Ocena jakości energetycznej okien
     Po wprowadzeniu certyfikacji energetycznej budynków należy spodziewać się wzrostu znaczenia jakości wyrobów budowlanych w zakresie cech mających wpływ na charakterystykę energetyczną budynku.

     W odniesieniu do okien są to następujące cechy:
● współczynnik przenikania ciepła,
● przepuszczalność powietrza (wpływa na straty ciepła wraz z cyrkulacją powietrza – zużyte ciepłe powietrze uchodzi na zewnątrz, do pomieszczeń dochodzi świeże, ale zwykle zimniejsze powietrze z zewnątrz),
● całkowita przepuszczalność promieniowania słonecznego (w tym głównie zyski ciepła w wyniku przenikania promieni słonecznych przez szyby, co wpływa korzystnie na zmniejszone koszty ogrzewania w zimie, ale również na zwiększone koszty klimatyzacji w lecie) oraz przepuszczalność światła widzialnego zastosowanego w oknie oszklenia (co wpływa na czas korzystania z oświetlenia sztucznego w pomieszczeniach).

     W Polsce dopiero trwa opracowywanie kryteriów określania efektywności energetycznej okien i wyznaczania klas energetycznych, łącznie z oznaczaniem graficznym wyrobów, których idea jest podobna oznaczeń znanych ze sprzętów AGD. Inne kraje, np. Wielka Brytania, mają już opracowane wytyczne przydzielania odpowiednich klas w zależności od parametrów technicznych okna.

     Okna należą też, niestety, do przegród o małej stateczności cieplnej czyli szybko się nagrzewają ale również szybko wychładzają (szczególnie w porównaniu do masywnych ścian murowanych o dużej akumulacji ciepła) co oznacza, że występujące straty ciepła wzrastają niemal jednocześnie wraz z obniżeniem się temperatury zewnętrznej, a przy nieszczelnościach wraz ze wzrostem prędkości wiatru. W okresie gwałtownego ochłodzenia powietrza zewnętrznego straty ciepła przez okna mogą więc dochodzić nawet do 80% całkowitych strat.
     Zawsze jest celowe zamontowanie ciepłych okien, a korzyści się zwiększają, jeśli montujemy okno o dużej powierzchni. Należy jednak pamiętać, że okno ma zwykle mniejszą izolacyjność termiczną niż otaczające ściany, więc zwykle większa powierzchnia okien powoduje także większą utratę energii.

Jak rozpoznać dobre okno?
     Stolarka okienna to produkt o bardzo długim cyklu życia. Kupowany jest na ogół z zamiarem eksploatacji przez 30-40 lat, a jego wymiana wiąże się z poważnymi pracami remontowymi. Przy takiej inwestycji błędy i poprawki mogą drogo kosztować. Tymczasem selekcja optymalnego systemu profili okiennych to skomplikowane przedsięwzięcie – trudne nawet dla fachowców. Inwestor spotyka się na rynku z wieloma trudnymi do zweryfikowania, bądź nieporównywalnymi informacjami o zaletach i wadach różnych systemów. Duża ich część ma charakter czysto marketingowy i niekiedy w sposób zamierzony wprowadza w błąd klienta. Na dodatek sprawdzenie w gotowym oknie właściwości użytych do jego produkcji profili jest praktycznie niemożliwe. Jak więc sobie radzić w takiej sytuacji?
     Na rynku jest wielu mniejszych i większych producentów stolarki okiennej. Każdy z nich reklamuje swoje produkty jako najlepsze. Nie wypromowano jeszcze marek okien, więc najczęściej okna kojarzone są na podstawie nazw profili, co typowe zwłaszcza dla okien PVC. Obiegowo posługujemy się więc nazwami systemów VEKA, REHAU, SCHÜCO, IDEAL itp., nie pamiętając, że okna nawet na tych samych profilach mogą znacznie różnić się między sobą parametrami technicznymi, co wpływa na ich cechy użytkowe. Spowodowane jest to nie tylko jakością wykonania, ale i konfiguracją użytych elementów. Każdy producent, dążąc do maksymalizacji własnych zysków oraz usiłując osiągnąć kompromis pomiędzy jakością i ceną, dobiera komponenty wg uznania. Za każdym razem okno może być wyposażone w inne wzmocnienie stalowe, pakiet szybowy, inne uszczelki czy okucia. Oczywiście od takiego doboru elementów zależy izolacyjność termiczna okna, która wyrażona jest za pomocą współczynnika przenikania ciepła U. Należy więc szczegółowo zapoznać się ze specyfikacją techniczną oferowanego nam okna i żądać, aby cała charakterystyka okna została nam przekazana pisemnie, a najlepiej, aby te cechy były poparte atestami renomowanych instytutów

     Obecnie większość okien wykonuje się pod konkretne zamówienie klienta, więc nie ma problemu aby zamówić cieplejsze okna. Oczywiście kosztują one nieco drożej i czasami musimy dłużej czekać na nietypowy profil. Z szybami zespolonymi nie ma problemu, bo czas realizacji zamówienia na szyby jedno- czy wielokomorowe jest taki sam, a szkło powlekane i gazy szlachetne są w bieżącym użyciu. Podobnie coraz więcej firm okiennych ma w bieżącej sprzedaży ciepłe okna, zarówno do budynków niskoenergetycznych, jak i do pasywnych. Wymagania, jakie powinny spełniać okna do naszego domu najlepiej skonsultować z architektem, który wykonał dla nas projekt, aby okna były w podobnym „standardzie cieplnym” jak inne przegrody – ściany i dach. Wielkości i materiał okien powinny być wyszczególnione w projekcie, w zestawieniu stolarki budowlanej. Większość renomowanych producentów okien oferuje rysunki szczegółów swoich wyrobów w programie CAD, gotowe do wstawienia do projektu technicznego.

Materiał profili okiennych
     Profile z PVC i drewniane są najczęściej używanym materiałem do wykonywania konstrukcji okien. Mają one zbliżone wartości współczynnika przenikania ciepła. Dla drewna (popularny profil DJ68 i jego modyfikacje) wynosi on ok. 1,4 W/m2K (dla drewna miękkiego – gęstość 500 kg/cm3) i ok. 1,8 (dla drewna twardego - gęstość 700 kg/cm3), zaś dla profili z PVC zawarty jest w granicach 1,3-1,9 W/m2K – zasadniczo wraz ze wzrostem ilości komór rośnie ich izolacyjność cieplna. W oknach drewnianych ostateczna wartość współczynnika przenikania ciepła zależy głównie od szerokości profilu – im jest szerszy, tym cieplejszy.

Okna energooszczędne z PVC

     Budowa komorowa profili pozwala na uzyskanie lepszych parametrów izolacyjnych. Zasadniczo, im więcej komór powietrznych mają profile, tym ich właściwości izolacyjne są lepsze. Producenci wręcz „prześcigają się” w dodawaniu liczby komór w profilu - ponieważ fakt ten łatwo „marketingowo” przedstawić klientowi i uzyskać wyższą cenę. Warto jednak pamiętać, że na wartość współczynnika Uw ma także wpływ wielkość i kształt komór – dodatkowa bardzo wąska komora o szerokości poniżej 3 mm nie przynosi oczekiwanych korzyści. Dlatego aby osiągnąć pożądany efekt konieczne jest również zwiększenie wielkości profili. Mamy więc na rynku profile o grubości (głębokości zabudowy) od 50 do 120 mm.

     Większe profile niektórym klientom wydają się zbyt „potężne” i często nie odpowiadają im ze względów estetycznych. Większe profile zajmują też znaczną powierzchnię okna. Firmy oferują więc specjalne obniżone profile zapewniające docieranie większej ilości światła do pomieszczenia (obniżona wysokość ramy i skrzydła, pozwala na uzyskanie większej powierzchni przeszklenia). Decyduje o tym suma wysokości profili ościeżnicy i skrzydła, która w takich obniżonych profilach wynosi ok. 10 cm.
     Większe profile, odznaczające się dużą ilością odpowiednio ukształtowanych komór są natomiast bardziej wytrzymałe, mocniejsze i sztywniejsze. Powinny też mieć odpowiednio dużą komorę główną, w której będą się znajdować kształtowniki wzmacniające. Liczba komór wpływa jednak na cenę okna: im więcej komór, tym większe gabaryty profilu i większe zużycie PVC – więc okno jest droższe.
     Chcąc obniżyć koszty producenci zaczęli pocieniać ścianki profili. Wpływa to jednak na obniżenie trwałości i wytrzymałości okna. Kupując gotowe okno nie jesteśmy w stanie sprawdzić grubości ścianek profili, więc powinniśmy żądać od producenta informacji w jakiej klasie grubości ścianek jest dany profil: klasa A - grubości ścianek: zewnętrznych widocznych ≥2,8 mm, zewnętrznych niewidocznych ≥2,5 mm; klasa B - grubości ścianek: zewnętrznych widocznych ≥2,5 mm, zewnętrznych niewidocznych ≥2,3 mm. Niestety, wielu producentów produkujących okna na „odchudzonych” profilach nie poczuwa się do obowiązku aby o tym poinformować klientów. Mocniejsze profile są jednak konieczne przy większych wymiarach okien oraz gdy okno jest narażone na silne odkształcenia, np. gdy budynek jest usytuowany w strefie, gdzie wieją silne wiatry.

     Na współczynnik U ma również wpływ materiał i kształt profili wzmacniających. Wzmocnienie potrzebne ze względów wytrzymałościowych obniża jednak izolacyjność okna. Najbardziej wytrzymałe, ale jednocześnie najbardziej „zimne” są wzmocnienia stalowe. Dlatego są one zastępowane czasami przez profile wzmacniające wykonane z żywicy zbrojonej włóknem szklanym – jednak wzmocnienia te pozwalają na konstruowanie okien o mniejszej powierzchni. Oferowane są też energooszczędne profile ośmiokomorowe z koekstrudowanymi wzmocnieniami aluminiowymi. W tym przypadku osiągnięto wysoką izolacyjność cieplną przy głębokości zabudowy wynoszącej zaledwie 82 mm. Wprowadza się również wklejanie szyby zespolonej w profile okienne (szyba zespolona usztywnia skrzydło okienne, podobnie jak przednia szyba w samochodzie usztywnia cały pojazd) przez co mogą być ograniczone gabaryty wymaganych profili wzmacniających przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości i sztywności okien. Niektóre firmy wprowadziły specjalne użebrowanie z PVC w komorze głównej w profilu, co pozwoliło odsunąć wzmocnienie od bezpośredniego kontaktu ze ściankami z profilu z PVC i wytworzyć tzw. mikrokomory podwyższające nieco izolacyjność cieplną profili. Ostatnio pojawiły się również profile, w których termoplastyczny materiał, stanowiący zasadniczą masę profilu, zbrojony jest odcinkami z włókien szklanych. Profile te mogą być cięte i zgrzewane jak zwykłe profile z PVC. Do okien o typowych rozmiarach nie potrzebują one dodatkowych wzmocnień stalowych, co znacznie poprawia ich parametry cieplne. Duże efekty dają drobne czasami elementy, takie jak zastosowanie zwykłej taśmy rozprężnej pod zestawem szybowym, co obniża wartość współczynnika o ok. 0,1 W/m2K

     Profile przeznaczone do budynków energooszczędnych mają często specjalne docieplające nakładki wypełnione pianką poliuretanową. Coraz bardziej popularne jest wkładanie do większych komór, a zwłaszcza do komory głównej ze zbrojeniem, wkładek izolacyjnych z pianki poliuretanowej lub spienionego polistyrenu. Są one utwardzone i ukształtowane przed włożeniem do profili okiennych. Jedna z firm zaproponowała wypełnienie ciekłą pianką PU środkowych komór profilu – pianka ta jednocześnie ociepla i usztywnia profil okienny, ponieważ utwardzając się wewnątrz profilu przykleja się do ścianek z PVC i stanowi z nimi zwarty monolit. Do okien o typowych rozmiarach nie wymagane jest wówczas dodatkowe zbrojenie stalowe. Profile z wkładami piankowymi chociaż doskonałe ze względów termicznych, stanowią problem w innych kwestiach. Biorąc pod uwagę izolacyjność termiczną najlepsze jest wypełnienie pianką komór zewnętrznych, jednak nie mogą one wówczas służyć do wentylacji profili – co schładza i wyrównuje ciśnienie powietrza w nagrzewających się profilach. Profile z wkładkami izolacyjnymi w zewnętrznych komorach są więc zwykle dostępne tylko w białym kolorze (profile te najmniej nagrzewają się od słońca). Profile z wkładkami piankowymi trudniej jest też poddawać recyklingowi.

     Specjalne profile z PVC do produkcji okien montowanych w domach pasywnych mają współczynnik Uf w granicach 0,84-0,88 W/m2K. Przy zastosowaniu szyby o Ug=0,7 W/m2K pozwala to spełnić warunek izolacyjności cieplnej dla okna w domu pasywnym – Uw≤0,8 W/m2K, zaś przy zastosowaniu szyby o Ug=0,5 W/m2K współczynnik dla okna spada nawet do Uw=0,6 W/m2K

Wymagany współczynnik U
     Okna zwykle mają dużo większy współczynnik przenikania ciepła od ścian. Najnowsze polskie przepisy wymagają od okien, aby w budownictwie mieszkaniowym ich współczynnik był mniejszy od 1,8 W/m2K (I, II i III strefy klimatyczne – większość obszaru Polski) lub 1,7 W/m2K (IV i V strefy klimatyczne – rejony górzyste na południu Polski i północno-wschodnia część Polski), natomiast od ścian w budynkach mieszkalnych wymaga się aby współczynnik ten był mniejszy od 0,3 W/m2K. Od okien montowanych w domach pasywnych, wymaga się zaś aby ich współczynnik Uw był nie większy niż 0,8 W/m2K, a od okien instalowanych w domach energooszczędnych aby ich współczynnik Uw był nie większy niż 1,1 W/m2K (nie należy go mylić ze współczynnikiem Ug=1,1 W/m2K, który odnosi się do szyby, a który stał się standardem dla producentów szyb zespolonych. Jego intensywna promocja marketingowa doprowadziła do sytuacji, że nieraz osoby związane zawodowo z budownictwem mają kłopoty z rozróżnieniem tych współczynników).

     Ponieważ nie zawsze współczynnik U dla skrzydła jest taki sam jak dla ościeżnicy, a czasami wręcz liczba komór w skrzydle jest inna niż w ościeżnicy (o czym nie wszyscy handlowcy powiadamiają swoich klientów podając im tylko korzystniejszą wartość) – dlatego globalny współczynnik dla okna zależy od kombinacji profili skrzydłowych i ościeżnicowych.

     Na własności termoizolacyjne okna mają wpływ również uszczelki. Najczęściej oferowane są dwa systemy umiejscowienia uszczelek w oknach z PVC:
● system AD z dwiema uszczelkami przylgowymi zewnętrznymi,
● system MD z jedną uszczelką przylgową zewnętrzną i jedną uszczelką środkową (progową) umieszczoną w centralnej części ramy ościeżnicy.

 Montaż okien
     Energooszczędne okna aby dobrze spełniały swoją funkcję powinny być prawidłowo zamontowane. Montaż ten powinien odbywać się wg najnowszej wiedzy technicznej, biorą pod uwagę budowę ściany. Bardzo ważne jest miejsce osadzenia okien w przekroju muru, a także rozwiązanie konstrukcji parapetu. W ścianie jednowarstwowej okno powinno być osadzone w połowie jej grubości. Jeżeli okno jest zbyt blisko zewnętrznej albo wewnętrznej krawędzi muru, to przez ścianę wokół niego ucieka więcej ciepła.
     W ścianach dwuwarstwowych ościeże okienne powinno być osadzone jak najbliżej zewnętrznej krawędzi, a w ścianie trójwarstwowej – dokładnie w płaszczyźnie ocieplenia. Należy pamiętać o tym, że uchodzące ciepło szuka zawsze najprostszej drogi, a tzw. mostki termiczne są tego najlepszym dowodem. Dlatego tak istotny jest właściwy montaż okien na całym obwodzie oraz umiejętne ocieplenie nadproży. I choć wszystkich mostków nie da się pewnie wyeliminować, warto wiedzieć, w jakich miejscach występują i jak ich unikać.

     System MD jest bardziej skomplikowany konstrukcyjne, ale pozwala oddzielić strefę mokrą, służącą do odprowadzania wody z profili, od strefy suchej, w której znajdują się okucia (co znacznie przedłuża ich żywotność) oraz umożliwia wprowadzenie trzeciej uszczelki (czyli drugiej uszczelki przylgowej zewnętrznej), dzięki czemu polepsza się izolacyjność termiczna i akustyczna okna. Potrójna płaszczyzna uszczelnień uniemożliwia przenikanie zimnego powietrza w okresie zimowym, nawet przy silnym wietrze.
     Zwiększenie szerokości przylgi, czyli głębokości zachodzenia profilu skrzydłowego na ościeżnicowy też jest korzystne ze względu na współczynnik U. Montowanie przez niektóre firmy uszczelek komorowych lub piankowych polepsza również parametry cieplne okna.
     Zwiększenie głębokości osadzenia szyby zespolonej w profilu okiennym – korzystne ze względów cieplnych – ogranicza cieplny mostek liniowy na styku szyby z profilem, co nie zawsze uzyskuje aprobatę klientów, ponieważ zwiększa wysokość łączną profili skrzydło+ościeżnica i niekorzystnie wpływa na walory estetyczne okna.

Energooszczędne okna drewniane
     Okna drewniane to zaawansowana technologia obróbki drewna oraz naturalny i elegancki wygląd. Nowoczesne okna z drewnianymi ramami charakteryzują się bardzo dobrą izolacyjnością termiczną, dużą odpornością na wilgoć zagrzybienie czy pleśnie. Ich dużym atutem jest także niska rozszerzalność termiczna przy dużych różnicach temperatur. Są też odporne na matowienie czy uszkodzenia mechaniczne. Konserwacja drewnianych ram też nie nastręcza większych problemów.

     Na izolacyjność cieplną profili drewnianych zasadniczy wpływ ma grubość profilu – im grubszy tym cieplejszy. Okna jednoramowe z drewna klejonego (nawet z czterech warstw) z ościeżnicą i ramą skrzydła, które osiągają grubość prawie 10 cm mają współczynnik przenikania ciepła Uw<0,8 W/(m²·K). Zwykle są one wyposażone w energooszczędne zestawy trzyszybowe wypełnione argonem lub kryptonem, ze szkłem niskoemisyjnym, o Ug<0,7 W/(m²·K). Przy zestawie szybowym o współczynniku Ug=0,5 W/m2K i drewnianej ramie okiennej szerokości 92 mm osiągnięto dla całego okna Uw=0,68 W/m2K.
     Okna do domów pasywnych mają często w środkowej części wypełnienie z pianki poliuretanowej, polepszające ich parametry termoizolacyjne. Oferowane są również okna z profili klejonych z drewna o różnej twardości. Zewnętrzne warstwy wykonane są z twardszego, bardziej wytrzymałego drewna, a wewnętrzne z miękkiego, o lepszych właściwościach termoizolacyjnych.

     Do odprowadzania wód opadowych stosowany jest termookapnik. Dostępne są również okna drewniane z nakładką aluminiową z dociepleniem z pianki poliuretanowej. Poprawia ona parametry cieplne profilu, jak również zwiększa odporność na warunki atmosferyczne i przedłuża trwałość.
     W typowych oknach drewnianych często jest tylko jedna uszczelka, we wrębie skrzydła. W oknach o zwiększonej izolacyjności termicznej wykonuje się dodatkowe przylgi w których montowane są nawet trzy uszczelki.
     Równie wysoką poprzeczkę stawia się oknom dachowym wykonanym z drewna. W oknach tych obniżono współczynnik przenikania ciepła, stosując potrójne szklenie, z obiema przestrzeniami międzyszybowymi wypełnionymi gazem szlachetnym, albo z jedną wypełnioną gazem, a drugą bardzo cienką próżniową.

Co właściwie oznacza współczynnik U?
     Za pomocą współczynnika przenikania ciepła U określa się izolacyjność cieplną okien. Współczynnik U [W/(m2K)] definiuje się jako ilość ciepła przenikającą w ciągu sekundy przez element konstrukcyjny (np. ścianę, okno, itp.) o powierzchni 1 m2 płaskiej przegrody przy różnicy temperatury powietrza po obu jej stronach wynoszącej 1°C; im mniejsza wartość współczynnika U, tym większa izolacyjność termiczna.

     Podstawowa jednak kwestia dotyczy rozróżnienia właściwego współczynnika. Najważniejszy bowiem jest ten, który przekazuje informację na temat przenikalności cieplnej całego okna (Uw), a nie jego poszczególnych elementów. Obliczenie jego wartości, choćby z braku wszystkich danych dostępnych potencjalnemu klientowi, jest trudne, możliwe jednak wg wzoru:

Uw= (Ug • Ag + Uf • Af + Lg• ψ) / (Ag + Af)

gdzie:
Uw = współczynnik przenikania ciepła okna
Af = powierzchnia ramy
Uf = współczynnik przenikania ciepła ramy
Ag = powierzchnia przeszklenia
Ug = współczynnik przenikania ciepła przeszklenia
Lg = obwód przeszklenia
ψ = liniowy współczynnik przenikania ciepła dla przeszklenia

     Dlatego tak ważnym dokumentem jest Aprobata Techniczna wydawana np. przez ITB, która zawiera tego typu informację. W praktyce pamiętać też trzeba, że im okno jest większe, tym lepszy jest jego współczynnik Uw i odwrotnie. Wynika to z faktu, że szkło zwykle ma lepsze parametry termiczne od ramy okiennej – więc większa powierzchnia szyby oznacza cieplejsze okno, ponadto mniejszy jest wówczas wpływ liniowych mostków termicznych.

Tadeusz Michałowski

 Okna z klasą
     Profile okienne klasy A (najwyższej wg normy PN-EN 12608) wyróżniają się grubością ścianek zewnętrznych wynoszącą min. 2,8 mm oraz szerokością komór wewnętrznych, przekraczającą 5 mm. Do ich produkcji konieczne jest o zużycie 10% PVC więcej, niż do produkcji profili klasy B.
     Te kluczowe parametry zapewniają następujące cechy użytkowe:
● Niską podatność na uszkodzenia. Grube ścianki profili klasy A zapewniają silne łączenia naroży okiennych, co zapobiega groźnemu zjawisku ich pękania na spawach. Wytrzymałość naroży okiennych wykonanych z tych profili znacznie przewyższa wytrzymałość profili klasy B i C.
● Wysoką stabilność. Profile klasy A przyczyniają się do zwiększenia stabilności ram i skrzydeł na wygięcie i skręcanie, szczególnie tych o dużych wymiarach. Wzrasta również o 20% odporność profili na wyrywanie wkrętów używanych do mocowania okuć w relacji do klasy B
● Doskonałą odporność na zmiany temperatur. To istotne w naszym klimacie, w którym dobowe zmiany temperatur potrafią być bardzo duże. Przeanalizujmy przedwiośnie. Temperatury nocą są ujemne (-2°C.), a w słoneczny dzień dochodzą do 16°C. W ciągu tych kilku godzin, pomiędzy porankiem a południem profil okienny musi wykonać olbrzymią pracę, przyjmując w tak krótkim czasie tak dużą dawkę energii. Profil rozszerza się. Gdy zapada zmierzch proces odwraca się. Profil okienny schładza się i kurczy w krótkim czasie. Powstają wysokie naprężenia, szczególnie na narożach okiennych. Grube ścianki wszystkich profili VEKA zapewniają doskonałą statykę i silne łączenie naroży okiennych, bez zagrożenia, że popękają.
● Doskonałe parametry izolacji akustycznej. Profile klasy A to również zdecydowanie wyższy komfort akustyczny dzięki skutecznemu tłumieniu dobiegającego z zewnątrz hałasu.
 

 

wiecej informacji: Świat Szkła 7-8/2009 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.