Energooszczędność jest niewątpliwie jednym z najważniejszych kryteriów, jakie są brane pod uwagę przez inwestora dokonującego zakupu okien. Właściwy montaż, konstrukcja ram okiennych i odpowiednio dobrane szyby mają ogromny wpływ na to, jak dobrze okna spełnią wyżej wspomnianą funkcję. W ostatnich latach, jak nigdy wcześniej, doświadczyliśmy tego, jak wysokie koszty energii przekładają się na nasze portfele i nic nie wskazuje na to, aby w nadchodzącym czasie coś w tym zakresie miało się poprawić.
Aby inwestor w przystępny sposób mógł ocenić energooszczędność okna, producenci okien, w oparciu o normę PN-EN 14251, wystawiają dokument Deklaracja wartości użytkowych, wskazując w nim m.in. wartość współczynnika przenikalności cieplnej Uw. Dane te informują o ilości energii przenikającej przez 1 m2 danego okna. Uwzględniając różnicę temperatur na zewnątrz i wewnątrz budynku oraz całkowitą powierzchnię okien, wiemy, ile energii przenika przez zamontowane w budynku okna.
Do prawidłowego obliczania współczynnika Uw dla okna bierze się pod uwagę współczynnik przenikania energii przez profile okienne Uf oraz współczynnik przenikania energii przez szyby Ug, odpowiednio do ich powierzchni, jaką stanowią w konstrukcji okna. W kalkulacji ważne są również parametry ramki dystansowej pomiędzy szybami, ponieważ zarówno jej szerokość, jak i rodzaj materiału, z którego są wykonane (stalowa, aluminiowa, tworzywowa), wpływają na energooszczędność pakietu szybowego i całego okna.
Czy praktyka jest zawsze jednoznaczna z teorią? Postaramy się za chwile wykazać, że niekoniecznie.
Rys. 1. Zmiany odległości między taflami szkła w szybie zespolonej: a) ciśnienie wewnątrz komory jest zbliżone do ciśnienia na zewnątrz; b) ciśnienie wewnątrz komory jest niższe niż ciśnienie na zewnątrz, co powoduje zasysanie szyb; c) ciśnienie wewnątrz komory jest wyższe niż na zewnątrz, co prowadzi do wypuklenia szyb
Jak działa szyba zespolona?
Teoretyczne założenia można przedstawić obrazowo, omawiając przykładową szybę zespoloną. Jej powierzchnia z reguły zajmuje najwięcej miejsca w oknie, a przez to ma istotny wpływ na jego energooszczędność. Warto zastanowić się, czy współczynnik przenikania ciepła przez szybę (Ug) jest zawsze taki sam. Można to sprawdzić, porównując dwa popularne typy szyb: jednokomorową i dwukomorową. Analizowana przez nas szyba jednokomorowa składa się z dwóch tafli szkła o szerokości 4 mm (jedna z nich z powłoką termoizolacyjną), oddzielonych ramką dystansową o szerokości 16 mm, z przestrzenią między nimi wypełnioną w 90% argonem. Taki pakiet osiąga współczynnik Ug = 1,1 W/m2K. Szyba dwukomorowa ma dodatkową taflę szkła i dwie przestrzenie wypełnione argonem i dwie szyby z powłoką termoizolacyjną, co obniża Ug do 0,7 W/m²K. Są to wartości wynikające z obliczeń, jednak rzeczywiste parametry dla tych konkretnych konstrukcji mogą ulec zmianie w zależności od: warunków pogodowych, miejsca produkcji i montażu okien.
Zjawisko zasysania lub rozprężania szyb
Zmienne warunki atmosferyczne mają istotny wpływ na szyby zespolone, powodując ich zasysanie lub rozprężanie. Szyba zespolona to hermetyczny zestaw, w którym ciśnienie gazu pomiędzy szybami jest takie samo jak atmosferyczne w chwili produkcji. Kiedy okno zostaje zamontowane, ciśnienie na zewnątrz może się zmieniać w zależności od wysokości, na której znajduje się obiekt, oraz od zmieniających się warunków atmosferycznych. Zgodnie z zasadami fizyki, szczelnie zamknięty gaz dąży do wyrównania swojego ciśnienia z ciśnieniem atmosferycznym, powodując zmiany objętości, a w tym przypadku prowadzi do odkształceń szyb.
Rys. 2. Różnica w przenikaniu ciepła przez szybę zespoloną przy (a) zmniejszonej i (b) zwiększonej odległości między taflami w środkowej części szyby
Gdy ciśnienie na zewnątrz jest wyższe, szyby odkształcają się do środka, zmniejszając odległość między nimi (rys. 2a). To pogarsza izolację cieplną, ponieważ cieńsza warstwa gazu słabiej zatrzymuje ciepło, przez co współczynnik Ug rośnie. W odwrotnej sytuacji, gdy szyby rozprężają się, większa odległość między nimi może spowodować wzrost konwekcji gazu, co również osłabia termoizolację, ale mniej intensywnie niż przy zasysaniu (rys. 2b). To naturalne zjawisko jest niestety czasami przyczyną reklamacji – choć świadczy o szczelności szyb. Gdyby komora międzyszybowa nie była szczelna, gaz mógłby uciekać na zewnątrz lub powietrze atmosferyczne mogłoby dostać się do środka.
Kiedy szersze ramki są dobrym rozwiązaniem?
Zjawisko zasysania i rozprężania szyb pokazuje, że warto zastanowić się nad zastosowaniem szerszych ramek dystansowych, np. o szerokości 18 lub 20 mm. Takie ramki poprawiają izolację termiczną okna, szczególnie zimą i pozwalają utrzymać korzystny współczynnik Ug (dla omawianej budowy szyb) na poziomie 1,1 W/m²K dla szyb jednokomorowych i 0,7 W/m²K dla dwukomorowych. Nawet jeśli szyby się odkształcają do środka, dystans między nimi pozostaje na korzystnym poziomie, zapewniając dobrą efektywność energetyczną.
Znaczenie skutków zjawiska zasysania i wypuklenia szyb wzrasta wraz ze wzrostem ich powierzchni. W dużych projektach architektonicznych projektanci często decydują się na grubsze tafle szkła, aby uniknąć zdeformowania. Zastosowanie szerszych ramek dystansowych, o rozmiarze 18 czy 20 mm, jest korzystne zarówno w małych, jak i dużych oknach. Różnica w kosztach zakupu okna jest znikoma, dlatego warto zastosować je bez względu na jego wielkość.
Rys. 3. Zmiana współczynnika Ug w środkowej części szyby zespolonej w zależności od zmiany rzeczywistej odległości między taflami
Wykres (rys. 3) ilustruje możliwe zmiany współczynnika przenikania ciepła przy zastosowaniu ramek 16 i 20 mm. Ramka o szerokości 20 mm zapewnia większy zakres pracy tafli w czasie zasysania lub rozprężania szyby. Nawet jeśli odległość między taflami zmieni się o 6 mm od nominalnej wartości, w zakresie od 14 do 24 mm, zmiany we współczynniku Ug pozostaną niewielkie.
Dokładne oszacowanie, jak szyby zespolone będą się zachowywały w praktyce, jest dość kłopotliwe. Dlatego warto zastosować szersze ramki dystansowe – dzięki nim można utrzymać stabilne wartości współczynnika przenikania ciepła na poziomie 1,1 W/m²K dla szyb jednokomorowych i 0,7 W/m²K dla dwukomorowych. To sprawia, że okna lepiej izolują, a wnętrza stają się cieplejsze i bardziej komfortowe w użytkowaniu.
Wybór szerszej ramki dystansowej to istotny krok w kierunku poprawy rzeczywistej energooszczędności okien, bez względu na ich rozmiar. Szersza ramka pomaga lepiej utrzymywać ciepło wewnątrz pomieszczeń, co przekłada się na mniejsze straty energii i niższe rachunki za ogrzewanie. Warto też wspomnieć, że zastosowanie tworzywowych ciepłych ramek, np. TermoProfi, redukuje straty energii przez okna nawet o kilkanaście procent. Bez względu na to, jak duże są okna, warto rozważyć zastosowanie szerszych ramek, aby mieć pewność, że okna będą dobrze izolować przez cały rok.
