Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

2017 6 okładka

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

 

baner mochnik colorimo 750X100

 

 

lisec SS FastLAne

 

baner konferencja 12 2017 

 inviPay 550x150

 

Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych Część 2
Data dodania: 11.12.07

Podstawowym parametrem służącym do szacowania strat ciepła przez przegrody budowlane, w tym przez przegrody szklane, jest współczynnik przenikania ciepła U [W/m2K]. 

Wielkość ta opisuje wymianę ciepła jednostki powierzchni przegrody przy jednostkowej różnicy temperatur powietrza po obu jej stronach. Ograniczenie strat ciepła w budynkach sprowadza się przede wszystkim do zmniejszania współczynnika U przegród budowlanych. 

 

Przepisy dotyczące parametrów izolacyjności cieplnej przeszkleń
     Wg obowiązujących obecnie przepisów budowlanych podanych w rozporządzeniu [1], współczynnik U przeszkleń w budynkach mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego nie powinien być większy niż:
- 2,6 W/m2K dla okien i drzwi balkonowych w pomieszczeniach ogrzewanych I, II i III strefie klimatycznej,
- 2,0 W/m2K dla okien i drzwi balkonowych w pomieszczeniach ogrzewanych IV i V strefie klimatycznej, oraz dla okien połaciowych we wszystkich strefach,
- 4,0 W/m2K dla okien w ścianach oddzielających pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych.



     Rozporządzenie [1] podaje również odpowiednie wymagania dla budynków użyteczności publicznej i produkcyjnych.



     Spełnienie tych wymagań w chwili obecnej nie jest trudne, pod warunkiem stosowania zespolonych szyb ciepłochronnych, w których jedna z szyb składowych posiada opisane w pierwszej części niniejszego cyklu („Świat Szkła” 10/07) napylenie niskoemisyjne. Istnieją możliwości ograniczenia współczynnika U przeszkleń do ok. 0,4 W/m2K, co jest porównywalne z izolacyjnością cieplną ocieplonej ściany.



     Przy doborze przegród szklanych w budynkach należy pamiętać również o wytycznych dotyczących powierzchni przegród przezroczystych w budynkach.

     W rozporządzeniu [1], w dziale dotyczącym oświetlenia i nasłonecznienia przepis mówi, że w pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi stosunek powierzchni okien, liczonej w świetle ościeżnic, do powierzchni podłogi powinien wynosić co najmniej 1:8, natomiast w innym pomieszczeniu, w którym oświetlenie dzienne jest wymagane ze względów na przeznaczenie – co najmniej 1:12.



     W dziale dotyczącym oszczędności energii i izolacyjności cieplnej sformułowano warunek, że powierzchnia okien oraz przegród przezroczystych Ao [m2], o współczynniku przenikania ciepła U nie mniejszym niż 2,0 W/(m2K), obliczona według wymiarów modularnych, w budynkach mieszkalnych w zabudowie jednorodzinnej nie powinna być większa od wartości Ao max obliczanej według wzoru





gdzie:
AZ – suma powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych, m2;
AW – suma pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji (tj. po odjęciu od całkowitego pola rzutów kondygnacji powierzchni AZ) [m2].



     Ten sam warunek powinien być spełniony w budynku użyteczności publicznej, jeśli nie jest to sprzeczne z warunkami dotyczącymi zapewnienia niezbędnego oświetlenia pomieszczeń światłem dziennym.

     W praktyce spełnienie obu powyższych warunków jednocześnie jest bardzo trudne, co ogranicza stosowanie okien o współczynniku przenikania ciepła U nie mniejszym niż 2,0 W/(m2K) w budynkach mieszkalnych.



Współczynnik przenikania ciepła okien

     Należy zwrócić uwagę na to, że współczynnik przenikania ciepła szyby zespolonej (taki parametr podają najczęściej producenci okien) nie jest równy współczynnikowi obliczonemu dla okna traktowanego jako całość. Poprawa izolacyjności cieplnej nowoczesnych układów szyb zespolonych doprowadziła do sytuacji, że oszklenie posiada lepszą izolacyjność cieplną, niż materiał ramy, tzn. okno traktowane jako całość posiada najczęściej gorsze parametry izolacyjności cieplnej niż oszklenie. Oprócz tego należy uwzględnić właściwości cieplne obrzeża szyby, które jest mostkiem termicznym (miejscem wzmożonej ucieczki ciepła), przez co pogarsza się współczynnik przenikania ciepła okna.



     Współczynnik przenikania ciepła okna Uw W/(m2K), dla standardowych okien z szybami zespolonymi zaleca się określać zgodnie z metodyką przytoczoną w normie [2], wg wzoru

gdzie:
Ag – pole powierzchni oszklonej [m2],
Af – pole powierzchni ramy [m2],
lg – obwód oszklenia [m],
Ug – współczynnik przenikania ciepła oszklenia (szyby zespolonej) [W/(m2K)],
Uf – współczynnik przenikania ciepła ramy okiennej [W/(m2K)],
Ψg – liniowy współczynnik przenikania ciepła na obrzeżu oszklenia [W/(mK)],



     Dla ram okiennych orientacyjnie współczynniki Uf można przyjmować na poziomie
- dla ramy drewnianej Uf = 1,4 W/m2K
- dla ramy z tworzywa sztucznego Uf ≈ 2,0 W/m2K
- dla ramy aluminiowej Uf = 2,0÷3,0 W/m2

    
Obliczenia przewodności cieplnej szyb zespolonych – uwarunkowania normowe
     W przypadku szyby zespolonej (rys. 1) w obliczeniach U należy uwzględnić następujące zjawiska:
 -  przejmowanie ciepła po wewnętrznej i zewnętrznej stronie szyby; ciepło wymieniane jest tutaj między powierzchnią szkła a powietrzem przez konwekcję (tzn. ruch powietrza w otoczeniu szyby) oraz przez promieniowanie;
- przewodzenie ciepła przez szkło,
- wymianę ciepła w szczelnie zamkniętej komorze międzyszybowej wypełnionej gazem; mamy tutaj do czynienia ze złożoną wymiana ciepła (występuje przewodzenie, konwekcja i promieniowanie); wpływ na wielkość strat ciepła ma nie tylko szerokość warstwy gazu, ale również usytuowanie szyby i zastosowanie napylenia niskoemisyjnego odbijającego promieniowanie podczerwone.



     Według klasycznej teorii współczynnik U szyby zespolonej jednokomorowej można wyznaczyć ze wzoru



gdzie: hi, he − współczynnik przejmowania ciepła po wewnętrznej i zewnętrznej stronie szyby zespolonej [W/(m2K)]; odwrotność tego współczynnika nazywamy oporem przejmowania ciepła Ri, Re [(m2K)/W],
d1, d2 − grubość szyby wewnętrznej i zewnętrznej [m],
λ − współczynnik przewodności cieplnej szkła,
λ = 1,0 W/mK,
hs − całkowita przewodność cieplna komory międzyszybowej [W/(m2K)]; odwrotność tej wielkości nazywamy oporem cieplnym komory Rs [(m2K)/W].



     Wewnątrz zamkniętych szczelin powietrznych odbywa się złożony proces wymiany ciepła. Ciepło wymieniane jest przez przewodzenie i konwekcję gazu oraz, między powierzchniami szczeliny, przez promieniowanie.

     W obliczeniach praktycznych najczęściej rozpatruje się przewodzenie i konwekcję łącznie a promieniowanie osobno. Całkowita przewodność cieplna komory hs wynosi więc





gdzie: hg – przewodność cieplna warstwy gazu w komorze, z uwzględnieniem konwekcji i przewodzenia, bez uwzględnienia promieniowania [W/(m2K)],
hr – przewodność cieplna komory przez promieniowanie [W/(m2K)].



     Jeżeli mamy do czynienia ze szczeliną poziomą i przepływem ciepła z góry do dołu, gaz o mniejszej gęstości znajduje się w górnej części szczeliny i konwekcja w zasadzie nie występuje. W przypadku szczeliny pionowej oraz poziomej, przy przepływie ciepła z dołu do góry, charakter wymiany ciepła zależy od szerokości szczeliny. Jeśli jest ona mała, gaz pozostaje w bezruchu lub przemieszcza się ruchem laminarnym (uporządkowanym). W tym przypadku przyjmuje się, że wymiana ciepła w gazie odbywa się tylko przez przewodzenie. W szerszej szczelinie nie można pomijać wpływu konwekcji na wymianę ciepła. Warunki graniczne określane są tzw. liczbą Nusselta Nu (patrz wzór 7).

     W większości przypadków proponuje się wprowadzenie równoważnego współczynnika przewodzenia ciepła gazu λr, zwiększającego spółczynnik przewodzenia ciepła gazu λ, bez uwzględnienia konwekcji. W takim przypadku przewodność cieplną warstwy gazu w komorze hg, z uwzględnieniem konwekcji, bez uwzględnienia promieniowania oblicza się ze wzoru





gdzie: s – szerokość komory szyby zespolonej, m.



     W normie [3], dotyczącej obliczeń współczynnika przenikania ciepła U szyb zespolonych przyjęto, że jeśli obliczona dla danych warunków liczba Nusselta Nu jest mniejsza od 1, przepływ ciepła odbywa się tylko przez przewodzenie (w obliczeniach nie uwzględniamy Nu) – w przeciwnym wypadku w obliczeniach należy uwzględnić konwekcję. Wzór (5) przyjmuje postać





gdzie: λ – współczynnik przewodzenia ciepła gazu (tab.1 w I części), W/(mK),
Nu – liczba Nusselta, z tym, że jeżeli Nu ≤ 1, we wzorze pomijamy Nu.



     Liczbę Nu określono wzorem



gdzie: A,n - stałe przyjmowane dla przestrzeni pionowych: A= 0,035; n= 0,38;
usytuowanych pod kątem 45o: A= 0,1; n= 0,31;
poziomych przy przepływie ciepła do góry:
A= 0,16; n= 0,28;
Gr, Pr – liczby Grashofa i Prandtla





gdzie: ∆T, Tm – różnica temperatur między powierzchniami wewnątrzkomorowymi orazśrednia temperatura gazu w komorze, K,
ρ – gęstość gazu, kg/m3,
µ – lepkość dynamiczna gazu, kg/(m•s),
c – ciepło właściwe gazu, J/(kg•K).



     Parametry gazów używanych do wypełniania przestrzeni gazowych w szybach zespolonych przedstawione są w normie [3].

     Jeśli chodzi o wpływ promieniowania na przewodność cieplną komory norma [3] zaleca posługiwanie się wzorem



gdzie: Tm – średnia temperatura gazu w komorze, K,
σ − stała Stefana-Bolzmanna 5,67×10-6 W/m2K4,
ε1, ε2 – współczynniki emisyjności powierzchni wewnątrzkomorowych; dla szkła bez napylenia można przyjmować 0,837.



      Na rys. 2 i 3 przedstawiono obliczenia oporu cieplnego komory według założeń normy [3] przy założeniu zestawu szyb zwykłych i zestawu z jedną szybą niskoemisyjną o emisyjności ε = 0,1. Można zauważyć, że wartości Rs są kilkakrotnie większe przy zastosowaniu szyb o niskiej emisji. Przekłada się to na znacznie większą izolacyjność cieplną szyb niskoemisyjnych. Zwraca uwagę również silna zależność oporu cieplnego od położenia szyby dla większych szerokości komory. Uwidacznia się tutaj silny wpływ konwekcji.


      Jeżeli chodzi o konwekcyjne przejmowanie ciepła na zewnętrznych powierzchniach zestawu można zapisać ogólną zależność



gdzie: he – współczynnik przejmowania ciepła od strony powietrza zewnętrznego [W/(m2K)],
hi – współczynnik przejmowania ciepła od strony pomieszczenia [W/(m2K)],
hc, hr – współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję oraz promieniowanie, [W/(m2K)].



     Wielkość hc została wielokrotnie wyznaczana eksperymentalnie. Przy przejmowaniu ciepła od strony pomieszczenia spotykamy się najczęściej z przypadkiem konwekcji swobodnej, od strony powietrza zewnętrznego mamy do czynienia z konwekcją wymuszoną spowodowaną wiatrem. Norma cieplna [4] zaleca, w obliczeniach przegród budowlanych:
- dla konwekcji swobodnej przyjmować wartości hc równe 5,0; 2,5; 0,7 W/m2K (odpowiednio dla ruchu ciepła w górę, poziomo i w dół),
- dla konwekcji wymuszonej stosować zależność hc = 4 + 4 . v, gdzie v oznacza prędkość ruchu powietrza [m/s].


     Do wyznaczenia współczynnika przejmowania ciepła przez promieniowanie hr można używać wzoru ogólnego



gdzie: T1 – temperatura powierzchni szyby, K,
T2 – temperatura powierzchni przegród otaczających lub nieboskłonu, K,
σ − stała Stefana-Bolzmanna 5,67×10-6 W/m2K4,
ε1-2 – emisyjność zastępcza wyznaczona na podstawie literatury przedmiotowej.



     Norma [4] podaje wzór uproszczony



gdzie: Tm – średnia z temperatury powierzchni szyby i temperatury otoczenia, K,
ε − emisyjność powierzchni.


     W celu uniknięcia dowolności przy zakładaniu danych obliczeniowych przy obliczeniach współczynników przejmowania ciepła, norma [3] zaleca w obliczeniach porównawczych dla szyb usytuowanych pionowo przyjmować wartości znormalizowane he = 23 W/m2K oraz hi = 8 W/m2K.

     Należy dodać, że oprócz metody obliczeniowej istnieją normowe metody [5, 6] doświadczalnego określania współczynnika przenikania ciepła szyb zespolonych.



Wpływ mostka termicznego na obrzeżu oszklenia

     Największe znaczenie ma tutaj rodzaj ramki dystansowej zastosowanej jako przekładka między szybami w zestawie. Stosowane są, opisane w I części, następujące rodzaje ramek:
- ramki standardowe z kształtownika aluminiowego,
- ramki ze stali nierdzewnej,
- ciepłe ramki z tworzywa sztucznego z rdzeniem ze stali nierdzewnej (Thermix, Swissspacer, Termo),
- ciepłe ramki typu Super Spacer z pianki polimerowej.



     Uzasadnienie ma tutaj stosowanie szyb z ciepłymi ramkami nie tylko ze względu na lepszy współczynnik przenikania ciepła okna, ale również ze względu na ograniczenie wykraplania się pary wodnej na oknie.



     W przypadku niskiej temperatury powietrza zewnętrznego zmniejszona izolacyjność cieplna obrzeża objawia się miejscowym spadkiem temperatury na wewnętrznej powierzchni szyby, co skutkuje kondensacyjnym wykraplaniem się pary wodnej na szybie, szczególnie w pomieszczeniach o dużej wilgotności powietrza (kuchnie, łazienki, pralnie itp.). Zjawisko jest szczególnie widoczne w obrębie dolnego obrzeża szyby, gdyż w naturalnym rozkładzie temperatur w pomieszczeniu przy mniejszej odległości od podłogi powietrze jest zimniejsze. Wykraplająca się para wodna może powodować szybszą korozję materiału ramy okiennej i powłok malarskich oraz zabrudzenia na ramach plastikowych. Ciepła ramka ogranicza mostek termiczny w tym newralgicznym miejscu.



      W tabeli 1 przedstawiono orientacyjne wartości liniowego współczynnik przenikania ciepła ψ dla różnych typów ramek dystansowych

Parametry układów szyb termoizolacyjnych
     Jeżeli chodzi o podstawowe parametry szyb termoizolacyjnych można mówić o parametrach pojedynczych szyb niskoemisyjnych oraz o parametrach zestawu zespolonego z szybą niskoemisyjną. Ponieważ jednak szyb niskoemisyjnych używa się tylko w zestawach, (najczęściej jedno- rzadziej dwukomorowych) parametry pojedynczych szyb mają znaczenie tylko przy projektowaniu zestawów.


      Podstawowymi parametrami są tutaj:
- współczynnik przepuszczalności światła τv, który określa jaka część światła widzialnego zostaje przepuszczona do pomieszczenia,
- współczynnik odbicia światła na zewnątrz ρve, oraz do wnętrza pomieszczenia ρvi, najczęściej korzystna jest niska wartość współczynnika odbicia,
- współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g, od którego zależą zyski ciepła od słońca,
- współczynnik przenikania ciepła Ug.

      W skład typowej szyby zespolonej termoizolacyjnej wchodzi szyba niskoemisyjna, usytuowana najczęściej od strony pomieszczenia (czyli napylenie usytuowane jest na pozycji 3 wg rys. 4a). W tej pozycji uzyskuje się minimalny współczynnik U przy maksymalnym współczynniku g. Napylać można zarówno szkło bezbarwne, jak i barwione w masie (szyba posiada wtedy również właściwości przeciwsłoneczne). Drugą szybę zestawu dobiera się w zależności od podstawowej funkcji jaką przeszklenie ma pełnić w miejscu wbudowania. Może być więc to szyba standardowa bezbarwna, przeciwsłoneczna, bezpieczna itd. Przestrzeń międzyszybowa najczęściej jest wypełniana argonem, co polepsza współczynnik U o 0,2÷0,3 W/m2K.



      W chwili obecnej prowadzone są badania nad nową konstrukcją szyby zespolonej, w której zamiast komory wypełnionej gazem zastosowana będzie cienka szczelina próżniowa [10].

     W tabelach 2 i 3 przedstawiono parametry szkła niskoemisyjnego oraz zespolonych szyb termoizolacyjnych dla przykładowych szyb oferowanych obecnie na rynku. Dla porównania zamieszczono również parametry szyb bez napylenia.



 Konstrukcja szyby z komorą przegrodzoną folią
     Na rynku oferowane są również szyby zespolone, w których komora międzyszybowa przegrodzona jest silnie napiętą folią o nazwie handlowej Heat Mirror. Folia ta jest pokryta jest warstwami tlenków metali o własnościach refleksyjnych i niskoemisyjnych oraz ograniczających prawie do zera przepuszczalność promieniowania UV.

Przedzielenie komory ogranicza ruchy konwekcyjne, co poprawia izolacyjność cieplną zestawu. Szyba Heat Mirror posiada własności szyby dwukomorowej (rys. 5, tab. 4).



dr inż. Zbigniew Respondek
Politechnika Częstochowska



Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. nr 75, poz. 690
2. PN-EN ISO 10077-1 Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: Metoda uproszczona.
3. PN-EN 673:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda obliczeniowa.
4. PN-EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
5. PN-EN 674:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda osłoniętej płyty grzejnej.
6. PN-EN 675:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda pomiaru przepływu ciepła miernikiem.
7. Materiały informacyjne firmy Edgetech Europe GmBH.
8. Plaze G.: Problemy producentów okien. Uw a współczynnik ψ. Najtrudniejszy element w obliczaniu współczynnika przewodzenia ciepła Uw okien. Artykuł na stronie internetowej www.press-glas.com
9. Materiały informacyjne firmy Saint-Gobain.
10. Glaser S.: Szkło o wysokiej efektywności. „Świat Szkła” nr 7-8/2005.
11. Materiały informacyjne firmy Pilkington
12. PN-EN 410:2001 Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklania.
13. Materiały informacyjne firmy Guardian.
14. Materiały informacyjne firmy Press-Glas.
15. Materiały informacyjne firmy Vitroszlif.
16. Materiały informacyjne firmy Hydropol. 

 

wszystkie części artykułu:

. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 10/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 2, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 11/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 3, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 4, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 5, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 2/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 6, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 3/2008

 

więcej informacji: Świat Szkła 11/2007

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik