Czytaj także -

Aktualne wydanie

okladka SS-7-8 2018-do Internetu

20180813-BANNER-160X600-V1-PL-GLASSTECEDG 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

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

25575923 

  

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

20180817doe12 baner-480-100

 

Okna w kamerze termowizyjnej
Data dodania: 21.12.14

W ostatnich latach w naszym społeczeństwie wyraźnie wzrosła świadomość, że warto poświęcić więcej uwagi zagadnieniom ochrony cieplnej budynków. Oczywiście wynika to przede wszystkim z rosnących cen energii i możliwych do uzyskania oszczędności, które wszak lepiej przeznaczyć na jakiś inny cel niż comiesięczne rachunki za gaz, olej opałowy lub prąd.

 

Nie bez znaczenia jest też tocząca się od jakiegoś czasu dyskusja o kurczących się zasobach naturalnych surowców energetycznych i możliwościach wykorzystania odnawialnych źródeł energii, a także przebijająca się powoli świadomość korzyści, jakie może przynieść obowiązek sporządzania certyfikatów charakterystyki energetycznej budynków, o ile uda się kiedyś doprowadzić do tego, aby służyły celowi, dla jakiego zostały wprowadzone. Pewną rolę odgrywają też różnego rodzaju zachęty, jak np. możliwość uzyskania finansowego wsparcia dla przedsięwzięć termomodernizacyjnych, czy dofinansowania montażu kolektorów słonecznych. Nadal występuje jednak szereg barier, które powodują, że proces ten toczy się u nas dużo wolniej niż w wielu innych krajach europejskich. 

 

Ten trend jest natomiast dość intensywnie wykorzystywany przez większość producentów akcesoriów budowlanych, materiałów izolacyjnych, stolarki okiennej i drzwiowej, szkła budowlanego itp., choć zdarza się, że jakość tych wyrobów odbiega od tego, czego można byłoby się spodziewać na podstawie reklamy. W ogromnej mierze jednak o ostatecznym efekcie decyduje „czynnik ludzki”, czyli jakość wykonanych prac budowlanych i montażowych.

 

Szybką i wygodną technologią pozwalającą ocenić w praktyce jakość użytych materiałów i wykonanych prac budowlanych jest właśnie termowizja. Badanie termowizyjne pozwala wykryć wszelkiego rodzaju anomalie cieplne decydujące o wielkości zapotrzebowania na energię, które mogą być spowodowane błędami projektowymi, wadami lub niedostateczną jakością użytych materiałów budowlanych, jak również niestarannym wykonawstwem, zarówno na etapie produkcji, jak i podczas późniejszego montażu na placu budowy.

 

Trzeba jednak zdawać sobie sprawę, że badanie termowizyjne ma charakter jakościowy a nie ilościowy. Wynika to z faktu, że kamera termowizyjna w rzeczywistości nie służy do pomiaru temperatury, ale z dużą precyzją mierzy natężenie promieniowania cieplnego, w tym także promieniowania odbitego pochodzącego z otoczenia, które pada na wysokoczułą matrycę detektorów. Określenie temperatury następuje samoczynnie dla każdego piksela obrazu po przeliczeniu energii przez specjalny algorytm, z uwzględnieniem założonego przez operatora współczynnika emisyjności ε oraz szeregu parametrów, takich jak temperatura i wilgotność powietrza, odległość od obiektu itd. W związku z tym pomiar temperatury kamerą termowizyjną może być obarczony stosunkowo dużym błędem (ok. ±2%), jednak dzięki wysokiej czułości temperaturowej profesjonalnych kamer (NETD < 0,03K) pomiar bezwzględnej wartości różnicy temperatur charakteryzuje się bardzo wysoką dokładnością, co pozwala na wykrycie nawet minimalnych anomalii termicznych niewykrywalnych innymi metodami. 

 

Do elementów mających ogromny wpływ na zużycie energii należą okna, których termoizolacyjność mimo ogromnego postępu technicznego jest nadal kilkukrotnie gorsza niż „nieprzezroczystych” przegród budowlanych czyli ścian i stropów. Z wymagań obowiązujących od 1 stycznia 2014 wynika, że współczynnik przenikalności cieplnej ściany nie może być gorszy niż 0,25 W/m2K. Tymczasem dobre okna z profili PCV z jednokomorowymi szybami zespolonymi wypełnionymi argonem, charakteryzują się przenikalnością cieplną na poziomie 1,2-1,3 W/m2K. Nawet najdroższe okna wykonane ze specjalnych profili i wyposażone w energooszczędne dwukomorowe zestawy szybowe, stosowane głównie w budynkach pasywnych, mogą się szczycić przenikalnością na poziomie 0,6-0,8 W/m2K, podczas gdy współczynnik przenikalności ścian w budownictwie pasywnym dochodzi do 0,08–0,1 W/m2K. Wynika z tego, że 1 m2 okna może generować straty takie same, jak ściana o powierzchni 8–10 m2.

 

Na współczesne okno składa się wiele zaawansowanych technologiczne detali wykonanych z różnych materiałów, tak więc ich badanie jest dość złożone i wymaga użycia kamery termowizyjnej o doskonałych parametrach, a od operatora należy oczekiwać odpowiedniej wiedzy oraz dużego doświadczenia w interpretacji obrazów termowizyjnych. Trzeba bowiem zdawać sobie sprawę z tego, że – podobnie jak oko ludzkie – kamera termowizyjna „widzi” wyłącznie powierzchnię badanych obiektów, przy czym akurat szkło okienne jest dla promieniowania podczerwonego (w paśmie wykorzystywanym przez kamerę) nieprzezroczyste, a zatem badanie rozkładu temperatury obejmuje wyłącznie zewnętrzną, „dostępną optycznie” powierzchnię szyby. Tym samym podczas analizy termograficznej należy brać pod uwagę m.in. oddziaływanie konwekcji powietrza na zewnętrzną powierzchnię zestawu szybowego i rozkład pionowego gradientu temperatury w pomieszczeniu. Jest to tym bardziej istotne, że w większości przypadków właśnie pod oknami montowane są intensywne źródła ciepła tj. grzejniki.

 

Do najważniejszych parametrów, które podlegają badaniom termowizyjnym należą: jakość szyb i ramki dystansowej między szybami oraz szczelność całego zestawu szybowego, jakość i szczelność połączenia zestawu szybowego z ramą skrzydła, jakość profili okiennych i stan uszczelek między skrzydłem okiennym a ościeżnicą, jakość osadzenia i uszczelnienia okna w murze, wreszcie jakość obróbki i finalnego wykończenia otworu okiennego.

 

Szyby mogą stanowić nawet do 90% całkowitej powierzchni okien. Mają one zatem bardzo istotny wpływ na całkowitą wielkość strat ciepła w pomieszczeniach. Należy przy tym zwrócić uwagę, że w badaniach termowizyjnych mających charakter jakościowy, analiza termogramów może być obiektywna tylko wtedy, gdy porównywane są termogramy zarejestrowane w zbliżonych warunkach środowiskowych, ponieważ oprócz temperatury zewnętrznej i wewnętrznej o wyniku decyduje okna  np. siła i kierunek wiatru oraz wynikająca z tego różnica ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego.

 

(...)

 

Zdecydowana większość okien jest obecnie wyposażana w jednokomorowe zestawy szybowe. Nadal jednak można spotkać starego typu podwójne okna z pojedynczymi szybami, tzw. okna skrzynkowe. Są to czasem zupełnie nowe okna wykonane na zamówienie, np. dla zachowania oryginalnego wyglądu zabytkowego domu lub elewacji objętej ochroną konserwatorską. 

 

Jak pokazują badania termowizyjne, choć parametry takich okien odbiegają od parametrów nowoczesnych okien z szybami zespolonymi, mogą to być całkiem niezłe okna pod warunkiem, że okno zewnętrzne jest szczelne a przestrzeń międzyokienna zachowuje właściwości przestrzeni niewentylowanej. Ich wadą jest natomiast zdecydowanie wyższy koszt, gdyż praktycznie robi się je wyłącznie na zamówienie. 

 

W oknie przedstawionym na termogramie (fot. 1) temperatura na powierzchni szyb wewnętrznych wynosi ok. 19oC i jest niższa od średniej temperatury ściany zewnętrznej zaledwie o 0,6 K, co świadczy o bardzo dobrych właściwościach cieplnych okna. Rozkład temperatury na szybach jest dość równomierny, z niewielkim wzrostem w części górnej. Ze względu na mniejszą różnicę temperatury powietrza w pomieszczeniu i w przestrzeni między oknami, mostki termiczne wokół krawędzi poszczególnych szyb są praktycznie niewidoczne.

 

 

2014 12 25 1

Fot. 1. Nowe okno skrzynkowe z tradycyjnymi szprosami

 

 

Zupełnie inaczej wygląda tradycyjne okno skrzynkowe, w którym na skutek niedostatecznej szczelności okna zewnętrznego temperatura w przestrzeni międzyokiennej jest znacznie niższa. Oprócz znacznie niższej temperatury powierzchni szyb, występuje na nich również wyraźny pionowy gradient temperatury (fot. 2), wynikający głównie z konwekcji powietrza w przestrzeni międzyszybowej.

 

 

2014 12 25 2

Fot. 2. Stare okno skrzynkowe ze szprosami

 

 

Dość popularnym elementem okien skrzynkowych (ale nie tylko!) są szczebliny, zwane popularnie szprosami, pokazane na ww. termogramie. Te tradycyjne szprosy, które w opinii wielu użytkowników nadają oknom elegancki i niepowtarzalny wygląd, są niestety źródłem dodatkowych strat ciepła, nie wspominając już uciążliwości, jakie wiążą się z ich myciem. Szprosy takie w rzeczywistości dzielą okno na szereg mniejszych szyb z ramkami, z których każda „wnosi” do bilansu cieplnego swoje mostki termiczne a dodatkowe straty mogą wynikać z wadliwego montażu tych niewielkich szyb i wynikających z tego nieszczelności.

 

Zastosowanie szczelnych zestawów szybowych wniosło znaczący postęp i wyraźnie poprawiło termoizolacyjność nowoczesnych okien, choć zależnie od jakości materiałów m.in. rodzaju szkła, ramki dystansowej, użytych profili okiennych i gazu wypełniającego przestrzeń międzyszybową, mogą się one znacznie różnić swoimi parametrami cieplnymi.

 

Warto tu zwrócić uwagę na różnice temperatury i jej rozkład w oknach z zestawami szybowymi (fot. 3). Badania termowizyjne jednoznacznie pokazują, że w zestawach szybowych wypełnionych gazem szlachetnym, np. argonem (lewy termogram), temperatura szyby jest bardzo zbliżona do temperatury ramy skrzydła okiennego a konwekcja w przestrzeni międzyszybowej praktycznie nie występuje. Jest to spowodowane niewielkim, na ogół odstępem między szybami (OMS) oraz znaczną lepkością argonu, która w tych warunkach znacząco ogranicza zjawisko konwekcji. Na profilu temperaturowym widać bardzo dobrze, że temperatura szyby pozostaje na niezmienionym niemal poziomie, natomiast chłodniejszy argon gromadzi się jedynie przy dolnej krawędzi szyby oraz w pobliżu metalowych ramek dystansowych stanowiących mostki termiczne. Gromadzenie się chłodniejszego gazu u dołu szyby to bardzo charakterystyczne zjawisko w zestawach szybowych wypełnionych argonem. Przy okazji warto tu zwrócić uwagę na infiltrację zimnego powietrza przez nieszczelności między ramą skrzydła okiennego a ramką dociskową szyby, spowodowane wadliwym osadzeniem zestawu szybowego w ramie.

 

 

2014 12 25 3

Fot. 3. Porównanie szyby zespolonej z argonem i zestawu szybowego wypełnionego powietrzem

 

 

Temperatura szyby wypełnionej powietrzem (prawy termogram) jest, jak widać, nie tylko znacznie niższa niż temperatura profili okiennych, co wynika z dużo większej przenikalności cieplnej tych szyb, ale wykazuje również pewien wzrost wraz z wysokością. Potwierdza to występowanie zjawiska konwekcji powietrza, które charakteryzuje się znacznie niższą lepkością pod argonu.

 

Pionowy rozkład temperatury na powierzchni okna z szybą zespoloną, zamontowanego w połaci dachowej, w pozycji nachylonej pod znacznym kątem (fot. 4), wykazuje wprawdzie nieznaczny wzrost temperatury wraz z wysokością, trzeba jednak wziąć pod uwagę, że może on wynikać z naturalnego gradientu pionowego temperatury powietrza w pomieszczeniu a nie zjawiska konwekcji w przestrzeni międzyszybowej, gdyż – jak już powiedzieliśmy na początku – kamera termowizyjna rejestruje temperaturę na zewnętrznej powierzchni „nieprzezroczystej” szyby, gdzie daje o sobie znać ciepłe powietrze z grzejników, montowanych najczęściej właśnie pod oknami. Mimo, że dla prawidłowego przebiegu badania termowizyjnego grzejniki powinny zostać kilka godzin wcześniej wyłączone, to jednak z reguły pozostają nadal nieco cieplejsze od otoczenia, powodując niewielki ruch powietrza ku górze.

 

 

2014 12 26 4

Fot. 4. Okno połaciowe z wypełnieniem argonowym

 

 

Znaczącym źródłem strat w oknach z szybami zespolonymi mogą być natomiast mostki termiczne wokół szyb, które wynikają z rodzaju zastosowanych ramek dystansowych, jak i stopnia zagłębienia szyby w ramie okiennej. Należy tu zaznaczyć, że podczas badania termowizyjnego dokonywana jest ogólna ocena jakości okna m.in. w oparciu o wielkość mostka termicznego występującego na krawędzi szyby, bez wdawania się w szczegółową analizę samych przyczyn decydujących o intensywności tego mostka.

 

Typowe obniżenie temperatury w rejonie mostka cieplnego w przypadku standardowych okien z szybami zespolonymi wynosi ok. 4–4,5 K (fot. 5). W oknach wysokiej klasy (fot. 6), obniżenie temperatury na krawędzi szyby (mostek termiczny) nie przekracza 2,5–3 K. Natomiast okno zaprezentowane na termogramie (fot. 7), w którym obniżenie temperatury wokół krawędzi szyby przekracza 6 K należy uznać za okno zdecydowanie złej jakości. Podane wyżej wartości odnoszą się do różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ok. 20 K i pochodzą z badań prowadzonych przy zbliżonej różnicy ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego, która nie przekraczała 5–10 Pa (słaby wiatr).

 

 

2014 12 25 5

Fot. 5. Standardowe okno ze szprosami międzyszybowymi

 

 

2014 12 26 1

Fot. 6. Okno wysokiej jakości z szybą wypełnioną argonem

 

 

2014 12 26 2

Fot. 7. Mostek termiczny w oknie niskiej jakości

 

 

Okna z szybami zespolonymi z tradycyjnymi szprosami (fot. 8) charakteryzują również znaczne straty ciepła wynikające z występowania mostków termicznych, jakimi są same szprosy, jak również znacznie większą długością mostków termicznych wokół krawędzi szyb niż w oknach z pojedynczą szybą zespoloną (bez szprosów). 

 

 

2014 12 26 3

Fot. 8. Okno z szybami zespolonymi i tradycyjnymi szprosami

 

 

Istnieje jednak szereg rozwiązań pozwalających uniknąć wspomnianych strat ciepła m.in. szprosy wewnątrzszybowe (fot. 5), montowane przez producentów szyb zespolonych od razu w komorze między szybami. Nie stwarzają one problemów przy myciu i nie wymagają konserwacji ale wykonuje się je z innego materiału niż drewno co jest niestety widoczne i przez wiele osób uważane za zaprzeczenie elegancji. Na termogramie pokazane jest okno ze szprosami wewnątrzszybowymi, które, jak widać, nie powodują istotnych strat ciepła.

 

Występują również okna ze szprosami naklejanymi od zewnątrz (fot. 9), w których nie występują żadne związane z tym dodatkowe straty ciepła, choć akurat w oknie pokazanym na termogramie na skutek ucieczki gazu zestaw szybowy przestał odpowiadać swoim parametrom. 

 

 

2014 12 26 4

Fot. 9. Okno ze szprosami naklejonymi od zewnątrz

 

 

Dość często spotykaną wadą pakietów szybowych, zwłaszcza o dużej powierzchni, jest ich zaklęśnięcie w części środkowej. Może ono być spowodowane zbyt małą grubością i sztywnością szyb w stosunku do ich powierzchni, za małą odległością między szybami (np. na skutek zastosowania zbyt wąskiej ramki dystansowej), niedostatecznym ciśnieniem gazu w komorze międzyszybowej, a często wszystkimi tymi czynnikami naraz. Zaklęśnięcie takie w krańcowych przypadkach może prowadzić do zetknięcia obu szyb ze sobą i związanej z tym utraty parametrów cieplnych a tym samym znaczącej straty ciepła na stosunkowo dużej powierzchni okna. Doskonałym przykładem takiego zjawiska, dobrze widocznego zarówno podczas oględzin kamerą od wewnątrz pomieszczenia (fot. 10), jak i od zewnątrz budynku (fot. 11), są szyby montowane w wielkopowierzchniowych oknach witrynowych lub drzwiach balkonowych.

 

 

2014 12 26 5

Fot. 10. Całkowite zaklęśnięcie zestawu szybowego (widok od wewnątrz)

 

 

2014 12 26 6

Fot. 11. Okna z zaklęśniętymi szybami w widoku od zewnątrz

 

 

To samo zjawisko zaklęśnięcia szyb zespolonych widoczne od zewnątrz przedstawia termogram (fot. 12). W przypadku takiego całkowicie przeszklonego obiektu może to oznaczać ogromne straty ciepła wynikające z dużej łącznej powierzchni szklanych powierzchni i zwiększone zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, a nawet wręcz całkowity brak możliwości osiągnięcia wymaganej temperatury komfortu. Kilka innych przykładów zaklęśnięcia szyb zespolonych pokazują termogramy na fot. 13 i 14.

 

 

2014 12 26 7

Fot. 12. Zaklęśnięte szyby zespolone w obiekcie ze szkła

 

 

2014 12 26 8

Fot. 13. Fragment fasady z zaklęśniętymi pakietami szybkowymi

 

 

2014 12 26 9

Fot. 14. Duże okna witrynowe z zaklęśniętymi szybami

 

 

inż. Wojciech Derwiński
Termocert
www.termocert.com.pl 

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 12/2014

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik