwi rozwieranych
Przykład automatycznego napędu drzwi rozwieranych
Ogólna charakterystyka
Opis napędu
W typowych rozwiązaniach źródłem napędu jest silnik elektryczny z pompą, który poprzez układ hydrauliczny i ramię (lub szynę ślizgową) dokonuje otwarcia skrzydła drzwi. Zamykanie skrzydła realizowane jest poprzez sprężynę i ramię (lub szynę ślizgową).
Zespół kontrolno-sterujący umożliwia automatyczne zatrzymanie skrzydeł drzwi (skrzydła) w położeniach skrajnych oraz w miejscach, w których w poprzednim cyklu pracy wystąpiła jakakolwiek przeszkoda w ruchu skrzydeł.
Napęd do drzwi rozwieranych przedstawiony na rysunku 3 składa się z następujących części i podzespołów:
1. układ hydrauliczno-sprężynowy,
2. zespół sterująco-kontrolny,
3. silnik z pompą,
4. ramiona,
5. przełącznik programów,
6. pokrywa napędu.
Przedstawione napędy realizują otwarcia drzwi poprzez układ elektrohydrauliczny, a zamykanie poprzez sprężynę i tłumienie hydrauliczne. Silnik elektryczny pracuje w sposób ciągły ze stałymi obrotami (także w czasie otwartych drzwi). Jeżeli zainstalowane jest urządzenie utrzymujące drzwi w stanie otwarcia, to silnik zostaje wyłączony a drzwi zatrzymują się w pozycji otwartej.
Szybkość otwierania i zamykania drzwi są regulowane hydraulicznie.
Dane techniczne napędów
Stosowanie w kraju napędy drzwi rozwieranych charakteryzują się przeważnie następującymi podstawowymi danymi technicznymi:
- napięcie zasilania 230 V
- maksymalny pobór mocy 250 W
- masa napędu ok. 20 kg
- masa skrzydeł do 250 kg
- czas otwierania 1,5–5 s
- czas zamykania 3–6 s
- czas utrzymania w stanie otwartym max 30 s
- temperatura otoczenia od -15°C do +40°C
- maksymalna szerokość skrzydła 1400 mm
- maksymalny kąt otwarcia 115°
Wyposażenie napędów
Napędy drzwi rozwieranych mogą być wyposażone w jeden z wariantów ramion:
- standard – ramię pchające,
- ramię równoległe (ramię ciągnące),
- szyna ślizgowa (układ pchający),
- szyna ślizgowa (układ ciągnący lub pchający).
Ponadto omawiane napędy wyposażone są w:
- czujnik obecności,
- radary,
fotokomórki,
- zamki elektromagnetyczne,
- funkcję „Impuls ręczny” (automatyczne otwieranie drzwi przy początkowym nacisku ręcznym na skrzydło drzwi),
- funkcję „docisku” (dodatkowa siła docisku, gdy na skrzydła działają siły pod – lub nadciśnieniowe, wiatry itp.),
- funkcja „zapamiętania stałego kąta otwarcia” (zaprogramowanie i zapamiętanie przez układ sterujący stałego kąta otwarcia do czasu nowego zaprogramowania ),
- przełącznik programów,
- odbiornik do zdalnego otwierania,
- regulator kolejności zamykania skrzydeł – zapewniający właściwą kolejność zamykania drzwi profilowych (dwuskrzydłowych),
- zabezpieczenie podczerwienią – listwy IRS.
Wymagania z zakresu wbudowania i montażu napędów drzwi rozwieranych
Napędy przeznaczone są do otwierania i zamykania skrzydeł drzwi zewnętrznych i wewnętrznych o różnym natężeniu ruchu. Skrzydła drzwi, które mają współpracować z napędami powinny odpowiadać wskazaniom producenta napędów (spełniać również wymagania Polskich Norm lub posiadać Aprobatę Techniczną).
Przełączniki urządzeń sterujących należy tak usytuować, aby osoba je obsługująca nie miała w tym czasie kontaktu ze skrzydłami drzwi (skrzydłem).
Napędy mogą być podłączone do sieci elektrycznej przy pomocy złącza wtykowego, umożliwiającego łatwe włączenie i wyłączenie z sieci (nie jest wówczas wymagane stosowanie wyłącznika).
Typowych napędów nie należy stosować:
- w pomieszczeniach o wilgotności względnej powyżej 85%,
- w miejscach, w których temperatura może osiągnąć wartość poniżej -15˚C i powyżej +40˚C,
- do skrzydeł drzwi, których masa i szerokość przekracza wartości podane przez producenta napędów.
Instalacja elektryczna napędów nie powinna być odłączana w porze nocnej.
Napędy należy stosować zgodnie z ich przeznaczeniem i nie dopuszczalne jest dokonywanie w nich żadnych modyfikacji przez osoby nieupoważnione.
Montaż napędów powinien być przeprowadzony przez upoważnionych pracowników – przy zachowaniu aktualnych wymagań i przepisów BHP oraz zgodnie z aktualnymi zasadami techniki.
Właściwa praca napędów zależy od staranności wykonania prac budowlanych i osadzenia drzwi o otworze drzwiowym, dlatego należy zwrócić uwagę na właściwe wyprowadzenie pionów i poziomów oraz płaszczyzn, w której będą poruszały się skrzydła drzwiowe. Przy montażu napędów należy zachować prostopadłość napędu do osi zawiasów.
Napędy należy montować po zakończeniu prac budowlanych i malarskich w tych pomieszczeniach.
Wymagania konstrukcyjne napędów drzwi rozwieranych
Wymagania konstrukcyjne automatycznych napędów do drzwi rozwieranych są podobne a często identyczne jak przy napędach do drzwi przesuwanych.
Specyficzne są tylko dwa przedstawione poniżej wymagania:
- Obszary wyzwalania i działania napędów oraz ruchu skrzydeł Obszar wyzwalania i działania napędu powinien odpowiadać obszarowi określonemu w instrukcjach montażu i regulacji układów wyzwalających. Obszar ruchu skrzydeł drzwiowych (skrzydła) może być ograniczony poziomymi listwami sensorowymi.
- Czas działania
Czas działania skrzydeł drzwiowych (skrzydła) do 80° kąta otwarcia oraz zamykania od kąta 90° do 10° nie powinien przekraczać 3 sekund.
Wprowadzenie napędów do drzwi do obrotu i stosowania w budownictwie
Producent napędów, który zamierza legalnie wprowadzać do obrotu swój wyrób, ma obowiązek wykazać, że wprowadzany napęd posiada właściwości odpowiednie do przeznaczenia i zakresu jego stosowania. Aby tego dowieść, producent powinien dokonać oceny zgodności wyrobu z odpowiednią specyfikacją techniczną, a następnie oznakować wyrób stosownym znakiem oraz wydać deklaracje zgodności, w której podane są informacje o wyrobie, przeznaczeniu i zakresie stosowania.
Dla przeprowadzenia oceny zgodności, w projekcie normy EN 12650-1:2002 podzielono automatyczne napędy do drzwi na klasy:
A – dotyczącą napędów do drzwi przeznaczonych do stosowania na drogach ewakuacyjnych i jako przeciwpożarowe,
B – dotyczącą napędów do drzwi przeznaczonych do zastosowań innych niż w klasie A.
Do napędów drzwi klasy A przewidziano system 1 oceny zgodności, w którym najpierw certyfikację zgodności wyrobu dokonuje akredytowana jednostka certyfikująca, a na tej podstawie producent wystawia deklarację zgodności.
Do napędów drzwi klasy B przewidziano system 3 oceny zgodności, w którym deklarowanie zgodności poprzez wystawienie deklaracji zgodności dokonuje producent.
Do czasu ustanowienia i wprowadzenia do katalogu Polskich Norm zharmonizowanej normy europejskiej wyrobu PN EN 12650, stosowanie w budownictwie napędów do drzwi automatycznych jest możliwe tylko po dokonaniu oceny zgodności przez producenta (przedstawiciela) i wydaniu krajowej deklaracji zgodności z aprobatą techniczną.
inż. Zbigniew Czajka
ITB Oddział Wielkopolski
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Nasze otoczenie jest co raz głośniejsze. Już nie tylko ruchliwe ulice, lotniska i linie kolejowe stanowią problem. Zaczyna nim być hałaśliwe tło dnia codziennego. Spycha ono ludzi w stres, jest często przyczyną wielu chorób psychicznych i fizycznych.
EUROLAMEX PHON jest skutecznym rozwiązaniem w walce z hałasem. Szkło laminowane specjalną folią, posiadającą własności tłumienia hałasu pozwala na zwiększenie zmierzonego tłumienia o przeciętnie 3 dB.
EUROLAMEX PHON może być przetwarzany jak zwykłe szkło laminowane VSG z zachowaniem podstawowej jego własności, tj. utrzymywania odłamków szkła przy rozbiciu. Jest zatem szkłem bezpiecznym. Może być stosowany zarówno jako szkło pojedyncze jak i w zespoleniach.
Cechy szkła EUROLAMEX:
Wysoka odporność na uderzenia
Szeroka możliwości dostosowania indywidualnych kryteriów bezpieczeństwa
Różnorodność zastosowań
Łatwość łączenia z funkcją ciepłochronną i przeciwsłoneczną
Cechy szkła EUROLAMEX PHON:
Wysokie tłumienie dźwięków
Kombinacja aspektów dźwiękochronności i bezpieczeństwa
Niezniekształcona przezierność.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Ustanowienie przez CEN nowych norm europejskich dotyczących uszczelek do okien i drzwi (EN 12365-1/4:2003) wprowadziło duże zamieszanie w interpretacji wymagań i stosowanych kryteriów oceny. Wymagania i nowa klasyfikacja dotycząca uszczelek budowlanych są poważnie zawężone w stosunku do powszechnie stosowanych dotąd norm ISO. Niniejszy artykuł rozpoczyna cykl poświecony uszczelkom budowlanym. Przedstawione zostaną problemy wynikające z dotychczasowych doświadczeń zastosowania różnych materiałów i ich właściwości, typów konstrukcyjnych uszczelek i ich zastosowań w powiązaniu z nowymi wymaganiami wynikającymi z wdrażania nowych norm europejskich.
Wprowadzenie
Aktualnie przygotowywane są do wdrożenia, krajowe projekty pakietu czterech norm europejskich dotyczących uszczelek i taśm uszczelniających do drzwi, okien, żaluzji i ścian osłonowych. Powyższy pakiet został już wdrożony do Polskich Norm w 2004 r. jako normy uznaniowe w języku oryginału.
Są to:
. PN-EN 12365-1:2004 (U) Okucia budowlane. Uszczelki i taśmy uszczelniające do drzwi, okien, żaluzji i ścian osłonowych. Część 1: Wymagania eksploatacyjne i klasyfikacja.
. PN-EN 12365-2:2004 (U) Część 2: Metoda badania liniowej siły ściskającej,
. PN-EN 12365-3:2004 (U) Część 3: Metoda badania powrotu poodkształceniowego,
. PN-EN 12365-4:2004 (U) Część 4: Metoda badania powrotu poodkształceniowego po przyspieszonym starzeniu.
Na uwagę zasługuje sam tytuł norm europejskich, w którym uszczelki budowlane zaliczone zostały do okuć budowlanych. Mimo to dalej pełnią funkcję uszczelnień oraz podkładek tłumiących drgania.
Wstępna analiza powyższych norm europejskich wskazuje, że nowych elementów jest więcej. Cały pakiet opiera się na przedstawieniu nowej klasyfikacji oraz zakresów wymagań eksploatacyjnych. Dla różnych zastosowań uszczelek podstawą badań i klasyfikacji są załączone w pakiecie trzy metody badawcze przedstawione w częściach 2-4. Uzupełnieniem metod badawczych jest wyszczególnienie sześciu klas dotyczących zakresów temperatur pracy uszczelek w celu określenia poziomu wymagań eksploatacyjnych.
Zakres temperatury pracy - wg przedstawionej w normie definicji - stanowią temperatury, w zakresie których możliwa jest prawidłowa eksploatacja uszczelki lub taśmy uszczelniającej.
W EN 12365-1 wyznaczono 6 klas dla różnych zakresów temperatur eksploatacji uszczelek:
. klasa 1: 0°C do +45°C;
. klasa 2: -10°C do +55°C;
. klasa 3: -20°C do +85°C;
. klasa 4: -25°C do +100°C;
. klasa 5: -40°C do +70°C;
. klasa 6: 0°C do +200°C.
Jest to nowe spojrzenie na zakres wymagań, jakie dotychczas stawiano uszczelkom budowlanym. Również nowością jest zapis dotyczący możliwości zastosowań różnych materiałów do produkcji uszczelek. W zakresie stosowania tych materiałów norma europejska nie wnosi żadnych ograniczeń. Z takiego założenia wynika wniosek, że klasyfikacja materiałów zastosowanych w produkcji uszczelek będzie wynikała jedynie ze spełnienia określonego zakresu temperatury pracy uszczelek.
Dotychczasowe wymagania dla materiałów do produkcji uszczelek budowlanych
Uszczelki zastosowane w stolarce otworowej mają zasadniczy wpływ na jej właściwą eksploatację przez zapewnienie wymagań podstawowych, wynikających z dyrektywy budowlanej, szczególnie w zakresie:
. oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród,
. ochrony przed hałasem i drganiami,
. odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych.
Spełnienie tych wymagań oznacza dobór właściwych materiałów do produkcji uszczelek, zapewniających nie tylko pożądaną elastyczność, ale również odporność na zmienne warunki atmosferyczne, długotrwałe obciążenia oraz starzenie klimatyczne.
Wykonanie uszczelek opiera się na wykorzystaniu różnych materiałów wielkocząsteczkowych, przede wszystkim z gumy lub tworzyw termoplastycznych.
Uszczelki gumowe
Guma stanowi tradycyjny już materiał uszczelniający, otrzymywany przez wulkanizację różnych rodzajów kauczuku małymi ilościami substancji wulkanizujących (siarka, nadtlenki) lub pod działaniem promieniowania o dużej energii.
Podwyższone wymagania trwałościowe mogą spełnić tylko wyroby gumowe pełne, o dobrym poziomie jakościowym, wolne od wyraźnych wad powierzchniowych: porowatości i nieregularności wymiarowych.
Uszczelki produkowane są najczęściej w kolorze czarnym, z uwagi na bardzo korzystny wpływ sadzy - napełniacza aktywnego – na parametry wytrzymałościowe. W przypadku innych kolorów należy przewidywać obniżenie właściwości wytrzymałościowych. Aktualnie wysokoaktywne krzemionki zastosowane jako napełniacze w wyrobach kolorowych są prawie porównywalne z aktywnymi sadzami, pod względem oddziaływania na twardość i wytrzymałość na rozciąganie wulkanizatu.
Jednak wysokoaktywne i półaktywne napełniacze mieszanek gumowych osłabiają bardziej niż sadza zdolność powrotu poodkształceniowego (powrót elastyczny), przy porównywalnych właściwościach wytrzymałościowych. Nieaktywne napełniacze jak baryt i kreda, nadają mieszankom gumowym dobrą zdolność powrotu elastycznego, za to obniżają wytrzymałość. Dodatek kredy w wytwarzaniu mieszanek gumowych może być regulatorem twardości, a przede wszystkim jego rola sprowadza się do obniżenia kosztów produkcji.
O jakości materiału do produkcji uszczelek decyduje wybór odpowiedniego rodzaju kauczuku lub ich mieszanin. Coraz mniejszą rolę spełniają typowe mieszanki gumowe, oparte na tradycyjnych układach wulkanizujących kauczuki. W przypadku produkcji uszczelek w postaci profili ciągłych (taśm) opieramy się głównie na typach kauczuków syntetycznych: nitrylowych, akrylowych, chloroprenowych (neoprenowych), silikonowych a przede wszystkim na grupie kauczuków etylenowo-propylenowych. Aktualnie cała produkcja uszczelek gumowych (wulkanizowanych) opiera się na bazie terpolimerów EPDM (etylenowo-propylenowodienowy elastomer).
Uszczelki z gumy EPDM
Kauczuk EPDM stanowi więc terpolimer składający się z mieszaniny monomerów etylenowo-propylenowych wzbogaconych o monomer dienowy oznaczony symbolem D. Zawartość składnika dienowego (zawierającego wiązania podwójne) w terpolimerze wynosi 2,5÷4%. Składnik dienowy kauczuku EPDM powoduje jego zdolność do sieciowania i umożliwia wulkanizację siarką i nadtlenkami.
Te dwa czynniki sieciujące wywierają znaczny wpływ na właściwości wulkanizatu oraz na metody jego przetwórstwa. Ponieważ cena kauczuku EPDM rośnie w miarę rosnącej zawartości wiązań podwójnych, z ekonomicznego punktu widzenia lepiej jest przy wyborze sieciowania nadtlenkowego w obecności siarki, stosować typy EPDM o małej zawartości wiązań podwójnych.
Zaletą sieciowania nadtlenkowego jest możliwość skrajnie szybkiej wulkanizacji (sieciowania) podczas wytłaczania profili uszczelek w wytłaczarce. Jednocześnie wyższy stopień sieciowania w mieszance na bazie EPDM powoduje wyższą stabilność cieplną otrzymanych wulkanizatów oraz wyższą odporność przy ściskaniu.
Ta ostatnia właściwość jest szczególnie cenna. Parametr ten stanowi jeden z ważniejszych wskaźników, charakteryzujących przydatność w eksploatacji wielu uszczelnień. Im wyższa jest odporność przy ściskaniu, tym większą otrzymujemy zdolność powrotu poodkształceniowego materiału do kształtu pierwotnego.
Główne zalety uszczelek z EPDM to duża odporność ozonowa i atmosferyczna. Z tych powodów uszczelki z gumy EPDM są szeroko wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym oraz w budownictwie. Jednak z uwagi na dużą sztywność uszczelki z gumy pełnej wykorzystywane są przede wszystkim do uszczelnień okien i drzwi metalowych (stalowych i aluminiowych) oraz jako uszczelki konstrukcyjne przy szkleniu oraz w ścianach osłonowych.
Uszczelki silikonowe
Obecnie trudno sobie wyobrazić proces szklenia i uszczelniania okien bez zastosowania kauczuków silikonowych, z uwagi na ich doskonałą przyczepność do szkła i innych materiałów. Najczęściej wykorzystywane są kauczuki jednoskładnikowe, sieciujące się bez ogrzewania pod wpływem wilgoci z powietrza. Używane są zamiast kitu do uszczelnienia z zewnątrz i wewnątrz styku między szybą a ramiakiem, w szybach zespolonych jako podwójne uszczelnienie na styku okapnika z listwą okapnikową oraz w budowie szklarni i fasad.
Podstawową zaletą kauczuków silikonowych jest odporność na wysoką i niską temperaturę (wieloletnia gwarancja na stosowanie w temperaturach -40÷100°C, krótkookresowa do temp. 200°C). Zaletą jest również odporność na starzenie się pod wpływem tlenu, ozonu i światła UV oraz silna adhezja do szkła i elementów metalowych. Poza tym uszczelki silikonowe wykorzystuje się do uszczelniania istniejącej i uszkodzonej stolarki okiennej o uniwersalnym kształcie rurki o różnych przekrojach.
Tego rodzaju uszczelki renowacyjne doskonale wypełniają zmienne luzy na obwodzie starych okien drewnianych. Decydując się na zastosowanie uszczelek z gumy silikonowej musimy pamiętać o stosunkowo słabej ich wytrzymałości mechanicznej i odporności na ścieranie a także małej odporności na działanie pary wodnej, olejów technicznych i wysokiej cenie (dwukrotnie wyższej od uszczelek z gumy chloroprenowej i EPDM).
Mała wytrzymałość na rozciąganie rekompensowana jest dobrą elastycznością (wydłużenie względne przy zerwaniu 150÷300%) i zachowaniu tego poziomu w bardzo szerokim zakresie temperatur. Należy jednak zaznaczyć, że właściwości mechaniczne gum otrzymanych przez sieciowanie na gorąco są znaczne wyższe niż sieciowanych na zimno.
Uszczelki z termoplastycznych tworzyw sztucznych
Uszczelki na bazie PVC
Do klasycznych uszczelek z termoplastycznych tworzyw sztucznych zaliczyć można uszczelki wykonane z plastyfikowanego polichlorku winylu. Aktualne wymagania dla uszczelek budowlanych spełniają jedynie dobre receptury modyfikowanego polichlorku winylu z mieszaninami kauczuków nitrylowych (PVC/NBR) jako środków plastyfikujących.
Termoplastyczne uszczelki wykonane na bazie plastyfikowanego polichlorku winylu są w stosunku do uszczelnień gumowych łatwiejsze w produkcji i tańsze.
Jednak takie wady jak mała odporność termiczna, sprężystość i zdolność utrzymania pierwotnego kształtu oraz duży skurcz termiczny powodują, że zastosowania uszczelek na bazie polichlorku winylu są mocno ograniczone. Najczęściej wykorzystywane są do produkcji uszczelek drzwiowych, bramowych, a także uszczelek przyszybowych w oknach.
Termoplastyczne kauczuki
Wymagania ochrony środowiska, poparte znikomym odzyskiem wulkanizowanych kauczuków sprzyjały zaistnieniu nowej generacji materiałów uszczelniających – termoplastycznych kauczuków. Materiały te oznaczane są symbolem TPE (termoplastyczne elastomery). Zbudowane są z polimerów lub mieszaniny polimerów, mających w temperaturze użytkowania właściwości podobne do właściwości gumy, które zanikają w temperaturze przerobu, dzięki czemu możliwe jest dalsze przetwórstwo, natomiast pojawiają się wówczas, gdy materiał powraca do temperatury, w której jest użytkowany.
Termoplastyczne kauczuki swój rozwój zawdzięczają unikalnemu sprzężeniu właściwości wulkanizowanych elastomerów z termoplastami. Podstawowe zalety nowej technologii to przetwórstwo charakterystyczne dla termoplastów, tzn. brak konieczności końcowej wulkanizacji i możliwość ponownego przetwarzania powstających odpadów.
Najlepiej poznane i szeroko wykorzystywane w produkcji uszczelek są termoplastyczne kauczuki na bazie styrenu TPE S. Bazą są najtańsze kopolimery SBS oraz bardzo elastyczne termoplastyczne kauczuki SEBS (styren-etylen-butadienstyren).
Również szeroko wykorzystywane są termoplastyczne elastomery TPE O stanowiące mieszanki tworzyw termoplastycznych takich jak polipropylen i kauczuk etylenowo-polipropylenowy.
Oprócz otrzymywania termoplastycznych kauczuków TPE, aktualnie rozwija się dziedzina otrzymywania mieszanin polimerów i stopów sieciowanych w warunkach dynamicznych. Materiały w ten sposób otrzymywane oznaczane są symbolem TPE V (termoplastyczne wulkanizaty).
Najbardziej znane produkty to mieszaniny polipropylenu z usieciowanym kauczukiem EPDM (PP/EPDM).
W ten sposób otrzymane termoplastyczne kauczuki charakteryzują się bardzo dobrą odpornością na czynniki atmosferyczne, stabilnością termiczną w połączeniu z odpornością na odkształcenia trwałe pod wpływem sił ściskających.
Bardzo dobre właściwości uszczelniające nowych materiałów nie pozbawione są pewnych wad. Przede wszystkim charakteryzują się mniejszą wytrzymałością w stosunku do wymagań zapisanych dla gum wulkanizowanych. Jednak parametr wytrzymałości na rozerwanie nie jest istotny w ocenie jakości produkowanych uszczelek do stolarki budowlanej i pominięty został w normach
europejskich.
Uszczelki porowate
Bardzo ważną grupę uszczelek budowlanych stanowią miękkie uszczelki otrzymane z porowatego EPDM. Ten typ uszczelek ma szczególne znaczenie przy renowacji i uszczelnianiu starego typu stolarki drewnianej, w tradycyjnych oknach bezuszczelkowych.
Powstające z biegiem lat użytkowania okien luzy, mogą być usunięte przez dobranie uszczelki o odpowiedniej grubości. Do uszczelnienia starych okien aktualnie proponuje się uszczelki z materiałów porowatych z warstwą samoprzylepną. Uszczelki te często posiadają dodatkowe zbrojenie taśmy klejącej włóknem szklanym lub siatką poliestrową, która ułatwia równomierne nałożenie warstwy kleju oraz zapobiega nadmiernemu naciąganiu uszczelki podczas montażu.
Uszczelki samoprzylepne z gumy porowatej EPDM są przeznaczone do stosowania przez indywidualnych użytkowników. Zaletą uszczelek z gumy porowatej EPDM jak i innych porowatych uszczelek otrzymanych z termoplastycznych kauczuków jest uzyskanie litego naskórka oraz komórek zamkniętych podczas prowadzania procesu spieniania bezpośrednio w wytłaczarce. Uzyskanie tych efektów technologicznych sprawia, że oprócz dobrych ogólnych właściwości, miękkości i sprężystości uszczelki porowate charakteryzują się bardzo małą nasiąkliwością wilgoci.
Próby zastosowania innych materiałów uszczelkowych z termoplastycznych tworzyw sztucznych nie dają zbyt pozytywnych wyników, ponieważ ich twardość w skali Shore´a jest zbyt duża, a materiały bardziej miękkie, jak polietylen lub poliuretan, posiadają mniejszą trwałość i odporność na czynniki atmosferyczne. Porowate uszczelki z polietylenu i poliuretanu stosowane są jedynie do uszczelnień renowacyjnych i technicznych.
Spieniając poliuretan uzyskujemy w przeważającej części (około 90%) strukturę otwartą, a więc bardziej miękką i mniej wytrzymałą. Szczelność tworzyw spienionych o porach otwartych jest funkcją stopnia ich sprasowania. Wadą tego typu taśm uszczelniających jest możliwość chłonięcia wilgoci i utrzymywania się jej przez dłuższy czas w wypadku niedostatecznego ich dociśnięcia. Materiały otrzymane z porowatego tworzywa sztucznego mają mniejsze zastosowanie z uwagi na produkcję prostych profili w postaci taśm i opasek.
Rys. 1. Powiązanie klasyfikacji z zakresami temperatury pracy uszczelek
Ocena materiałów uszczelkowych
W ostatnich latach ocena materiałów uszczelkowych różniła się w zależności od właściwości surowców podstawowych. Uszczelki gumowe oceniane były zgodnie z warunkami technicznymi normy ISO 3934:1978 lub szeroko rozpowszechnionej normy DIN 7863:1983, która stanowiła połączenie dwóch norm międzynarodowych ISO (ISO 3934:1978 oraz ISO 5892:1981).
Powyższa norma prezentowała wymagania dla pełnego zakresu twardości gumowych uszczelek budowlanych. Podstawą oceny termoplastycznych materiałów uszczelkowych była norma brytyjska BS 7412:1991 oraz dokument RAL-GZ 716/1:1997, scalający w jednym systemie wymagania dla uszczelek gumowych i termoplastycznych. Dokonując przeglądu norm dla wymagań eksploatacyjnych uszczelek, trzeba wspomnieć o wydanych i bardzo dobrze opracowanych normach europejskich w zakresie uszczelnień z elastomerów do złączy rurociągów i rur (PN-EN 681-1/4:2002).
Jest to pakiet zharmonizowanych z dyrektywą budowlaną czterech norm dotyczących wymagań materiałowych uszczelek do złączy wodociągowych i odwadniających, takich jak: guma (PN-EN 681-1:2002), elastomery termoplastyczne (PN EN 681-2:2002), guma komórkowa (PN EN 681-3:2002), uszczelnienia poliuretanowe (PN-EN 681-4:2002). Powyższy pakiet norm jest ściśle powiązany z dotychczas stosowanymi metodami badań zgodnymi z normami ISO.
W tym samym roku, ukazało się drugie wydanie normy międzynarodowej ISO 3934:2002 (Guma, wulkanizowana i termoplastyczna – Formowane uszczelki dla budownictwa – Klasyfikacja, specyfikacja i metody badań), w którym również wydzielono wymagania dla gumy wulkanizowanej, termoplastycznych kauczuków i gum porowatych. Wymagania te dotyczą właściwości wytrzymałościowych oraz odkształcenia trwałego przy ściskaniu, w powiązaniu z różnymi zakresami temperatur pracy uszczelek.
Nowy pakiet norm europejskich (EN 12365-1/4:2003) na uszczelki budowlane nie jest spójny w zakresie klasyfikacji oraz zakresów temperatury pracy uszczelek z wcześniej wydaną normą międzynarodową ISO 3934:2002.
W zakończeniu chciałbym jeszcze raz podkreślić nowe podejście do klasyfikacji uszczelek budowlanych jako okuć budowlanych. W omawianych wyżej normach europejskich uszczelki klasyfikuje się w sześciu klasach odpowiadających różnym zakresom temperatur ich pracy (rysunek 1).
Klasa 1 została powiązana z najmniejszym zakresem pracy uszczelek tylko w temperaturach dodatnich do +45°C. Do tej klasy należą przestarzałe uszczelki ze zmiękczonego PVC-P, stosowane do produkcji masywnych uszczelek do bram oraz uszczelki z porowatego polietylenu.
Klasa 2 zarezerwowana będzie dla szeregu uszczelek produkowanych na bazie modyfikowanego kauczukiem polichlorku winylu (PVC/NBR) oraz mniej odpornych termicznie blokowych kauczuków termoplastycznych TPE S.
Klasa 3 odnosi się do pracy tradycyjnych gum wulkanizowanych, a także do dobrych jakościowo kauczuków termoplastycznych.
Klasa 4 jest wyłącznie zarezerwowana dla uszczelek wyprodukowanych z gumy na bazie kauczuku EPDM, aktualnie najlepszego materiału wulkanizowanego.
Do klasy 5, z uwagi na doskonałą odporność na niskie temperatury, przypisać można bardzo dobre jakościowo uszczelki z termoplastycznych wulkanizatów TPE V.
W ostatniej, wysokotemperaturowej klasie 6, o temperaturze eksploatacyjnej do +200°C, możliwe jest zastosowanie tylko uszczelek silikonowych.
dr inż. Krzysztof Wienskowski
Instytut Techniki Budowlanej
Oddział Wielkopolski w Poznaniu
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Duża konkurencja na rynku szkła budowlanego w połączeniu z wysokimi wymaganiami jego odbiorców, wymusza na producentach szkła dbałość o jakość swoich wyrobów. Wyrazem tego są zakładowe kontrole jakości, badania i uzyskiwanie certyfikatów jakości. Dotyczy to również szkła warstwowego. Jakość tego szkła opisują normy serii PN-EN ISO 12543-1 Szkło w budownictwie. Szkło warstwowe i bezpieczne szkło warstwowe.
Wymagania i badania szkła warstwowego
Szkło warstwowe jako wyrób charakteryzują parametry dotyczące:
. kształtu i wymiarów,
. wyglądu, w tym wykończenia obrzeży,
. wytrzymałości na uderzenie,
. odporności na działanie czynników środowiska tj.: temperatury, wilgoci i promieniowania.
Kształt i wymiary
Od szkła warstwowego wymaga się by miało kształt prostokątny. Grubość rzeczywista szkła warstwowego nie powinna różnić się od grubości nominalnej, będącej sumą nominalnych grubości warstw składowych, o więcej niż dopuszczalna tolerancja. Tolerancja jest sumą odchyłek grubości szyb składowych i warstw sklejających. Dopuszczalne odchyłki grubości, dla szkieł stosowanych jako materiał do łączenia z warstwami sklejającymi, podają normy przedmiotowe serii PN-EN 572-2 do 6 i EN 1748-1 i 2.
Szkło może być zastępowane warstwą z tworzywa plastycznego. Przyjmuje się, że tolerancja grubości tej warstwy jest taka, jak dla szkła float o tej samej grubości. Gdy warstwę sklejającą stanowi folia i jej całkowita grubość nie przekracza 2 mm, jej odchyłek nie uwzględnia się. Przy jej grubości równej lub przekraczającej 2 mm dopuszczalna odchyłka wynosi ą0,2 mm. Dla innych warstw sklejających dopuszczalne odchyłki uzależnione są od ich rodzaju i grubości, jak to pokazuje tabela 1.
Dla szkła warstwowego, zawierającego różne rodzaje warstw sklejających, dopuszczalna odchyłka grubości powinna być sumą dopuszczalnych odchyłek dla szyb składowych i pierwiastka kwadratowego sumy kwadratów odchyłek dla warstw sklejających, zaokrąglonych do 0,1 mm.
Minimalną i maksymalną długość i szerokość szkła warstwowego, związaną z rodzajem zastosowanego szkła i warstw sklejających, ustala producent. Uwzględnia on przy tym swoje możliwości techniczne. Wymiary rzeczywiste szkieł mogą odbiegać od nominalnych byle mieściły się w dopuszczalnej tolerancji. Norma określa tolerancje zarówno dla wymiarów handlowych jak i ścisłych, a ich wielkość zależy od wymiarów nominalnych i grubości szkła. Zobrazowano to w tabeli 2 i 3
Tabela 3
Żadna z tych odchyłek nie dotyczy szkieł ognioodpornych, dla których tolerancje wymiarowe podaje producent. Na wymiar rzeczywisty szkła warstwowego ma wpływ przesunięcie poszczególnych części składowych, wpływające na brak prostoliniowości obrzeży. Maksymalne dopuszczalne przesunięcie, będące różnicą położenia krawędzi szyby najbardziej wysuniętej i najbardziej cofniętej, zależy od wymiaru nominalnego szyby. Pokazano to w tabeli 4.
Tabela 4
Kształt i wymiary szkła warstwowego ocenia się sprawdzając czy mieści się ono w obszarze zawartym między dwoma współśrodkowymi prostokątami, o bokach wzajemnie równoległych, z których większy powstał przez powiększenie, a mniejszy przez pomniejszenie wymiarów nominalnych o dopuszczalne tolerancje.
Wygląd i wykończenie obrzeży
Na jakość szkła warstwowego wpływa stan jego obrzeży i wygląd. Jeżeli wytniemy szyby składowe lub szkło warstwowe uzyskujemy obrzeże nieobrobione - cięte.
Drugi rodzaj stanowi obrzeże obrobione, które może być:
zebrane, gdy zewnętrzne tafle szkła są zeszlifowane,
zeszlifowane, jeżeli jest wcześniej zebrane i potem płasko zeszlifowane z wystąpieniem kilku połyskujących obszarów na obrzeżu szyby najbardziej wysuniętej,
wygładzone zeszlifowane – kiedy obrzeże szkła najbardziej wysuniętego jest zebrane i zeszlifowane, po czym wygładzone, w celu usunięcia wszystkich połyskujących obszarów, materiałem ściernym drobniejszym niż zastosowano do zeszlifowania obrzeży innych szkieł,
wypolerowane – jeżeli po jego wygładzeniu i zeszlifowaniu poleruje się go w celu uzyskania wysokiego połysku,
skośne– gdyjestściętepodkątemmniejszym od 600 i jest gładko zeszlifowane lub wypolerowane, przy dopuszczalnej odchyłce ±30 (wymiar nominalny zmniejsza się wtedy o 2-3 mm),
spiłowane lub cięte strumieniem wody – kiedy jest podobne do zeszlifowanego lecz bez połyskujących miejsc i zebranych obrzeży.
O wyglądzie szkła warstwowego decydują występujące w nim wady, które podzielić można na:
wady punktowe w polu widzenia – plamki, pęcherzyki, ciała obce,
wady liniowe w polu widzenia – ciała obce, drobne lub głębokie zadrapania,
wady w pasie brzeżnym dla szyb do zastosowania w ramie,
wady w pasie brzeżnym dla szyb stosowanych bez ram,
pęknięcia – ostro zakończone szczeliny lub pęknięcia biegnące od obrzeża,
zmarszczenia i smugi w warstwie sklejającej.
Jakość szkła warstwowego oceniana pod kątem obecności w nim wad punktowych w polu widzenia zależy od ich ilości, wielkości i powtarzalności. Dopuszczalna ilość tych wad określana jest w odniesieniu do powierzchni szkła warstwowego i ilości szyb składowych. Zobrazowano to w tabeli 5.
Tabela 5
Liczbę dopuszczalnych wad dla każdej pojedynczej warstwy sklejającej, grubszej od 2 mm, podwyższa się o 1.
Jeżeli chodzi o wady liniowe w polu widzenia, to ich dopuszczalna ilość zależy tylko od powierzchni szyby warstwowej. Pokazano to w tabeli 6.
Tabela 6
* pod pojęciem wad nieskupionych rozumie się sytuację kiedy 4 lub więcej z nich występuje w odległości większej od 200, 180, 150 lub 100 mm dla szkieł zawierających odpowiednio 2, 3, 4, 5 lub więcej tafli składowych
Dla szyb montowanych w ramie, w pasie brzeżnym o szerokości 15 mm przy ich powierzchni ≤5 m2, lub o szerokości 20 mm przy ich powierzchni >5 m2 dopuszcza się wady o wymiarze nie przekraczającym 5 mm. Jeżeli występują pęcherze, obszar zapęcherzenia nie powinien przekraczać 5% powierzchni pasa brzeżnego. Niedopuszczalne są spękania szkła oraz zmarszczenia i smugowatość folii w polu widzenia.
Obrzeża szkła montowanego bez ram powinny być obrobione: zeszlifowane, wypolerowane lub skośnie ścięte. Dopuszczalne są wady niezauważalne podczas przeprowadzania kontroli jakości.
Kontrola jakości szyb warstwowych mająca na celu identyfikację wszystkich występujących w nich wad, polega na obserwacji szyb na tle matowego szarego ekranu przy jasnym rozproszonym świetle dziennym naturalnym lub sztucznym. Szkło należy ustawić w pozycji pionowej równolegle do ekranu. Obserwator powinien znajdować się w odległości 2 m od szkła.
Wytrzymałość na uderzenie
Wymagania z zakresu wytrzymałości na uderzenie dotyczą tylko szkła warstwowego bezpiecznego. Powinno ono posiadać minimum klasę 3 B, co oznacza, że szkło uderzone oponami, spadającymi z wysokości 190 mm, nie pęka lub pęka bezpiecznie.
Przez pękanie bezpieczne rozumie się sytuację gdy w szybie powstają pęknięcia i szczeliny, jednak nie powstaje w niej otwór lub rozdarcie, przez które może swobodnie przejść kula o średnicy 76 mm (fot. 1).
Fot. 1. Próbka szkła warstwowego po uderzeniu wahadłem z oponami
Wytrzymałość szkła warstwowego na uderzenie określa się na stanowisku badawczym (fot. 2), którego zasadniczą część stanowi rama metalowa i dwie opony, napełnione powietrzem o ciśnieniu 0,35 MPa. Zamocowane są one na metalowym trzpieniu i zawieszone na metalowej linie, tworząc końcówkę wahadła o masie 50 kg. Stanowisko zaopatrzone jest ponadto w mechanizm podnoszenia opon na odpowiednią wysokość.
Fot. 2. Stanowisko do badania wytrzymałości szkła na uderzenie wahadłem z oponami
Badaną szybę mocuje się w ramie metalowej, wyścielanej gumą o odpowiedniej twardości, ściskaną przez docisk śrubowo-sprężynowy. Po zamocowaniu próbki opony podciąga się na wysokość 190 mm w stosunku do poziomu, zwalnia zaczep liny odciągającej tak by opony spadając swobodnie, uderzyły w środek geometryczny próbki. Dokonuje się oględzin próbki i ocenia efekty tego uderzenia. Badanie przeprowadza się na 4 próbkach o wymiarach 876x1938 mm. Jeżeli wszystkie badane próbki nie pękną, albo pękną bezpiecznie, badane szkło uzyskuje 3 klasę wytrzymałości na uderzenie wahadłem z oponami. Tak samo postępuje się w celu określenia klas wyższych 2B i 1B, zrzucając opony z wysokości odpowiednio: 450 i 1200 mm. Dopuszcza się stosowanie próbek, które nie pękły przy uderzaniu ich wcześniej oponami spadającymi z niższej wysokości.
Odporność na oddziaływanie czynników środowiska
Szkło warstwowe powinno być odporne na długotrwałe oddziaływanie czynników środowiska, takich jak: wysoka temperatura, wilgoć i promieniowanie. Szkło poddane działaniu tych czynników nie powinno zawierać wad w postaci pęcherzyków, zmętnień i rozwarstwień między szkłem a warstwą sklejającą, w odległości większej niż 15 mm od brzegu oryginalnego i 25 mm od brzegu powstałego w wyniku rozkroju szkła (lub w przypadku odporności na wilgoć dodatkowo większej od 10 mm od każdego pęknięcia).
Wymaganie dotyczące wad w postaci pęcherzy i zmętnień nie dotyczy szkła ognioodpornego. Szkło poddane napromieniowaniu nie powinno ponadto zmienić swojej przepuszczalności o więcej niż 10% gdy posiada przepuszczalność większą od 20% lub 2% gdy jego przepuszczalność jest mniejsza lub równa 20%.
Badania odporności na działanie wysokiej temperatury i wilgoci wykonuje się dla próbek o wymiarach mniejszych niż 300x100 mm, natomiast badania odporności na działanie promieniowanie dla próbek o wymiarach 300x300 mm. Próbki powinny być wycięte z szyby w ten sposób, by jedno z ich obrzeży było oryginalnym obrzeżem szyby. Do każdego z badań środowiskowych używa się 3 próbek. Stosuje się tylko próbki pozbawione wad.
Badanie odporności na działanie wysokiej temperatury wykonuje się podgrzewając próbki do temperatury 100oC i przetrzymując je w tej temperaturze przez 2 godziny. Zaleca się dwustopniowe podgrzewanie próbek zanurzając je najpierw na 5 minut w kąpieli wodnej o temperaturze 60oC, a potem ogrzewając dalej do osiągnięcia temperatury 100oC.
Wygrzanym próbkom pozwala się wystygnąć do temperatury pokojowej. Badanie odporności na działanie wilgoci przeprowadza się w zamkniętym pojemniku z wodą (badanie z kondensacją), lub w komorze klimatycznej (badanie bez kondensacji). W komorze klimatycznej (fot. 3) utrzymuje się temperaturę 50 ±2oC i wilgotność względną w granicach 80 ±5%. Próbki przetrzymuje się w tych warunkach przez 2 tygodnie.
Fot. 3. Komora klimatyczna do badania odporności szkła na działanie wilgoci
Badanie odporności na działanie promieniowania polega na wystawieniu szkła warstwowego na działanie widma podobnego do promieniowania słonecznego, uzyskiwanego przez układ lamp rtęciowych wysokociśnieniowych z żarnikiem wolframowym, o pewnej charakterystyce widmowej (fot. 4).
Fot. 4. Stanowisko do badania szyb warstwowych na działanie promieniowania
Lampy te rozmieszczone są na powierzchni 1 m2 w 4 rzędach po 4 w każdym, każda odległa od sąsiedniej o 250 mm. W odległości 125 mm od zewnętrznych rzędów lamp znajdują się dwa pionowe ekrany pokryte folią aluminiową o szerokości 1000 mm. Kąt między płaszczyzną promieniowania i ekranem jest równy 100oC. Próbki ustawia się pionowo równolegle do układu lamp, w odległości 1100 mm od nich. Czas wystawienia na działanie lamp przy całkowitym poziomie natężenia promieniowania (900 ±100) W/m2 i temperaturze 45oC powinien wynosić 2000 godzin.
Po przeprowadzeniu każdego z testów odporności na oddziaływanie czynników środowiska dokonuje się oględzin szkła pod kątem występowania w nim wad. Ogląda się go w tym celu z odległości 30-50 cm, na tle białego ekranu w świetle dziennym rozproszonym, naturalnym lub sztucznym. Dla szkieł poddanych działaniu promieniowania dokonuje się ponadto pomiaru przepuszczalności światła przez próbki szkła po napromieniowaniu i porównuje ją z przepuszczalnością światła przed napromieniowaniem.
Szkło klejone – warstwowe spełniające wszystkie opisane wyżej kryteria jakościowe może konkurować z wyrobami innych producentów i liczyć na zainteresowanie odbiorców.
Zofia Pollak
Instytut Szkła i Ceramiki OZ Kraków
inne artykuły tego autora:
- Wstępne badania typu szkieł bezpiecznych i szkła termicznie wzmocnionego , Zofia Pollak, Świat Szkła 3/2010
- Badanie jakości szkła termicznie hartowanego i termicznie wzmocnionego , Zofia Pollak, Świat Szkła 6/2008
- Ocena jakości szkła chemicznie wzmocnionego , Zofia Pollak, Świat Szkła 3/2008
- Oszklenie w kabinach prysznicowych , Zofia Pollak, Świat Szkła 10/2007
- Wymagania i badania szkła klejonego-warstwowego , Zofia Pollak, Świat Szkła 4/2006
- Szkło klejone - technologia, właściwości, zastosowanie , Zofia Pollak, Świat Szkła 3/2006
- Ocena jakości szkła termicznie hartowanego i termicznie wzmocnionego , Zofia Pollak, Świat Szkła 1/2006
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Sztuka witrażownicza, która - w swej klasycznej postaci - narodziła się na północy Europy w XI stuleciu, a największy rozkwit przeżywała od XIII wieku, w sposób chyba najdoskonalszy ze wszystkich sztuk przedstawiających służyła w średniowieczu nauczaniu Kościoła i głoszeniu Chwały Bożej.
Fot. 1. Okno z klasztoru w Świdnicy z oszkleniem typu ''plaster miodu'', ok. 1700 r. Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. M. Łanowiecki
owożytne przyniosły stopniowy schyłek, a wreszcie całkowity kres tej tak wspaniale rozwijającej się dziedziny twórczości, trzeba odwołać się do szeroko rozumianego kontekstu historycznego. Należy wziąć pod uwagę nie tylko procesy zachodzące wewnątrz twórczości artystycznej, wynikające z przyswajania nowych norm estetycznych, ale też okoliczności zewnętrzne, jednak równie mocno oddziałujące na rozwój sztuki. Do nich bez wątpienia należy zarówno zwycięstwo reformacji na znacznych obszarach Europy i będące tego konsekwencją wojny religijne, a w rezultacie fala kontrreformacji, jak i intensywna urbanizacja zapoczątkowana już w czasach średniowiecza.
Fot. 2. Krążek okienny malowany emaliami ze sceną Zmartwychwstania, oprawiony w oszklenie typu ''plaster miodu'', Niemcy, 1549 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. K. Mazur
Dynamiczny rozwój miast i bogacenie się mieszczaństwa spowodowały wzmożony ruch budowlany i wraz z nim wielki rozkwit rzemiosł związanych z architekturą. Również szklarstwo nastawiało się na wymagania nowego mieszczańskiego mecenatu, z powodzeniem konkurującego z dotychczasowym - kościelnym i dworskim. Huty musiały sprostać coraz większemu zapotrzebowaniu na przejrzyste, bezbarwne szybki, które jako tańsze i prostsze w montażu od witraży, zdobiących przede wszystkim kościoły i reprezentacyjne budowle świeckie, używane były, początkowo w niewielkim zakresie, a od XIV wieku powszechnie, do szklenia okien w budynkach mieszkalnych. W Wenecji już od XIII wieku wytwarzano małe szybki okienne, zwane rui. W hutach Normandii i Lotaryngii produkcja wysokiej jakości płaskiego szkła okiennego miała też kilkuwiekową tradycję. Od XIV wieku szklarze normandzcy wyrabiali również okrągłe szybki z charakterystycznym zgrubieniem w miejscu przyczepu piszczeli, tzw. gomółki. Od XVI wieku duże ilości szkła okiennego wytwarzano również w Czechach i na Śląsku. W miastach europejskich powstawały cechy szklarzy. Musieli oni posiąść umiejętność nie tylko oprawiania gotowych szyb w ołowiane szprosy i drewniane ramy, ale również przycinania ich do odpowiednich kształtów, układania w skomplikowane wzory, a nawet malowania na szybkach ornamentów i postaci. W Europie południowej i środkowej najpowszechniej stosowane w XV i XVI wieku były oszklenia gomółkowe. W Polsce rozpowszechniły się one zwłaszcza na terenie Małopolski. W Anglii i Niderlandach, a pod ich wpływem w Polsce północnej, szklono okna w XVI wieku najczęściej szybkami rombowymi, a w stuleciu następnym prostokątnymi, które wycinano ze szklanych tafli wyrabianych z tzw. cholewy, czyli wydmuchanego uprzednio walca z półkolistym dnem, który następnie rozcinano wzdłuż i rozprostowywano.
W XVII wieku zamiast gomółek często stosowane były krążki, które powstawały poprzez odcięcie spłaszczonego dna wydmuchanego naczynia. Od drugiej połowy XVI wieku gomółki lub krążki przycinano do sześcioboku, a z ich zestawienia powstawał wzór przypominający plaster miodu. Takie oszklenia były bardzo rozpowszechnione m.in. na Śląsku (fot. 1).
Oprócz wspomnianych, powszechnie stosowanych, prostych oszkleń wprowadzano bardziej dekoracyjne i skomplikowane wzory, układane z szybek różnych kształtów i rozmiarów, w które wkomponowane były niewielkie witrażyki lub malowane emaliami szybki stanowiące jedynie subtelny, barwny akcent (fot. 2).
Znakomitym i niewyczerpanym źródłem poznania sposobów szklenia okien jest od XV wieku malarstwo niderlandzkie, a później holenderskie. Na wielu obrazach widzimy okna, otwarte lub zamknięte, na których tle przedstawiono postacie świętych i sceny religijne, ale przede wszystkim sceny z codziennego życia.
Możemy zobaczyć jak wyglądały okna w zasobnych domach mieszczańskich i skromnych wiejskich chatach, a nawet w karczmach. Prawdziwą „galerię” okien przedstawił w swej twórczości jeden z najsławniejszych Holendrów – Jan Vermeer van Delft. Postacie na jego obrazach stoją lub siedzą, zajęte rozmową lub prostymi, codziennymi czynnościami, skąpane w łagodnej, rozproszonej poświacie, wpadającej często przez na wpół uchylone okno (fot. 3).
Fot. 3. Okno w holenderskim wnętrzu na obrazie Jana Vermeera van Delft – „Szklanka wina”, 1661-1662 r., Galeria Malarstwa w Berlinie. (internet)
Zasadniczy wpływ na rozpowszechnienie się bezbarwnych oszkleń – również w architekturze sakralnej – i na przemiany, które dokonywały się w witrażownictwie od XV wieku miała coraz szersza recepcja estetycznych założeń sztuki renesansu.
W jego kolebce, we Włoszech, sztuka gotycka – jak wiadomo – nigdy nie zakorzeniła się tak mocno, jak na północy Europy. Niewątpliwie nie był w swym osądzie „dawnej” (czyli gotyckiej) sztuki odosobniony Giorgio Vasari, który pisał „.... Wszystkie te gmachy oglądałem i rozważałem ich kształty....Nie bez zdziwienia zauważyłem brzydotę stylu i lekceważenie sławy u mistrzów owych wieków.”
Sto lat wcześniej również Alberti w dedykacji dla F. Brunelleschiego, którą zamieścił we włoskiej wersji swego traktatu o malarstwie, zawarł zarówno motyw pochwały starożytności jak i przeświadczenie o całkowitym upadku sztuki w średniowieczu. Nie mogły te oceny nie dotyczyć i witraży, będących przecież najczystszym wytworem sztuki średniowiecza.
Architektura włoskiego renesansu ze swym umiłowaniem prostoty i harmonii wymagała oświetlenia jasnego i równomiernego. Neutralne, rozproszone światło podkreślało spokój i równowagę kompozycyjną wnętrza oraz subtelnie wydobywało rysunek detalu. Służyło temu odpowiednie rozmieszczenie i wielkość okien oraz wyeliminowanie witraży,zastąpionych bezbarwnymi, przejrzystymi szybkami. „Wzorcowymi” przykładami perfekcyjnego operowania światłem w architekturze renesansu są dzieła Filippo Brunelleschi’ego: kościoły Santo Spirito i San Lorenzo (fot. 4), czy też kaplica Pazzich, a np. architektura Palazzo Ducale w Urbino, zbudowanego w latach 1468–1472 przez Luciana Lauranę, znajduje uznanie w oczach szesnastowiecznego kronikarza Baldi’ego dzięki temu właśnie, że „każda sala jest dobrze oświetlona”.
Fot. 4. Wnętrze kościoła San Lorenzo we Florencji, F. Brunelleschi, 1419-1444, (internet)
Z drugiej strony witraże – jeśli powstawały – przejmowały środki wyrazu wypracowane przez malarstwo sztalugowe włoskiego renesansu: swobodną kompozycję, zastosowanie perspektywy, indywidualizację postaci, coraz bardziej szczegółowe opracowanie detalu, umiejscowienie scen i postaci w rozległym pejzażu lub na tle perspektywicznie ukazanej architektury.
Wszystkie te cechy noszą wspaniałe witraże z katedry florenckiej, zaprojektowane przez najwybitniejszych w ówczesnej Florencji artystów (Ucella, Ghibertiego, Donatella, del Castagno) i wykonane jeszcze klasyczną techniką witrażowniczą. Zdobycze włoskiego renesansu dotarły na północ Europy w dużej mierze dzięki twórczości Albrechta Dűrera, którego wpływ na nowożytne witrażownictwo jest dziś niekwestionowany.
W projektowanych przez siebie witrażach (okno Pfinzingów w kościele św. Sebalda i witraże w kaplicy Schmidtmayera w kościele św. Wawrzyńca w Norymberdze), stworzył i przekazał następcom całkiem nową koncepcję traktowania płaszczyzny okna, stosując kompozycję rozciągającą się na całą jego powierzchnię bez względu na wewnętrzne podziały. Było to podejście bardziej malarza niż witrażysty, traktującego okno jak podobrazie w malarstwie sztalugowym.
Nadto było to podejście malarza renesansowego, który odkrył możliwości perspektywy i wiernie pragnął odtworzyć obraz natury i człowieka. Dürer wprowadził też do kompozycji witrażowych motyw łuku triumfalnego, który w XVI i XVII w. stał się jednym z najbardziej rozpowszechnionych schematów kompozycyjnych, zwłaszcza w witrażach herbowych.
Jego ryciny zaś były wykorzystywane powszechnie jako wzory dla kompozycji witrażowych nie tylko zresztą w czasach nowożytnych, ale też w okresie gdy sztuka witrażowa przeżywała prawdziwy renesans – w XIX i na początku XX wieku (fot. 5).
Fot. 5. Witraż według miedziorytu Albrechta Dürera z 1497 r. – Maria z Dzieciątkiem, Niemcy, początek XX w., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. M. Łanowiecki.
Na północy Europy w XVI w. najpoważniejszy cios zadała jednak witrażownictwu reformacja. Pamiętać należy, że głównym źródłem inspiracji dla witraży średniowiecznych była Biblia i żywoty świętych, a tematyka przedstawień obejmowała sceny z życia Chrystusa i Marii, często oparte na przekazach apokryficznych oraz wizerunki świętych, a więc wszystko, co odrzucali protestanci, widząc w tym przejaw dewocji i bałwochwalstwa.
Ponadto bogaty wystrój świątyni, a więc i witraże, uznawany był za przejaw niedopuszczalnego zbytku i przepychu, który nie licował z wymaganym dążeniem do skromności i ubóstwa. W pogrążonej na długie lata w ogniu sporów i wojen religijnych Europie, reakcja na praktyki i doktrynę katolicką bywała niejednokrotnie bardzo gwałtowna, połączona z niszczeniem dzieł sztuki, a więc i witraży – nieraz nawet zadekretowanym, jak w Anglii za panowania Henryka VIII. Nie zawsze oczywiście usuwanie witraży odbywało się w tak dramatycznych okolicznościach.
Upływ czasu i kruchość materiału sprawiały, że ulegały one stopniowemu zniszczeniu, wymieniano je więc na nowe, najczęściej już bezbarwne oszklenia. Tak było w przypadku okien w użytkowanym przez protestantów kościele św. Marii Magdaleny we Wrocławiu, z których w roku 1571 wyjęto 664 szyby, a w 1593–825 wymieniono na nowe, zapewne bardziej odpowiadające potrzebom protestanckiej społeczności.
Tam, gdzie zwycięstwo reformacji splotło się z recepcją humanistycznych treści i zrodzonej z nich sztuki renesansu, gdzie jednocześnie wzrastało znaczenie i zamożność mieszczaństwa narodził się witraż „świecki”. Niewielkich rozmiarów, tak zwane witrażyki gabinetowe przeznaczone do indywidualnej kontemplacji przede wszystkim w kameralnych wnętrzach mieszkalnych, umieszczane były w bezbarwnym oszkleniu (lub zawieszane na jego tle) jako jedyny, subtelny kolorystyczny akcent.
Niezwiązane na stałe z architekturą, mogły zaistnieć w każdym wnętrzu. Ich tematyka obejmowała sceny rodzajowe, biblijne i alegoryczne, portrety, wizerunki zwierząt, pejzaże, ale przede wszystkim przedstawienia heraldyczne.
Fot. 6. Krążek okienny malowany emaliami ze sceną Wniebowstąpienia, oprawiony w oszklenie typu „plaster miodu”, Niemcy XVI w., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. K. Mazur
Pierwowzorami do tych kompozycji były często ryciny wybitnych artystów: Martina Schongauera, Lucasa van Leyden, czy wspomnianego już Albrechta Dürera. Szybki malowane emaliami i witrażyki gabinetowe w 2. połowie XVI i w XVII wieku wytwarzane były w całej niemal Europie, od Anglii po Polskę, jednak największymi ośrodkami ich produkcji były kraje południowoniemieckie (fot. 6), Holandia i przede wszystkim Szwajcaria. Tam właśnie na przełomie XVI i XVII wieku wykształcił się zasób form, które z biegiem czasu stały się obowiązującymi schematami w komponowaniu witraży, zwłaszcza heraldycznych (fot. 7).
Fot. 7. Szwajcarski witraż gabinetowy z herbem Johannesa Schüssa, 1632 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. M. Łanowiecki
Były one swego rodzaju wizytówką fundatora, a więc przedstawionym herbom często towarzyszyły napisy sławiące jego zasługi, a w górnej części pojawiały się sceny historyczne, religijne lub ilustrujące jakieś godne uwiecznienia wydarzenie z jego życia (fot. 8).
Fot. 8. Szwajcarski witraż gabinetowy z herbem Joachima von Hausen i sceną polowania, sygnowany: IS (Jacob Spengle), 1587 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. M. Łanowiecki
W Szwajcarii już od końca XV wieku popularne było obdarowywanie się takimi witrażykami z okazji rozmaitych świąt, uroczystości miejskich czy rodzinnych. Moda ta, wraz z rozpowszechnieniem się produkcji szkieł gabinetowych, wkrótce rozprzestrzeniła się na całą Europę (fot. 9).
Fot. 9. Witraż gabinetowy z herbem Oleśnicy, z kościoła św. Jana (dawniej zamkowego) w Oleśnicy, 1597 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. K. Mazur
Johann Wolfgang Goethe, który żył w epoce, gdy zaczęło się odradzać zainteresowanie witrażami, wyraził się, że gabinetowe witraże szwajcarskie były ostatnim słowem sztuki witrażowej – jej łabędzim śpiewem i że moda na nie opóźniła o dobre stulecie całkowity jej upadek.
Wprawdzie w krajach, które pozostały wierne kościołowi katolickiemu, a które jednocześnie szczyciły się bogatą tradycją witrażownictwa, jak Francja, Hiszpania i Flandria nadal w wieku XVI i jeszcze w I połowie XVII wieku powstawały monumentalne kompozycje o tematyce religijnej, to jednak od połowy XVII w. trudno znaleźć witraże wykonane klasyczną techniką. Od II połowy XVI wieku z upodobaniem stosowano w coraz większym zakresie farby emaliowe, które ułatwiały posługiwanie się językiem malarstwa.
Niektórzy badacze uważają, iż sprawiło to, że zatraciły swą specyfikę i stały się wtórne w stosunku do malarstwa sztalugowego, co w dalszej perspektywie miało też przypieczętować upadek tej sztuki. Ale powody były też natury pozaartystycznej.
Pośredni i bezpośredni wpływ na taki stan rzeczy miała kontrreformacja. Podczas wojny trzydziestoletniej, która stała się generalnym starciem katolików i protestantów, zniszczono wiele warsztatów francuskich i niemieckich.
Fot. 10. Tron św. Piotra w bazylice św. Piotra w Rzymie, G. Bernini, 1657-1666 r.; w owalnym oknie witraż z przedstawieniem Ducha Świętego w postaci gołębicy. (internet)
W 1636 roku kardynał Richelieu i Ludwik XIII po zdobyciu Lotaryngii rozkazali zrównać tę krainę z ziemią. Przy okazji zniszczono niemal całkowicie przemysł szklarski. Była to niepowetowana strata, gdyż właśnie Lotaryngia od wieków zaopatrywała całą Europę w barwne szkła witrażowe. Od 1640 roku niezwykle trudno je spotkać, a umiejętność ich wytwarzania odeszła w zapomnienie na niemal dwa stulecia. Jednocześnie w Anglii w czasie wojny domowej i Republiki Cromwella (w latach 1642–1653) po raz kolejny już dokonały się prawdziwe spustoszenia. Zniszczone zostały witraże w katedrze w Canterbury, a katedry w Lincoln, Peterborough i Chester zostały spalone przez żołnierzy Cromwella.
Po roku 1660 w Anglii wyrabiano jeszcze witrażyki malowane emaliami, jednak w Niemczech i Francji przeważały już oszklenia bezbarwne.
Przez jakiś czas utrzymywały się jeszcze malowane dekoracje na szybach okiennych, głównie w postaci bordiury, czasem festonów lub kartuszy. Stopniowo jednak barwne emalie wypierane były przez monochromatyczne malatury „en grisaille”, malowane jedynie szarawą lub brunatną patyną, czasem rozjaśnioną plamami żółcieni srebra.
Narodzona z ducha kontrreformacji sztuka baroku zdecydowanie skłaniała się ku oszkleniom bezbarwnym, które umożliwiały nie tylko właściwe oświetlenie miejsc uroczystej celebry, ale też nieograniczone wykorzystanie światła do stwarzania tak pożądanych teatralnych efektów.
W 1568 r. Giacomo Barozzi da Vignola wzniósł w Rzymie kościół Il Gesu, którego wnętrze ukształtowane według wskazań głównego ideologa kontrreformacji i założyciela zakonu jezuitów – Ignacego Loyoli stało się wzorem dla barokowych świątyń w całej Europie. Jasne światło wpadające przez okna umieszczone w czaszy kopuły, często ukryte za gzymsowaniem, załomem muru, czy spiętrzonymi pilastrami, jak ostry reflektor wydobywało liczne malowidła i rzeźby, podkreślało dynamikę kompozycji i kierowało uwagę wchodzącego ku miejscu najważniejszemu – głównemu ołtarzowi.
Jak pisał Jan Białostocki: „Wykształcone w okresie renesansu środki artystyczne [....] służyły w okresie baroku do tworzenia przekonywającej złudy – ponad głowami wiernych otwierały się sklepienia kościołów i ukazywały wirujące w zawrotnych przestrzeniach nieba chóry błogosławionych, otoczone tęczowymi i złocistymi wirami światła.” Mistrzem w tworzeniu tej złudy był jeden z największych artystów doby baroku, Gianlorenzo Bernini.
Komponując wystrój wnętrza bazyliki św. Piotra stworzył wrażenie nieziemskiej, mistycznej przestrzeni. Promienie światła wpadające przez widziane w perspektywie, spoza baldachimu nad grobem św. Piotra, owalne okno, na którego tle widoczna jest gołębica Ducha Świętego, odbijają się od lśniących marmurów i złoceń tronu św. Piotra (fot. 10). W ołtarzu św. Teresy, w kaplicy Cornarich wykorzystał światło padające z niewidocznego, ukrytego pod belkowaniem okienka, dzięki czemu ta niezwykła kompozycja wydaje się odrealniona, jakby skąpana w mistycznej poświacie.
W barokowych pałacach, dla których niedościgłym wzorem był Wersal, zwany – co znamienne – „królestwem światła”, wysokie okna i porte-fenętre’y wpuszczały promienie słoneczne, zwielokrotnione we wnętrzu przez odbijające je zwierciadła, lśniące w kryształowych żyrandolach, marmurowych posadzkach i złoceniach (fot. 11).
Fot. 11. Galeria Lustrzana w Wersalu, Ch. Le Brun i J.H. Mansart, 1678-1684 r. (internet)
Niewątpliwie z wszystkich rodzajów światła rozróżnianych przez średniowiecznych badaczy jego istoty, ów czwarty, czyli „splendor” (blask) w epoce baroku nabrał pierwszoplanowego znaczenia. Ale właściwe oświetlenie wnętrza w dużej mierze zależało też od użycia odpowiedniego szkła – przejrzystego, bez zanieczyszczeń o gładkiej i równej powierzchni.
Hutnicy szkła okiennego nieustannie eksperymentowali, pracując nad udoskonaleniem produkcji szyb. Prawdziwą kolebką wynalazków w tej dziedzinie była huta należąca do Jean’a Castello w Orleanie.
Jego bratanek Bernard Perrot opracował w 1687 r. metodę formowania szyb przez odlewanie. Umożliwiło to uzyskiwanie dużych, doskonałej, jak na owe czasy, jakości tafli, które początkowo wykorzystywano do produkcji zwierciadeł, na które jak wiadomo było wówczas wielkie zapotrzebowanie. Wkrótce jednak odkryto przydatność takich szyb także dla architektury.
Pierwszą budowlą, którą wyposażono w nowoczesne okna z dużych szyb oprawionych w drewniane ramy była kaplica pałacowa w Wersalu (1710) (fot. 12).
Fot. 12. Wnętrze kaplicy pałacowej w Wersalu z nowoczesnymi oknami z dużych szyb w drewnianych ramach, miedzioryt z ok. 1700 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. W. Borski
W II połowie XVIII wieku ten rodzaj oszkleń rozpowszechnił się w całej Europie. Dekoracje malowane na szybach okiennych praktycznie zanikły. W czasach rokoka i klasycyzmu ozdabiano niekiedy szybki delikatnym grawerunkiem, wzorem dekoracji na szkłach stołowych (fot. 13).
Fot. 13. Szybka grawerowana z herbem Abdank, Małopolska, ok. 1800 r., Muzeum Architektury we Wrocławiu, fot. M. Łanowiecki
W czasach rewolucji francuskiej nastąpiła ostatnia już w historii zadekretowana akcja usuwania witraży. W roku 1798 władze francuskie, pod których protektoratem znalazła się Szwajcaria, wydały rozporządzenie o usuwaniu herbów szlacheckich.
Ogromne ilości szwajcarskich witraży gabinetowych trafiły wówczas na rynek antykwaryczny i do powstających właśnie kolekcji, tworzonych od połowy XVIII wieku, przede wszystkim w Anglii. Paradoksalnie więc restrykcyjne wobec witraży zarządzenie stało się kołem napędowym kolekcjonerstwa, które z kolei stanęło u podstaw odrodzenia się tej pięknej i trudnej dziedziny sztuki w XIX stuleciu.
Beata Fekecz-Tomaszewska
Artykuł powstał na podstawie tekstu referatu wygłoszonego na III Międzynarodowej Konferencji Naukowej Stowarzyszenia Miłośników Witraży: Witraż w architekturze – Architektura na witrażach, która odbyła się Muzeum Architektury we Wrocławiu w październiku 2003 r.
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Przy prawidłowym użytkowaniu budynku i jego elementów składowych, w tym okien, konserwując na bieżąco prawidłowo wbudowane okna można mieć pewność, że ich właściwości techniczne będą zagwarantowane przez wiele lat. Wbudowane okna pracują w bardzo niekorzystnych warunkach, podlegają stałym obciążeniom klimatycznym, takim jak deszcz, śnieg, nagrzewanie słoneczne i ochładzanie w okresach zimowych i mechanicznym - obciążenia wiatrem, obciążenia od użytkowania, zmiany kształtu od nagrzewania, itp. (rys. 1). Niejednokrotnie przy montażu okien zapomina się o tym, że powinno ono stanowić jednolity i trwały system ze ścianą budynku.
Okno, spoina i ściana - jeden system
Przy słabych, niedostatecznie trwałych zespoleniach okna z murem złącze ulega rozszczelnieniu i następuje przyspieszona jego degradacja - m.in. wnika w nie wilgoć od wewnątrz a od zewnątrz woda opadowa i zimne powietrze. Powoduje to uszkodzenia i trwałe, nieodwracalne deformacje okien i uszkodzenia ościeży. Sztywne pianki poliuretanowe - lub pianki niedbale stosowane, brak zabezpieczenia przed penetracją wilgoci wewnętrznej i wody opadowej z zewnątrz, niedostateczna ilość kotew (dybli, łączników z blachy) łączących mechanicznie okno z murem, lub nawet ich brak, zwykłe paski blachy lub nawet gwoździe zamiast łączników systemowych, zbyt duże (lub za małe) luzy obwodowe, niedrożne odwodnienia - bardzo niekorzystnie wpływają na jakość i trwałość okna. Jeśli połączenie okno-ściana jest wykonane nieprawidłowo - a w wykonawstwie zdarza się to często - to jego degradacja rozpoczyna się już w momencie wbudowania okna. Na trwałość połączenia okna z murem mają znaczący wpływ obciążenia mechaniczne: od naporu wiatru (parcie i ssanie), naprężenia powstające w wyniku zmiennych temperatur ujemnych zimą i dodatnich latem, naprężenia eksploatacyjne i inne.
Rys. 1. Czynniki oddziaływujące na okno
Wysoka szczelność współczesnych budynków (polepszenie szczelności budynków modernizowanych) powoduje większe obciążenia połączeń okna ze ścianą, wobec czego należy zwracać szczególną uwagę na technologicznie prawidłowe, zgodne z poziomem obecnej techniki łączenie okna z murem. Przykład takiego połączenia o różnym stopniu szczelności ilustruje rys. 2. Na górze połączenie szczelne, na dole nieszczelne.
Rys. 2. Różne stopnie szczelności połączenia okna z murem
Dla wizualnego zobrazowania ważności zagadnienia opracowany został model rysunkowy przedstawiony na rys. 3. Połączenie okna ze ścianą musi być tak samo trwałe i szczelne jak pokrycie dachowe. Jedno i drugie obciążane jest wiatrem, deszczem, śniegiem, zmiennymi temperaturami. W pokryciach dachowych należy ''pamiętać'' o ociepleniu dachu i o założeniu paroizolacji, natomiast w przypadku okien należy dobrze zaizolować złącza materiałem izolacji termicznej, uszczelnić od zewnątrz i również założyć paroizolację.
Zarówno w przypadku pokryć dachowych jak i okien obowiązuje ta sama zasada. Aby uniknąć szkód wywołanych przez wilgoć w miejscach łączenia, system okno-spoina-ściana - musi być rozpatrywany jako całość. Musi być on również realizowany zgodnie z zasadą ''strona wewnętrzna powinna być zawsze szczelniejsza niż zewnętrzna''.
Rys. 3. Schematycznie zilustrowanie wykonania prawidłowego pokrycia dachowego i porównanie z prawidłowo wykonanym połączeniem okna ze ścianą
(1) Granica między klimatem wewnętrznym i zewnętrznym
(2) Obszar funkcjonowania
(3) Zabezpieczenie przed wpływami atmosferycznymi
W niniejszym modelu wymagania, stawiane oknu i połączeniu okna ze ścianą, zostały sprowadzone do dwóch płaszczyzn funkcjonalnych (kolor niebieski i czerwony) i jednego obszaru funkcjonowania (kolor pomarańczowy). Owe płaszczyzny i obszar funkcjonowania muszą być wyraźnie wyodrębnione w konstrukcji i spełniać następujące wymagania:
Płaszczyzna 1 (kolor czerwony) – granica pomiędzy klimatem wewnętrznym i zewnętrznym
Granica pomiędzy klimatem wewnętrznym i zewnętrznym musi być wyodrębniona wzdłuż całej powierzchni ściany zewnętrznej i nie może być przerwana. Jej temperatura musi być wyższa od temperatury punktu rosy pomieszczenia. Konstrukcja musi być szczelna od strony wnętrza.
Obszar 2 (kolor pomarańczowy) – Obszar funkcjonowania
W tym obszarze muszą być zapewnione przez odpowiedni czas takie właściwości, jak: izolacja cieplna i akustyczna, odporność na przenikanie wody odpowiednia szczelność na przenikanie powietrza. Obszar ten musi „pozostać suchy” i odizolowany od mikroklimatu wnętrza.
Płaszczyzna 3 (kolor niebieski) – Zabezpieczenie przed wpływami atmosferycznymi
Płaszczyzna zabezpieczająca przed wpływami atmosferycznymi musi w dużej mierze przeciwdziałać wnikaniu wody opadowej do wnętrza i w sposób kontrolowany odprowadzać na zewnątrz tę jej ilość, która przedostała się do środka. Równocześnie musi umożliwiać odprowadzenie wilgoci z obszaru funkcjonowania na zewnątrz.
Wady montażu okien z PVC
Niniejszy rozdział obejmuje najbardziej powszechne wady montażu okien PVC, przedstawia skutki wad i ich wpływ na trwałość i funkcjonalność okien oraz ościeży budynku, podaje przyczyny a także sposoby uniknięcia lub usunięcia wad.
Wady podano w kolejności wykonywania prac montażowych.
Nieprawidłowy wymiar okna
Wada wykonania – Błąd wymiarowania otworu okiennego – otwór za mały dla okna (rys. 4).
Rys. 4. Nieprawidłowe zwymiarowanie otworu okiennego – okno za szerokie (za wysokie)
Skutek wady – Wbudowanie okna za szerokiego (za wysokiego) w stosunku do wymiarów otworu okiennego. Po pewnym okresie eksploatacji okna pojawianie się różnych innych wad opisanych w dalszej części.
Przyczyna wady – Nieprzestrzeganie zaleceń wymiarowania otworów okiennych, pomyłka w wymiarowaniu, niedokładne wymiarowanie.
Wada wykonania – Błąd wymiarowania otworu okiennego – otwór za duży dla okna (rys. 5).
Rys. 5. Nieprawidłowe zwymiarowanie otworu okiennego – okno za wąskie (za wysokie)
Skutek wady – Zmniejszenie światła okna. Po pewnym okresie eksploatacji okna pojawianie się różnych innych wad opisanych w dalszej części.
Przyczyna wady – Jak powyżej. Błąd wymiarowania otworu okiennego. Okien o nieprawidłowych wymiarach nie powinno się wbudowywać.
Uniknięcie wady:
Przy wymiarowaniu otworów okiennych dokonywać pomiarów w trzech poziomach (góra, środek wysokości, i dół) oraz w trzech pionach (na bokach i w środku szerokości), dokonywać również pomiaru przekątnych.
Przy wymianie okien dokonać odkrywek ościeży dla sprawdzenia wymiarów starej ramy.
Przy określaniu wymiarów okien uwzględniać wymagane minimalne luzy dylatacyjne – tablica nr 1.
Tablica 1. Wymagane luzy dla montażu okien w ścianie
Brak luzów dylatacyjnych
Wada wykonania – Ustawienie okna na styk z węgarkiem bez pozostawiania wymaganego luzu dylatacyjnego na uszczelnienie (rys. 6).
Rys. 6. Ustawienie okna na styk z węgarkiem
Skutek wady – Po wbudowaniu okien na ościeżach i w nadprożu pojawienie się w pierwszej kolejności zawilgoceń muru, które z upływem czasu znacznie się powiększają. Wyczuwalne przy dotyku wilgotne tynki, widoczne plamy zacieków, pojawiające się z upływem czasu grzyby pleśniowe. W okresie zimowym wyroszenia wilgoci na ościeżach (niebieskie punkty na rysunku) przy ramach okien.
Przyczyna wady – Ustawienie okna na styk z węgarkiem uniemożliwia wykonanie uszczelnienia styku okna z węgarkiem. Pozostawiona jest szczelina wychładzająca, w którą wnika od zewnątrz woda opadowa (strzałka z „chmurką” na rysunku) i zimne powietrze zewnętrzne. Niska izolacyjność termiczna niedostatecznie zaizolowanego styku powoduje wychładzanie styku, ściany, wykraplanie wilgoci i powstawanie mostków termicznych.
Wstawienie okna na styk w ościeże – bez luzu
Wada wykonania – Ustawienie okna na styk z ościeżem bez wymaganego luzu dylatacyjnego na uszczelnienie (rys 7 i rys. 8). Jest to wada spotykana najczęściej przy nieprawidłowym zwymiarowaniu otworów okiennych – okna są za szerokie.
Rys. 7 i 8. Ustawienie okna na styk z ościeżem
Skutek wady – Zawilgocenia ościeży. Wyczuwalne przy dotyku wilgotne tynki, widoczne plamy zacieków, pojawiające się z upływem czasu grzyby pleśniowe. W okresie zimowym widoczne na ościeżach przy ramach okien wyroszenia wilgoci. W okresie letnim kleszczenie ram skrzydeł od nagrzewania słonecznego.
Przyczyna wady – Ustawienie okna na styk z ościeżem uniemożliwia wykonanie uszczelnienia styku. Pozostawiona jest szczelina, w którą wnika od wewnątrz zawilgocone powietrze wewnętrzne (strzałka z „mgiełką”) ulegające w szczelinie wykropleniu. Brak możliwości kompensacji naprężeń powoduje wyginanie ram i ich kleszczenie.
Uniknięcie wady:
Przy wymiarowaniu okien zapewnić wymagane luzy dylatacyjne.
Przy montażu okien ustawiać je w wymaganych odległościach od ościeża jak i od węgarka.
Zasada prawidłowego wykonania – Okna bezwzględnie montować z zachowaniem niezbędnych luzów dylatacyjnych na wykonanie uszczelnienia i wydłużanie ram okien (rys. 9).
Rys. 9 Wymagane luzy dylatacyjne A – około 20 mm, B – około 15 mm
Nieprawidłowy rodzaj ramy
Wstawienie okna całkowicie za węgarek
Wada wykonania – Ustawienie okna z ramą schowaną całkowicie za węgarek (rys. 10).
Rys. 10. Ustawienie okna z ramą schowaną za węgarek
Skutek wady – Wciekanie pod ramy skrzydeł wody opadowej spływającej po powierzchni ram skrzydeł. Przy intensywnych opadach deszczu woda przecieka do pomieszczenia. W okresie zimowym przymarzanie do ram zamoczonych uszczelek przylgowych. Na powierzchni ram skrzydeł pojawianie się wyroszenia wilgoci.
Przyczyna wady – Ustawienie okna z ramą schowaną całkowicie za węgarek powoduje, że woda ma możliwość bezpośredniego zaciekania we wręby skrzydeł.
Nadmiar wody przecieka do pomieszczenia.
Mokre wręby stanowią mostki termiczne.
Uszczelki narażone są na bezpośrednie zamakanie.
Jest to wada spotykana przy bardzo szerokich węgarkach.
Wada wykonania – Ustawienie okna z ramą ustawioną prawidłowo w szerokim węgarku, ale z nadmiernym luzem dylatacyjnym od strony ościeża (rys. 11).
Rys. 11. Ustawienie okna z ramą prawidłowo w stosunku do węgarka, ale z nadmiernym luzem od strony ościeża
Skutek wady – Po pewnym okresie eksploatacji wciekanie wody opadowej w styk węgarka i ramy okna. Przy zwiększonym obciążeniu wiatrem poprzeczne ruchy okna powodujące rozszczelnianie styku. Wyraszanie wilgoci na rozszczelnionych stykach, przewiewanie powietrza przez rozspojone styki.
Przyczyna wady – Dybel mocujący obciążony jest dużym momentem zginającym, gdyż nadmiernie „wisi” w powietrzu, utwierdzenie okna w ościeżu jest niewystarczające, przy naporze wiatru okno przemieszcza się poprzecznie (czarne strzałki na rysunku) uszczelnienie z powodu ruchów okna ulega rozspojeniu.
Uniknięcie wady:
Przy bardzo szerokich węgarkach należy stosować szerokie ramy ościeżnic lub elementy poszerzające przykręcane do ram o szerokości standardowej.
Zawsze zachować wymagane luzy dylatacyjne – wymiar „A” i wymiar „B” (rys. 12 i 13).
Rys. 12 i 13. Wymagane luzy dylatacyjne A – około 20 mm, B – około 15 mm
Zasada prawidłowego wykonania – Przy bardzo szerokich węgarkach stosować szerokie ramy ościeżnic lub elementy poszerzające do ram standardowych.
Nieoczyszczone podłoże
Wada wykonania – Ustawienie okna w progu bez oczyszczenia podłoża. Pozostawienie przy wymianie okien starego materiału uszczelniającego, zwietrzałego i skorodowanego materiału jak tynk, gruz, pył, odłamki drewna, a w otworach nowych gruzu i pyłu z prac budowlanych (rys. 14).
Rys. 14. Ustawienie okna w progu na nieoczyszczonym podłożu
W podobny sposób pozostawienie przy wymianie okien nieoczyszczonych ze skorodowanych i zwietrzałych warstw cegły, tynku, resztek materiału uszczelniającego ościeży bocznych i nadproży (rys. 15).
Rys. 15. Ustawienie okna w nieoczyszczonym ościeżu
Pozostawienie niewypełnionych ubytków muru (rys. 16 i rys. 17).
Rys 16. Ubytki starego muru a w otworach nowych nierównych powierzchni
Rys. 17. Nierówna powierzchnia ościeża z cegły szczelinowej
Skutek wady – Po wbudowaniu nowych okien, pomimo ich dokładnego uszczelnienia pianką PU, pojawienie się pod oknami, na ościeżach i w nadprożu zawilgoceń muru, które z upływem czasu znacznie się powiększają. Przy opadach deszczu wyciekanie wody opadowej spod parapetów, zacieki na podłogę.
Wyczuwalny przedmuch powietrza przy ramie.
Mogą się również pojawiać grzyby pleśniowe.
Przyczyna wady –
W stykach okien z murem powstały mostki termiczne.
Pozostawione zanieczyszczenia chłoną wilgoć z otaczającego powietrza i z przecieków wody z opadów atmosferycznych.
Wtryśnięta na nieoczyszczone podłoże pianka PU nie ma zespolenia z litym materiałem. Styk ulega rozspojeniu.
Przez pozostawiony gruz przewiewane jest powietrze.
Uniknięcie wady:
Przy montażu okien należy unikać powstawania mostków termicznych.
Należy usunąć stary materiał uszczelniający, zwietrzałe i skorodowane materiały jak tynk, gruz i pył. Szczególnie dokładnie usunąć gruz i pył z progu.
W przypadku powstania większych ubytków muru dokonać wypełnienia odpowiednimi materiałami.
Dla skutecznego przylegania pianki PU w miarę możliwości wyrównać ościeża.
Zasada prawidłowego wykonania – Okna bezwzględnie montować w otwory o oczyszczonych powierzchniach. Przy powierzchniach nierównych uzupełnić ubytki (rys. 18).
Rys. 18. Wyrównanie tynkiem powierzchni ościeża i wyrównanie powierzchni węgarka sprężystą gąbką paroprzepuszczalną [użycie gąbki daje możliwość pracy okna przy ruchach termicznych – spoina okna z murem jest elastyczna]
Jerzy Płoński
E-mail
Literatura.
1. Leitfaden zur Montage – Der Einbau von Fenstern, Fassaden und Haustüren mit Qualitätskontrole durch das RAL-Gütezeichen. Instrukcja montażu okien.
2. Podręcznik montażu okien KOMMERLING.
3. Słabe miejsca w budynkach Tom V Okna i drzwi zewnętrzne.
4. Internationaler Kunststoff-Fenster Kongress 1995 r. Materiały z konferencji KBE w Berlinie.
5. Nowoczesny montaż okien. Materiały z konferencji firmy BRÜGMANN – Ciechocinek, czerwiec 1999 r.
6. Materiały z konferencji TROPLAST POLSKA – Międzyzdroje, czerwiec 2001
7. Rapport technique UEAtc pour L’Agrément des fenêtres colorées en PVC UEATc Information Nr 32 septembre 1995.
8. Brigitte Knoll, Florian Sewald, Profile do okien z PVC. „Świat Szkła” 4/1998.
9. J. Schmidt, Montaż okien – Stan techniki.
10. BAU Bauelemente
11. Nowoczesny montaż okien – Katalog firmy ILLBRUCK
12. Katalogi firm: VEKA POLSKA, SCHÜCO, KOMMERLING.
wszystkie części cyklu:
Wady montażu i wykonania okien. Część 1, Jerzy Płoński, Świat Szkła 4/2006
Wady montażu i wykonania okien. Część 2, Jerzy Płoński, Świat Szkła 5/2006
Wady montażu i wykonania okien. Część 3, Jerzy Płoński, Świat Szkła 6/2006
Wady montażu i wykonania okien. Część 4, Jerzy Płoński, Świat Szkła 7-8/2006
Wady montażu i wykonania okien. Część 5, Jerzy Płoński, Świat Szkła 9/2006
Wady montażu i wykonania okien. Część 6, Jerzy Płoński, Świat Szkła 11/2006
patrz też:
- Czy Twoje okna też są takie? Część 3 , Jerzy Płoński, Świat Szkła 3/2010
- Czy Twoje okna też są takie? Część 2 , Jerzy Płoński, Świat Szkła 2/2010
- Czy Twoje okna też są takie? Część 1 , Jerzy Płoński, Świat Szkła 1/2010
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Od początku lat 90-tych XX w realizowana jest wymiana okien. Corocznie wydajemy na ten cel łącznie około 1 mld zł. Dodatkowo okna w nowym budownictwie kosztują ponad 1 mld zł rocznie. Polityka reklamowa wszystkich producentów okien jest podobna. Reklamowane jest przede wszystkim okno energooszczędne i dodatkowo tanie. W artykule wyjaśnię od czego zależy izolacyjność termiczna okien oraz zaprezentuję wyniki kontroli termowizyjnej stolarki wykonanej na kilku szkołach Dolnego Śląska.
Obowiązujące standardy marketingowo-techniczne
Przy zakupie okna producenci wykorzystują w swoich materiałach reklamowych podstawowe dane eksponując przede wszystkim parametry świadczące właściwościach energooszczędnych produktu. Informacja o izolacyjności termiczna okna zazwyczaj skupia się na podaniu jedynie izolacyjności szyby. Zwykle podawana jest jedna wartość - współczynnik przenikania ciepła dla szyby - Uszyby=1,1 W/m2K. Potocznie mówi się, że okno ''posiada izolacyjność 1,1''.
Czasami reklamowany jest też profil okienny i jego izolacyjność (zazwyczaj podawana jest najkorzystniejszą wartość), z którego wykonane jest okno. Jednak najpopularniejszym i najczęściej podawanym jest współczynnik przenikania ciepła szyby. W większości przypadków jest to wartość, którą posługują się uczestnicy procesu inwestycyjnego: projektanci, kierownicy budów i inspektorzy nadzoru, podają ją automatycznie i przyjmują jako współczynnik przenikania ciepła Uokna. Niestety świadczy o małej znajomości norm i zasad fizyki budowli.
Błędnie lub nieprecyzyjnie określone parametry stolarki okiennej i drzwiowej w projekcie lub w przetargu mogą doprowadzić do zaskakujących dla inwestora końcowych rezultatów. Ma to szczególne znaczenie w kontekście wprowadzanej certyfikacji energetycznej budynku. Od czego zależy izolacja termiczna okna?
Tabela 1. Współczynniki przenikania ciepła elementów konstrukcyjnych różnych typów okien
Tabela 2. Współczynniki przenikania ciepła Uszyby dla podwójnego i potrójnego oszklenia wypełnionego różnymi gazami
Tabela 3
Współczynnik przenikania ciepła okna zależy jest od wielu czynników. Omawianie składników mających decydujący wpływ rozpoczniemy od omówienia profili.
1. Profil ramy
Wszystkie typy okien składają się z szyby i elementów konstrukcyjnych utrzymujących szybę: skrzydła, ramy. Izolacja termiczna okna jest więc wypadkową typu okna, izolacji termicznej elementów konstrukcyjnych okna czyli właściwości termofizycznych materiału ramy i ościeżnicy a także od sposobu zamocowania oszklenia w ramie. W tabeli 1 podano wartości izolacyjne profili konstrukcyjnych podane w normie PN-EN ISO 10077-1:2002 oraz (1).
Dziś coraz częściej stosowane są profile o podwyższonej izolacyjności termicznej.
Profile pięciokomorowe zostały bardzo szybko wyparte przez profile z wkładką termiczną.
Poszukiwane są nowe rozwiązania podwyższające parametry izolacyjne profili.
Drugim elementem mającym decydujący wpływ na współczynnik przenikania ciepła jest szyba.
Rys. 1. Oszklenie popularne, szyba wypełniona argonem z jedną powłoką niskoemisyjną o U=1,1 W/m2K
Rys. 2. Oszklenie podwójne z dwoma powłokami niskoemisyjnymi Uszyby=1,0 W/m2K
Rys. 3 Oszklenie potrójne z dwoma powłokami niskoemisyjnymi Uszyby=0,60 W/m2K
2. Szyba
Na izolacyjność termiczną okna ma również ogromny wpływ izolacyjność termiczna szyby. Zależy od ilości oszklenia czyli liczby szyb (podwójne, potrójne), od rodzaju gazu wypełniającego komory międzyszybowe, od rodzaju i szerokości przestrzeni gazowej, materiału ramki dystansowej oraz szczeliwa uszczelniającego krawędzie oszklenia i styk z ramką.
Przykładowe wartości współczynnika przenikania ciepła Uszyby dla różnych rozwiązań podaje w załączniku C tablica C.2 w normie PN-EN ISO 10077-1:2002. Wybrane wartości podano w tabeli 2.
Producenci szyb poszukują rozwiązania mogące ograniczyć straty ciepła. Zamieszczone w tabeli wartości wskazują na duże zróżnicowanie izolacyjności termicznej oszklenia. Dodatkowo własne rozwiązania stosowane przez różnych producentów mogą wpływać znacząco na wartości współczynnika przenikania ciepła całego okna.
Dobrym przykładem jest rozwiązanie stosowane przez jednego z producentów tj: oszklenie dwuszybowe wypełnione argonem oraz powłokami niskoemisyjnymi na obu szybach. W aprobacie podana jest wartość Uszyby=1,0 W/m2K.
Ekonomicznie i techniczne rozwiązania pozwalają już na osiągnięcie współczynnika przenikania ciepła U=0,44 do 0,48 W/m2K. W niedługim czasie rozwiązania te na pewno pojawią się na rynku budowlanym wypierając dotychczas stosowane.
Znaczący wpływ na izolacyjność termiczną okna mają liniowe mostki cieplne. Ich wpływu nie sposób pominąć.
Fot. 1. Zdjęcie ciepłej opaski zespalająca (ciepła ramka)
3. Liniowe mostki ciepła
Profil okienny i szyba o jednakowych wartościach U nie gwarantuje takiego samego współczynnika przenikania ciepła U dla całego okna. Przy określaniu izolacyjności termicznej całego okna wymagane jest dodatkowo uwzględniania wpływu motków liniowych. Na zdjęciu termowizyjnym termograf 1 oraz termograf 2 (przekroje przez linię li01) widoczne są miescia występowania mostków liniowych na zwiększone straty ciepła przez okna. Na wykresach wskazano miejsca wzrostu temperatury spowodowane występowaniem mostków liniowych.
Wpływ mostków cieplnych zależy od geometrii okna i drzwi oraz od narzuconych przez architekta funkcji i podziałów stolarki.
Wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła ψg przez opaskę zespalającą oszklenia zależy od rodzaju ramy, obecności powłoki niskoemisyjnej.
W tabeli 3 zamieszczono wartości ψg określone w normie PN-EN ISO 10077-1:2002. Wartości te zalecane są do stosowania w przypadku gdy brak jest konkretnych danych dla wybranych rozwiązań.
Dla okna o wymiarach 2,2 x 2,4 (widok na zdjęciu nr 1) zaprojektowanego z oszklenia o U=1,1 W/m2K i z profili o U=1,1 W/m2K, udział mostków liniowych wynosi ΔUψ=0,23 W/m2K. Po uwzględnieniu mostków liniowych Uokna=1,1 + 0,23 = 1,33 W/m2K.
Na przedstawionym przykładzie wykazaliśmy, że osiągnięcie popularnego wskaźnika 1,1 nawet dla aktualnie najlepszych składników okna jest niemożliwe do zrealizowania.
Termograf 1
Okno na profilu trzykomorowym z szybą o U=2,2 W/m2K, na linii li01 widoczne mostki termiczne liniowe zobrazowane przez miejscowy wzrost temperatury na krawędzi oszklenia i profila PCV świadczący o zwiększonych stratach ciepła we wskazanym miejscu
Termograf 2
zdjęcie wykonane w zbliżonych warunkach termicznych jak na termografie 1 jednak okno wykonane z profili pięciokomorowego z wkładką termiczną o U=1,2 W/m2K i z szybą U=1,1 W/m2K dalsza cześć opis jak wyżej
Stolarka okienna w projektach budowlanych
Aktualnie projektowana stolarka okienna nie jest precyzyjnie definiowana. Rodzi to szereg konfliktów w trakcie realizacji inwestycji oraz w trakcie jej eksploatacji. Często zdarza się, że opinia o jakości okna odpowiada stwierdzeniu „okno jakie jest widać”. Opinia ta jest wielce myląca. Nieprawidłowo lub nieprecyzyjnie kreślone warunki dla stolarki okiennej na etapie projektowania i w specyfikacji technicznej wykonania i odbioru robót daje wykonawcom możliwości dowolnej interpretacji wymagań stawianych stolarce okiennej. W artykule wykazaliśmy, że izolacyjność termiczna okna jest zależna od wielu czynników.
Praktycznie każdy typ okna ma inny współczynnik przenikania ciepła. Ze względu na tak duże zróżnicowanie projektowanej stolarki okiennej konieczny jest prosty program komputerowy dla architektów i audytorów, który będzie wykonywała automatycznie wszystkie obliczenia określające parametry stolarki okiennej jednocześnie umożliwiając przygotowanie zestawienie stolarki okiennej do celów projektowych. W analizach wykorzystano program GAP-i, (dla zainteresowanych więcej informacje o programie na www.cieplej.pl).
Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła dla okna wykonana z szyby U=1,0 W/m2K i profili o U=1,0 W/m2K. Obliczenia wykonano w programie GAP-i
wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła dla okna wykonana z szyby U=1,0 W/m2K i profili o U=1,0 W/m2K, Uokna 1,21W/m2K. Obliczenia wykonano w programie GAP”i”
Obliczenia za pomocą programu GAPi dla okna drewnianego
Obliczenia za pomocą programu GAPi dla okna PCV
Założenia projektowo-audytorskie a rzeczywistość
Założenia audytorskie i projektowe często skromne w informacje o projektowanych oknach, nie są przestrzegane przez wykonawców i producentów stolarki okiennej. Na etapie przygotowania oferty nie zapoznają się z dokumentacją projektową lub świadomie omijają nie do końca sprecyzowane wymagania techniczne dla stolarki. Nawet celowo nie zadają pytań do stolarki okiennej w celu doprecyzowania wymagań. Zdarza się jednak, że projektant określi dość precyzyjnie parametry techniczne dla okna. Ze względu na niewielkie możliwości kontroli jakości wyrobów oraz poszczególnych elementów z których wykonano okno, producenci często dostarczają okna nie spełniające oczekiwań inwestora i wymagań określonych w projekcie.
Termograf 3
Na zdjęciu termowizyjnym pokazano rozkład temperatur dla okna starego drewnianego z szybą zwykła o Uoknad=3,0 W/m2K i dla okna nowego z PCV o Uoknapcv=2,6 W/m2K
Termograf 4
okna wykonane z oszklenia o U= 1,1 W/m2K i z profili PCV z wkładką termo okna wykonane z oszklenia o napisie na ramce: U= 1,1 W/m2K i z profili PCV trzykomorowych
Na zdjęciu termowizyjnym nr. 1 pokazano okno nowe PCV, które powinno być wyposażone w szybę w U=1,1 W/m2K i wykonane na profilu pięciokomorowym. Okno widoczne powyżej jest drewniane, wykonane i zamontowane pod koniec lat 70 XX wieku. Analizowana sytuacja dotyczy jednej ze szkół w Lubinie woj. dolnośląskie.
Na zdjęciu termowizyjnym badane okna nie wiele różnią się od siebie. Profil starego okna drewnianego wynosi około 1,8 W/m2K, dla okna nowego pięciokomorowego powinien wynosić około 1,5 do 1,6 W/m2K, a więc powinien być lepszy od profila drewnianego.
Po szacunkowej analizie wartość U dla profili PCV oszacowano na poziomie 2,0-2,2 W/m2K. Izolacyjność termiczna szyby oszacowano na poziomie 2,6 W/m2K.
Współczynnik przenikania ciepła dla badanych okien oszacowane metodą reperu wynoszą odpowiednio: dla okna drewnianego Uoknad=3,0 W/m2K, dla okna nowego z PCV wartość oszacowano na poziom Uokna PCV=2,6 W/m2K. Szczegóły na termografie 3 i fot. 2.
Dla kontroli wykonano obliczenia za pomocą programu GAPi wyniki przedstawiono powyżej.
Analizy szacunkowe wykonane w oparciu o zdjęcia termowizyjne potwierdzone zostały przez obliczenia wykonane wg metody opisanej w normie PN-EN ISO 10077-1:2002.
Okna wymienione nie różnią się izolacyjnością termiczną od okien starych drewnianych. Oszczędności zużycia energii wynikają z ograniczenia infiltracji powietrza do pomieszczenia co w przypadku istniejącej wentylacji grawitacyjnej jest oszczędnością wątpliwą. Przy najbliższej kontroli z sanepidu może pojawić się konieczność usunięcia uszczelek. Modernizacja nie przyniesie oczekiwanych oszczędności. Nie jest to jedyny przykład niewiedzy, bezmyślności lub oszustwa.
W innej szkole w ramach projektu precyzyjnie określono wymagania dla okien. Po wyłonieniu wykonawców, pojawiły się naciski na projektantów, na zamianę przyjętych w projekcie rozwiązań.
Słuszność stanowiska projektantów i audytorów potwierdziły dopiero badania termowizyjne (obraz badań przedstawiono na termografie 4 fot. 3.)
Wnioski
W najbliższym czasie wprowadzone zostaną zmiany prawne związane z wdrażaniem dyrektywy 2002/91/EC dotyczącej jakości energetycznej budynków.
W związku z tym budynki będą certyfikowane przez audytorów energetycznych.
Stosowanie okien o dowolnej izolacyjności termicznej będzie skutkowało przypisaniem budynku do odpowiednio niższej klasy energetycznej.
Aby uniknąć problemów i nieporozumień na etapie nadawania jakości energetycznej budynku konieczne wydaje się:
1. Precyzyjne określanie wymagań dla stolarki okiennej. Każde okno posiada indywidualny współczynnik przenikania ciepła U i powinien być podany jako parametr na zestawieniu stolarki okiennej. Polecam wykorzystanie programu GAPi , który umożliwia wykonanie zestawienia solarki jednocześnie obliczając współczynnik przenikania ciepła dla każdego okna.
2. W celu potwierdzenia jakości wbudowanej stolarki warto jest wykorzystać kamerę termowizyjną w ramach termowizyjnej kontroli jakości robót.
3. Przy wyborze stolarki okiennej dobrze jest wykonać optymalizację, w ramach której wybór rozwiązań będzie potwierdzony analizą ekonomiczną.
Można wykorzystać do tego typu analiz metodologię obliczeń określoną w ustawie termowizyjnej lub za pomocą programu Agnes
mgr inż. Jerzy Żurawski
(1) Laskowski L.: Charakterystyka termoenergetyczna przezroczystych komponentów zewnętrznej obudowy pomieszczeń „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja”; luty 2005
inne artykuły tego autora:
- Osłony przegród przezroczystych , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 2/2010
- Osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 1/2010
- Elewacyjne osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 5/2009
- Okno to okno... , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 4/2006
- Wybór stolarki okiennej , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 3/2006
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Stosowane do przeszkleń okiennych szyby zespolone z wypełnieniem gazowym oraz osłonowe ściany kurtynowe budowane w tzw. systemie strukturalnym są znamionami najnowocześniejszej techniki we współczesnej architekturze. Stosowanie wypełnień gazowych w strukturalnych przeszkleniach fasad było - jak dotąd - w większym bądź mniejszym stopniu ograniczone do odznaczających się elastycznością tzw. ciepłych ramek wykonywanych w technologii termoplastycznych ramek dystansowych (TPS) [ang.: Thermo Plastic Spacer (TPS)].
Postęp w dziedzinie produkcji ciepłych ramek innych rodzajów oraz nowych zewnętrznych szczeliw silikonowych otworzył przed wytwórcami szkła termoizolacyjnego szerokie możliwości produkcji przeznaczonych do wykorzystania w strukturalnych przeszkleniach fasad szyb zespolonych z wypełnieniem gazowym, w których do uszczelnienia brzegów zastosowano szczeliwo odporne na działanie promieniowania ultrafioletowego (UV). Niski stopień strat gazu wypełniającego komorę wewnętrzną wynoszący 0,2% rocznie zapewnia trwałość użytkową takich oszkleń na poziomie ponad 20 lat. Przede wszystkim jednak przeszklenia strukturalne wymagają zastosowania nowoczesnych produktów najwyższej jakości oraz precyzyjnych obliczeń wysokości warstwy uszczelniającej, uwzględniających obciążenia wywołane zarówno siłą parcia wiatru, jak i zmiennością warunków atmosferycznych.
Budowa i funkcje szkła termoizolacyjnego
Szyba jest elementem, który musi nie tylko przepuszczać światło do wnętrza budynku, lecz również winien stanowić barierę termiczną. Najskuteczniejszą barierą termiczną są jedno - bądź wielokomorowe szyby zespolone. Na rys. 1 przedstawiono budowę standardowej jednokomorowej szyby zespolonej składającej się z formatek szkła (szyb), aluminiowej ramki dystansowej (wraz z wypełniającym ją sitem molekularnym) oraz uszczelnieniem wewnętrznym i zewnętrznym.
Rys. 1. Budowa standardowej szyby zespolonej
Wszystkie elementy składowe szyby zespolonej stanowią przedmiot ciągłego doskonalenia i innowacji, ukierunkowanych na redukcję strat ciepła - bez względu na to, czy w grę wchodzi redukcja energii potrzebnej do ogrzewania pomieszczeń w zimie, czy też redukcja energii potrzebnej do chłodzenia pomieszczeń w lecie. Z praw fizyki dotyczących entropii wynika, że energia potrzebna do chłodzenia budynku może być nawet czterokrotnie większa od energii potrzebnej do jego ogrzania.
Rys. 2. Trzy drogi wymiany ciepła poprzez przegrodę, jaką stanowi szyba zespolona: promieniowanie, konwekcja i przewodzenie
Na rys. 2 przedstawiono trzy możliwości wymiany ciepła poprzez przegrodę, jaką stanowi szyba zespolona:
Promieniowanie ciepła do i z tafli szkła po stronie otoczenia zewnętrznego i pomieszczenia wewnętrznego, a także promieniowanie do i z komory wewnętrznej szyby,
Przewodzenie ciepła przez tafle szyby zespolonej oraz przez ramkę dystansową,
Konwekcja ciepła zachodząca po stronie otoczenia zewnętrznego i wnętrza pomieszczenia oraz w wewnętrznej komorze szyby.
Wpływ promieniowania słonecznego redukuje się poprzez nanoszenie na powierzchni szkła powłok (tzn. - odpowiednio - powłoki refleksyjnej oraz niskoemisyjnej) albo też poprzez umieszczanie warstw refleksyjnych pomiędzy formatkami tworzącymi szybę zespoloną. Nie ma wprawdzie możliwości wpływania na wartość współczynnika przewodzenia ciepła formatek wykonanych z danego rodzaju szkła, jednakże przewodzenie ciepła przez ramki dystansowe w dużej mierze jest uzależnione od kształtu tych ramek i materiałów użytych do ich wykonania.
Pojęcia „technologii ciepłej krawędzi” lub „technologii ciepłej ramki” są neologizmami w terminologii technicznej – podkreślają jednak dążenie do ograniczenia przewodzenia ciepła przez ramkę dystansową.
Wymianę ciepła drogą konwekcji w komorze wewnętrznej szyby zespolonej można ograniczyć poprzez zastosowanie zamiast powietrza gazów obojętnych – jak np. argon lub krypton. Wszystkie te trzy czynniki – powłoki, wypełnienie gazem obojętnym oraz „technologia ciepłej krawędzi” – mają wpływ na dobór szczeliw stosowanych do uszczelnienia szyby zespolonej. Jednakże czynnikiem decydującym o doborze szczeliwa zewnętrznego jest użycie gazu obojętnego do wypełnienia komory wewnętrznej oraz technologia ograniczenia strat ciepła na krawędzi szyby zespolonej.
Szczeliwa stosowane w uszczelnianiu szybzespolonych
W zdecydowanej większości szyb zespolonych wykorzystywanych współcześnie w przeszkleniach strukturalnych stosuje się system podwójnego uszczelnienia (rys. 1). Zgodnie z najnowszymi osiągnięciami techniki podstawowym szczeliwem stosowanym do wykonywania uszczelnień wewnętrznych szyb zespolonych jest poliizobutylen (PIB), zwany również butylem. Nanoszony na ramkę sznur butylowy stanowi najlepszą barierę zapobiegającą dyfundowaniu wilgoci do wewnętrznej komory szyby oraz – w wypadku szyb z wypełnieniem gazowym – stratom gazu wypełniającego tę komorę do otoczenia. Butyl jest związkiem wykazującym wysoką odporność na wpływ czynników chemicznych oraz promieniowanie ultrafioletowe.
Jednakże wykazuje on silne własności plastyczne i jest materiałem niesprężystym. Tak więc uszczelnienie krawędzi szyby zespolonej przy użyciu tylko butylu wymaga stabilizacji przed wpływami czynników mechanicznych poprzez zastosowanie odznaczającego się odpowiednią sprężystością szczeliwa zewnętrznego.
Istnieje kilka możliwości doboru szczeliwa zewnętrznego – na rynku występują bowiem szczeliwa zewnętrzne wykonywane z następujących materiałów:
polisiarczek (tiokol),
poliuretan,
hotmelt,
silikon.
90% szyb zespolonych stosowanych do wykonania konwencjonalnych przeszkleń fasad posiada uszczelnienia zewnętrzne wykonane na bazie tiokolu i poliuretanu oraz – w nieco mniejszym stopniu – na bazie hotmeltu. Głównym czynnikiem decydującym o tak wysokim udziale rynkowym owych szczeliw organicznych jest ich cena. Jednakże jeżeli chodzi o fasady z przeszkleniami strukturalnymi – jedynie szczeliwa na bazie silikonu są na całym świecie zalecane do wykonywania zarówno zewnętrznych uszczelnień szyb zespolonych, jak i złączy strukturalnych.
Przyczyny tego stanu rzeczy stają się oczywiste wówczas, gdy weźmiemy pod uwagę zarówno środowiskowe czynniki wpływu atmosfery otoczenia zewnętrznego, jak i wytrzymałość poszczególnych szczeliw na takie czynniki, jak [1]:
światło słoneczne,
tlen i ozon,
woda i para wodna,
cykliczne odkształcenia mechaniczne (wywołane ściskaniem/rozszerzalnością),
zakres zmian temperatur powietrza otoczenia,
korozyjne zanieczyszczenia atmosferyczne (np. kwaśny deszcz),
mikro- i makrobiologiczne czynniki niszczące (np. grzyby, niektóre owady).
Zatwierdzone do wykorzystania w oszkleniach strukturalnych szczeliwo musi posiadać odpowiednią wytrzymałość na wszystkie wymienione wyżej czynniki. Jednakże jeśli się weźmie nawet pod uwagę tylko trzy pierwsze z nich, staje się rzeczą oczywistą, że tiokol i poliuretan nie są szczeliwami odpowiednimi do zastosowania w przeszkleniach strukturalnych.
Światło słoneczne
Udział wysokoenergetycznego promieniowania UV w pełnym widmie promieniowania słonecznego wynosi jedynie około 6%. Jednakże nawet taka ilość jest wystarczająca do tego, by zmienić własności szczeliwa lub nawet doprowadzić do jego uszkodzenia na skutek zainicjowania reakcji fotochemicznych, takich jak np. rozszczepienie łańcucha (np. polimeru), sieciowanie, tworzenie związków o niskiej masie cząsteczkowej oraz modyfikacja istniejących, względnie tworzenie się nowych grup funkcyjnych.
Jak dotąd szczeliwa silikonowe należą do szczeliw wykazujących największą odporność na działanie promieniowania UV, a to dzięki nieorganicznej strukturze wiązań atomów krzemu i tlenu (Si-O-Si). Do rozerwania takiego wiązania Si-O-Si potrzeba o 30% więcej energii w porównaniu do ilości energii, jaka jest potrzebna do rozerwania organicznego wiązania C-C występującego w kicie poliuretanowym oraz tiokolowym.
Tiokol wykazuje nawet mniejszą wytrzymałość na promieniowanie UV od poliuretanu, a to z powodu występujących w nim słabych wiązań atomów węgla i siarki (C-S). W ostatnich latach, dzięki zastosowaniu stabilizatorów, odporność poliuretanu na promieniowanie UV uległa poprawie – nie na tyle jednakże, by szczeliwo to przeszło z pozytywnym wynikiem testy wymagane do uznania go za szczeliwo odpowiednie do wykorzystania w przeszkleniach strukturalnych.
Tlen i ozon
Tlen i ozon powodują depolimeryzację szczeliw organicznych. Zwłaszcza poliuretan wykazuje wysoką wrażliwość na działanie substancji utleniających, których obecność wywołuje jego powierzchniową kruchość (powierzchnia tego szczeliwa przypomina wyglądem powierzchnię mułu spękanego na słońcu, rys. 3b) oraz spadek jego odporności nawet na erozję eoliczną, zwłaszcza na terenach piaszczystych. Jednakże również polisiarczek jest szczeliwem silnie atakowanym przez substancje utleniające.
Działanie utleniaczy, zwłaszcza w połączeniu z wpływem promieniowania ultrafioletowego powoduje powstawanie na powierzchni tego szczeliwa fałd i pęknięć, wywołując w konsekwencji wizualny efekt „skóry słonia” lub „skórki pomarańczy”.
Rys. 3a. Polisiarczek PS (tiokol)
Rys. 3b. Poliuretan PU
Rys. 3c. Silikon
Woda i para wodna
Woda powoduje hydrolizę nie tylko wiązań chemicznych stanowiących podstawę łańcuchowej struktury każdego z polimerów tworzących poszczególne rodzaje szczeliw, lecz również wiązań powstających na powierzchni styku szczeliwa i podłoża. Zjawisko to może przebiegać nawet w temperaturze pokojowej i powodować rozwarstwienia o charakterze zarówno kohezyjnym, jak i adhezyjnym. Poliuretan przy tym jest szczeliwem odznaczającym się wysoką podatnością na wpływ czynników środowiskowych. Matryca polimerowa silikonu i tiokolu odznacza się stabilnością w zakresie temperatur do 90oC.
Jednakże szczegółowe badania wykazały, że nawet silikony ulegają osłabieniu pod wpływem ciągłego kontaktu z wodą. Dlatego też we wszystkich konstrukcjach przeszkleniowych bardzo istotną rolę odgrywa dobre odwodnienie złączy.
Na rys. 3a-3c przedstawiono wpływ czynników atmosferycznych na PS (polisiarczek), PU (poliuretan) oraz silikon; badania miały charakter trwającej 10 tygodni symulacji wpływu czynników atmosferycznych w warunkach sztucznie wytworzonej atmosfery. Na powierzchni PS oraz PU widać wiele pęknięć. Na skutek przemieszczeń elementów złącznych występujące początkowo na powierzchni pęknięcia łatwo rozprzestrzeniają się do coraz głębszych warstw złącza, co w konsekwencji powoduje spadek jego wytrzymałości mechanicznej.
Próbka silikonu natomiast w ogóle nie wykazuje obecności pęknięć i to nawet po zanurzeniu jej w wodzie lub poddaniu wpływowi działania promieniowania ultrafioletowego przez okres 1 roku. To w przekonujący sposób wskazuje na przyczyny przesądzające o tym, że szczeliwa wykonane z wysokiej jakości silikonu są jedynymi masami uszczelniającymi uznawanymi za materiał właściwy w wykonawstwie złączy elementów oszkleń strukturalnych, a także za szczeliwa odpowiednie do wykonywania uszczelnień zewnętrznych szyb zespolonych stosowanych w strukturalnych przeszkleniach fasad.
Wspomnianą wyżej długotrwałą próbę wymuszonej symulacji wpływu czynników atmosferycznych zastosowano w stosunku do uderzającego oryginalnością rozwiązania projektu fasady budowli wykonanej w Auroville w Indiach [2]. Pomnik Matrimandir (rys. 4a) skonstruowano w postaci betonowej kuli o średnicy 30 m. Kulę tę zbudowano z trójkątnych kształtek betonowych wyposażonych w koncentrycznie rozmieszczone okrągłe okna wykonane ze szkła.
Rys. 4a. Pomnik Matrimandir, Auroville, Indie
Rys. 4b. Płytki o strukturze przekładkowej szkło-złoto-szkło
Szkło połączono z ramką wykonaną z nierdzewnej stali przy użyciu dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego stosowanego w przeszkleniach strukturalnych.
W celu wykonania zewnętrznej złotej „skóry” opracowano całkowicie nową technikę umożliwiającą budowę trwałej złotej powłoki stanowiącej poszycie zewnętrzne. Stanowiącą przekładkę wewnętrzną złotą folię zabezpieczono przed wpływem czynników atmosferycznych poprzez umieszczenie jej pomiędzy dwoma wykonanymi ze szkła warstwami zewnętrznymi połączonymi ze sobą poprzez ich stopienie. Ponad dwa miliony takich niewielkich szklanych płytek przekładkowych (o wymiarach 40×40 mm) połączono z wykonanymi z nierdzewnej stali tarczami ekranującymi (o średnicy ok. 2 m) przy pomocy dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego wykorzystywanego w przeszkleniach strukturalnych (ogółem zużyto 20 ton masy silikonowej). Owe tarcze ekranujące przymocowano do kuli wykonanej z betonu mechanicznie; w ten sposób powstał największy na świecie budynek pokryty złotem o powierzchni złotego poszycia wynoszącej 4500 m2. Gwoli uzyskania odpowiednich efektów świetlnych do wykonania poszycia wewnętrznego użyte zostaną trójkątne kształtki ze szkła pomarańczowego przymocowane do metalowej konstrukcji szkieletowej również przy użyciu wspomnianego dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego stosowanego w przeszkleniach strukturalnych. Wszechstronne badania szczeliw wykazały w sposób nie budzący żadnych wątpliwości przydatność szczeliwa silikonowego do łączenia ze sobą poszczególnych elementów elewacji.
Szczeliwa silikonowe można stosować w różnych dziedzinach wykonawstwa – nie tylko zaś w wykonawstwie standardowych przeszkleń fasad – i materiały te stanowią zarazem źródło nowych pomysłów w dalszym rozwoju nowoczesnych technik wykonawstwa fasad.
Poza łączeniem ze sobą i utrzymywaniem we właściwym położeniu formatek tworzących szybę zespoloną, szczeliwa stosowane do uszczelnienia jej krawędzi muszą również zapobiegać przedostawaniu się wilgoci do wewnętrznej komory szyby (w wypadku wypełnienia tej komory powietrzem) oraz zapobiegać ucieczce argonu z tej komory (w wypadku szyb z wypełnieniem gazowym). Jednakże dane przedstawione w tablicy 1 wskazują na bardzo silne zróżnicowanie własności poszczególnych szczeliw.
Wartości współczynnika przepuszczalności pary wodnej oraz wartości określające dyfuzję argonu przez sznur butylowy (PIB) wskazują na fakt, że w systemie podwójnego uszczelnienia szyby zespolonej szczeliwo zewnętrzne jest rzeczywistą barierą zapobiegającą dyfuzji wilgoci do wnętrza szyby oraz przesądza o penetracji argonu z komory wewnętrznej szyby do otoczenia.
Jednakże duże wartości współczynnika dyfuzji argonu, stwierdzone po przebadaniu próbki szyby zespolonej uszczelnionej wyłącznie przy użyciu sznura butylowego (PIB), wykazały konieczność zastosowania w takiej szybie szczeliwa zewnętrznego odznaczającego się wysoką odpornością na dyfuzję gazu wypełniającego.
Szyba zespolona uszczelniona jedynie sznurem butylowym nigdy nie spełniłaby żadnego z określonych normami wymogów odnoszących się do szyb narażonych na wpływ naprężeń będących konsekwencją zmian klimatycznych (rys. 5).
Rys. 5. Odkształcenia szyby zespolonej pod wpływem zmian temperatury
Wartości współczynnika przepuszczalności pary wodnej szczeliw używanych do uszczelnień zewnętrznych nie różnią się zbytnio. Wszystkie te szczeliwa – pod warunkiem ich prawidłowego nałożenia – można stosować do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych wykonanych we wszystkich znanych na rynku systemach/technologiach i będą one spełniać wymagania europejskiej normy EN1279 (część 2) odnoszącej się do szyb zespolonych z wypełnieniem powietrznym.
Osiągnięcia w dziedzinie oszczędności energii w przeszkleniach fasad Wypełnienie gazem obojętnym Oprócz powlekania szkła wypełnianie wewnętrznej komory szyby zespolonej gazem obojętnym jest jednym ze środków redukcji strat ciepła. Poprzez zastosowanie wypełnienia argonem wartość współczynnika przenikania ciepła U szyby zespolonej można zredukować o 0,3 W/m2K. Taka redukcja strat ciepła oznacza w praktyce roczne oszczędności oleju opałowego na poziomie 3 litrów na metr kwadratowy powierzchni przeszklonej fasady.
Jeśli natomiast chodzi o równoważnik energii elektrycznej zużytej do chłodzenia pomieszczeń w klimacie gorącym – oszczędności te są nawet czterokrotnie większe. W wypadku przeszkleń fasad o dużych powierzchniach oznacza to nie tylko wysoki potencjał oszczędności energetycznych, lecz również redukcję emisji dwutlenku węgla na niespotykaną dotąd skalę – a w konsekwencji redukcję efektu cieplarnianego w tymże samym stopniu.
Jednakże wykazywany przez szczeliwa silikonowe wysoki wskaźnik dyfuzji argonu stanowi przeszkodę w wykorzystaniu ich do uszczelniania szyb zespolonych wypełnionych argonem.
Z uwagi na znaczne ugięcia formatek szkła, wywołane zmianami temperatury oraz ciśnieniem atmosferycznym (rys. 5), a także niesprężystymi (plastycznymi) właściwościami PIB, w szybach zespolonych z uszczelnieniem silikonowym uszkodzenie uszczelnienia wewnętrznego ze sznura butylowego stanowi najczęściej spotykaną przyczynę nadmiernych strat gazu wypełniającego komorę szyby.
Tablica 1. Porównanie własności szczeliw stosowanych do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych
Jednakże dzięki rozwojowi produkcji szczeliw silikonowych o bardzo wysokim module sprężystości, przeznaczonych do uszczelniania szyb zespolonych, możliwa stała się produkcja wypełnionych argonem szyb zespolonych spełniających wymagania normy europejskiej EN1279, część 3, odnoszącej się do szyb zespolonych wypełnionych argonem. Niemniej jednak, ponieważ w istocie rzeczy barierę dla dyfuzji argonu stanowi warstwa utworzona przez sznur butylowy, podstawowe znaczenie w procesie produkcji szyb zespolonych ma wszechstronne wykorzystanie posiadanej wiedzy oraz kontrola jakości. Tego rodzaju szyby zespolone można wytwarzać przy wykorzystaniu zarówno sztywnych ramek dystansowych, składających się z cienkościennych profili metalowych (rys. 7), jak i z ramek termoplastycznych wykonanych w technologii Thermo Plastic Spacers (TPS, rys. 12), a także z „superramek” wykonanych w technologii Super Spacer (rys. 13). Oznacza to przełom w dziedzinie zastosowania szyb zespolonych z wypełnieniem argonowym w wykonawstwie strukturalnych przeszkleń fasad, co wykazano w 2004 r. w projekcie wybudowanych w Monachium dwóch wieżowców. Wieżowce te „ochrzczone” nazwą Munich Business Towers posiadają przeszklone elewacje, do których wykonania zużyto prawie 20 000 m2 szyb zespolonych, zaś do produkcji tych szyb użyto ramek termoplastycznych wykonanych w technologii TPS, uszczelnionych przy użyciu szczeliwa silikonowego (rys. 6).
Rys. 6. Wieżowce Munich Business Towers
Systemy ramek dystansowych
W dyskusji na temat strat ciepła kwestia ramek dystansowych i ich doskonalenia odgrywa istotną rolę.
Sztywne ramki dystansowe Przez szereg lat ramki dystansowe składane z odpowiednio przyciętych prętów wykonanych z aluminiowych profili cienkościennych stanowiły podstawowy rodzaj ramek, spotykanych na rynku (rys. 7). Proces produkcji szyb zespolonych został w wysokim stopniu zautomatyzowany, przy czym sumaryczna wydajność produkcyjna całkowicie zautomatyzowanych linii do produkcji szkła termoizolacyjnego wynosi 400 000 m2 rocznie. Z upływem czasu na rynku pojawiły się ramki dystansowe wykonane ze stali nierdzewnej lub stali pokrytej tworzywem. Pojawiły się nawet ramki metalowe z dylatacją termiczną wypełnioną poliuretanem (rys. 8).
Rys. 7. Ramka dystansowa z profilu cienkościennego
Rys. 8. Ramka dystansowa z profilu cienkościennego z dylatacją termiczną
Niższy współczynnik przewodzenia ciepła takich ramek (spadek wartości współczynnika przenikania ciepła U z 0,5 W/m2K w wypadku ramki aluminiowej do 0,4 W/m2K w wypadku ramki z dylatacją termiczną) można ograniczyć zjawisko przewodzenia ciepła poprzez brzegi szyby zespolonej, a w konsekwencji zredukować straty ciepła. Jednakże rynkowy sukces niektórych rozwiązań technicznych może być ograniczony ich wysokimi cenami, tak więc dokładna kalkulacja kosztów oraz pomiary strat energii cieplnej w budynkach muszą stanowić uzasadnienie kosztowniejszych rozwiązań.
Ramki z tworzyw
Ponieważ współczynnik przewodzenia ciepła metali jest znacznie większy od współczynnika przewodzenia ciepła tworzyw sztucznych, niektóre technologie poszły w kierunku zastąpienia ramek wykonywanych z kształtowników metalowych przez ramki wykonane z materiałów organicznych zawierających środek higroskopijny (sito molekularne). Tworzywa te nakłada się na formatkę szkła bezpośrednio ze szpul na których są nawinięte i mają one postać albo ramki wykonanej z pianki pokrytej folią kompozytową składającą się z aluminium i warstwy tworzywa (rys. 9), albo też mają postać ramki wykonanej z metalowej taśmy falistej pokrytej warstwą butylu (rys. 10). Proces produkcji szyb zespolonych przy użyciu tych ramek został zautomatyzowany i w handlu dostępne są urządzenia służące do nakładania na szkło ramek obydwóch wymienionych rodzajów. Jednakże, zgodnie z danymi zawartymi w literaturze dotyczącej takich wyrobów, zastosowanie tych ramek w strukturalnych przeszkleniach fasad ogranicza się do ramek drugiego rodzaju.
Rys. 9. Ramka dystansowa w postaci taśmy wykonanej z pianki
Rys. 10. Butylowa ramka dystansowa z falistą taśmą metalową
Całkowicie inne podejście do kwestii nakładania ramek zaprezentowano przystępując do opracowania technologii ramek termoplastycznych wykonywanych w technologii Thermo Plastic Spacer (TPS, rys. 11). Warstwa specjalnego butylu wyciskana jest bezpośrednio z pojemnika na formatkę szkła. Butyl będący substancją o konsystencji miękkiego kitu nadal stanowi swego rodzaju wyzwanie w rozwoju tej technologii, toteż szerokości ramek dystansowych tego typu ograniczono do 20 mm. Kompatybilność szczeliw obydwóch rodzajów – tzn. szczeliwa wewnętrznego i zewnętrznego – ma fundamentalne znaczenie dla tej technologii wytwarzania podatnych ramek (patrz następny rozdział). Proces produkcji szyb zespolonych oparty na wykorzystaniu ramek termoplastycznych TPS został także całkowicie zautomatyzowany, zoptymalizowano również wydajność produkcyjną linii służących do wytwarzania tego rodzaju szyb zespolonych. Magazynowanie kształtowników o różnych wymiarach, przeznaczonych na ramki dystansowe i innych materiałów potrzebnych do ich wykonania, a także posiadanie giętarek do ramek przechodzi już do historii i staje się znamieniem przestarzałej techniki. Zarazem wypełnienie gazowe stało się standardową technologią produkcji szyb zespolonych opartych o wykorzystanie ramek termoplastycznych TPS. Niespotykane dotąd możliwości w procesie produkcji szkła giętego oraz możliwość wytwarzania szyb zespolonych mocowanych wielopunktowo są największymi zaletami technologii TPS.
Rys. 11. Ramka termoplastyczna wykonana w technologii Thermo Plastic Spacer (TPS)
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie produkcji ramek dystansowych pozwoliły na pokonanie wielu ograniczeń związanych z dotąd stosowanymi i opisanymi wyżej metodami ich wytwarzania.
Tzw. superramki wytwarzane technologią Super Spacer (rys. 9) oparto na zastosowaniu taśmy wykonanej z pianki silikonowej i powleczonej folią stanowiącą barierę dla pary wodnej. Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie ramki odznaczającej się dużą podatnością i nadającej się do wykorzystania w produkcji giętych szyb zespolonych, które ostatnio znalazły szerokie zastosowanie w nowoczesnej architekturze. Wielką zaletą superramki SS w porównaniu do ramki termoutwardzalnej TSS jest możliwość nałożenia sznura butylowego (rys. 12). Mający kształt litery T przekrój poprzeczny tej ramki pozwala na nałożenie po obydwóch stronach środnika przekroju warstw butylu działających w charakterze bariery dla dyfuzji zarówno pary wodnej, jak i argonu.
Dzięki temu ramki wykonywane w tym systemie spełniają wymagania dotyczące dopuszczalnych wskaźników strat gazu i określone normą EN 1279-3. Ponieważ szczeliwo stosowane do zewnętrznego uszczelnienia szyby zespolonej odznacza się bardzo dobrą przyczepnością do folii pokrywającej ramkę, ramki tego rodzaju są znacznie bardziej wytrzymałe od wykonywanych w technologii TPS ramek termoplastycznych. Pomimo swojej podatności, ramki wykonywane w tym systemie odznaczają się sztywnością wystarczającą do tego, by można było je stosować w strukturalnych przeszkleniach fasad. Niemniej jednak z uwagi na długi okres eksploatacji szyb zespolonych stosowanych w przeszkleniach strukturalnych, wysokość warstwy szczeliwa wymaga precyzyjnych obliczeń uwzględniających obciążenia wynikające zarówno z parcia wiatru, jak i zmian warunków atmosferycznych.
Rys. 12. Superramka wykonana w technologii Super Spacer
Kompatybilność szczeliw Wymagana jest kompatybilność materiałów stosowanych zarówno w różnych systemach oszkleń strukturalnych, jak i materiałów używanych do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych, przy czym wszystkie materiały muszą odznaczać się kompatybilnością przez cały okres swej eksploatacji. W systemach przeszkleń strukturalnych dochodzi do bezpośredniego wzajemnego kontaktu między wieloma różnymi materiałami (patrz rys. 13).
Rys. 13. Przekrój poprzeczny oszklenia strukturalnego
Dokładne i szeroko zakrojone badania mogą zminimalizować ewentualne zagrożenia. Najnowsze doświadczenia wykazały jednak, że niektóre plastyfikatory oraz związki lotne wchodzące w skład mas uszczelniających oraz uszczelek kauczukowych mogą migrować na przestrzeni rzędu cali i wywierać różnorodny wpływ na zabarwienie szczeliw, a także ich własności mechaniczne i zdolność przylegania.
Kwestia ta wymaga dokładniejszego prześledzenia aktualnie stosowanych procedur badawczych (np. określonych normą ASTM C1087), zgodnie z którymi badanie kompatybilności ogranicza się jedynie do badań obejmujących bezpośredni kontakt (rys. 14a). Jednak również na powierzchniach styku z blokami mocującymi, ewentualnie wzdłuż linii styku z warstwą szczeliwa, wykonaną z silikonu niskiej jakości (rys. 14b), może dojść do tzw. „kalafiorowatego” rozwarstwienia folii.
Rys. 14a. Zmiana zabarwienia
Rys. 14b. Rozwarstwienie (delaminacja) folii PVB
W wypadku uszczelnień krawędzi szyb zespolonych z ramką wykonaną z kształtownika metalowego, z pewnością istotną rolę odgrywa kompatybilność butylu zarówno ze szczeliwem użytym do uszczelnienia zewnętrznego szyby, jak i ze szczeliwem chroniącym przed czynnikami atmosferycznymi.
Jednakże sztywna metalowa ramka dystansowa utrzymuje warstwę butylu ciągle w tym samym położeniu, wskutek czego może dojść do pęknięcia tej warstwy, powstania w niej szczelin – a w konsekwencji – do zaparowania szyby. Jednakże w wypadku miękkiej, termoplastycznej ramki TPS wszelkie braki kompatybilności ujawniają się dość szybko. Ramka taka może się punktowo odrywać od szczeliwa zewnętrznego i przemieszczać do wnętrza komory wewnętrznej szyby (patrz rys. 15). W wypadku ramek podatnych na tego rodzaju wady zachodzi potrzeba przeprowadzenia badań zapewniających wszechstronną i długotrwałą kompatybilność, zaś produkcja tych ramek wymaga ścisłej współpracy wszystkich dostawców oraz wytwórców.
Niezbędne jest więc zapewnienie w procesie produkcji szyb zespolonych odpowiedniej kontroli jakości.
Rys. 15. Termoplastyczna ramka TPS – efekt „girlandy”
Podsumowanie
Oszczędzanie energii jest obowiązkiem każdego z nas. Szczególnie w wypadku fasad przeszklonych szkłem przezroczystym możliwości strat energetycznych mogą być ogromne i różnorodne. Dlatego też niezbędne jest wykorzystywanie wszelkich możliwości oszczędności energii, takich jak powlekanie szkła, stosowanie wypełnień gazowych oraz dobór odpowiedniej technologii wykonania ramek dystansowych.
Z pewnością największe oszczędności energetyczne uzyskuje się poprzez rozwój technologii powlekania szkła i wprowadzanie nowatorskich rozwiązań w tej dziedzinie.
Jednakże wykorzystanie technologii ciepłej ramki oraz wytwarzanie nowych szczeliw umożliwiają zastosowanie szyb zespolonych wypełnionych gazem obojętnym nawet w strukturalnych przeszkleniach fasad, co w konsekwencji powoduje redukcję strat ciepła wskutek konwekcji, których udział w całkowitych stratach ciepła przez szybę zespoloną sięga do 20%. Jednakże, im bardziej złożona i wyszukana jest dana technologia, tym większa może być jej wrażliwość na czynniki zewnętrzne.
Dlatego wszechstronne badania stanowią podstawowy warunek podejmowania jakichkolwiek działań produkcyjnych, a wiedza płynąca z nowych doświadczeń musi mieć odpowiedni wpływ nie tylko na metody badawcze, lecz nawet na normy. Dzięki ścisłej współpracy wszystkich stron zaangażowanych w proces produkcji szyb zespolonych – tzn. dostawców szkła, producentów maszyn i urządzeń, wytwórców oraz dostawców ramek i szczeliw – można opracować bardzo obiecujące nowe rozwiązania tych szyb – takie, jak np. szyby zespolone z wypełnieniem argonem wytwarzane na bazie ramek Super Spacer, które dają architektom dużą swobodę w projektowaniu fasad w formie ścian kurtynowych, wytwórcom szyb zespolonych pozwalają na osiągnięcie niezbędnej wydajności produkcyjnej, zaś inwestorom budowlanym umożliwiają osiągnięcie oszczędności finansowych oraz ochronę środowiska będącą konsekwencją oszczędności energetycznych, uzyskiwanych zarówno w dziedzinie ogrzewania, jak i chłodzenia budynków.
Dr Werner Wagner
SIKA Services AG
Artykuł pochodzi z materiałów konferencji Glass Processing Days 2005
Bibliografia
[1] Wolf, A. T.: Odporność na starzenie się budynków oraz szczeliw stosowanych w budownictwie w Beech (str. 63-89), Wolf (wyd.): Trwałość szczeliw stosowanych w budownictwie. Materiały z konferencji RILEM (1996)
[2] Wagner, W.: Zastosowanie szczeliw silikonowych w charakterze szczeliw przeznaczonych do oszkleń strukturalnych. Materiały z konferencji Glass Processing Days (1997)
Następne spotkania
GLASS PROCESSING DAYS 2006, Chiny, Pekin, 23-24 kwiecień 2006
GLASS PROCESSING DAYS 2007, Finlania, Tampere, 15-18 czerwiec 2007
więcej informacji: Świat Szkła 4/2006
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 4/2006
Niemcy wschodnie od momentu zjednoczenia miały stać się dynamiczną, potężnie doinwestowywaną gospodarką. Pomimo kryzysu i znacznego bezrobocia, znajduje to odzwierciedlenie w ilości i jakości inwestycji budowlanych. Choć różnice między zachodnimi a wschodnimi landami są wciąż widoczne, to rewaloryzacja Haus der Presse w Dreźnie stanowi doskonały przykład zbliżania się do zachodnich standardów projektowych i wykonawczych.