Okno to okno...

Szczegóły: Kategoria: Wydanie 4/2006; Opublikowano: 29 styczeń 2009

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 U_szyby=1,0 W/m²K

Rys. 3 Oszklenie potrójne z dwoma powłokami niskoemisyjnymi U_szyby=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 ψ_g przez opaskę zespalającą oszklenia zależy od rodzaju ramy, obecności powłoki niskoemisyjnej.

W tabeli 3 zamieszczono wartości ψ_g 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 U_okna=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