W artykule przedstawiono wyniki analizy cieplnej połączenia okna PVC ze ścianą zewnętrzną, wykonanej z wykorzystaniem obliczeń analitycznych oraz symulacji numerycznych w programie TRISCO. Ocenie poddano wpływ dwóch czynników: sposobu montażu (w warstwie nośnej oraz w warstwie izolacji termicznej) oraz rodzaju wzmocnienia ramy okiennej (stalowego i kompozytowego zbrojonego drutem stalowym) na rozkład temperatury i wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ. Przeprowadzone analizy wykazały, że zarówno montaż okna w warstwie izolacji, jak i zastosowanie kompozytowego wzmocnienia ramy pozwalają istotnie ograniczyć mostki cieplne w strefie połączenia okno-ściana. Najkorzystniejsze parametry cieplne uzyskano dla wariantu, w którym połączono obie te technologie.
1. Wprowadzenie
Współczesne budownictwo coraz częściej koncentruje się na optymalizacji parametrów energetycznych przegród zewnętrznych, w tym na eliminacji mostków cieplnych w strefach problematycznych, takich jak połączenia okien ze ścianami. Okna, jako elementy o relatywnie niższej izolacyjności cieplnej niż ściany, stanowią istotny punkt strat energii cieplnej w budynkach – zarówno na poziomie samych przeszkleń, jak i ich montażu. W świetle obowiązujących przepisów, w tym Warunków Technicznych [1], projektanci i wykonawcy są zobowiązani do doboru rozwiązań montażowych minimalizujących straty ciepła oraz zapewniających wysoki komfort cieplny użytkowników.
Dążenie do poprawy efektywności energetycznej budynków znajduje także silne oparcie w polityce klimatycznej Unii Europejskiej. W ramach pakietu legislacyjnego Fit for 55, który ma na celu redukcję emisji gazów cieplarnianych o co najmniej 55% do 2030 roku, sektor budownictwa odgrywa kluczową rolę. Jednym z priorytetów jest modernizacja istniejących zasobów budowlanych oraz projektowanie nowych obiektów zgodnie z zasadami budownictwa niskoemisyjnego. Dyrektywa EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) [2], aktualizowana w ramach Fit for 55 [3], wprowadza wymogi dotyczące m.in. minimalnych standardów charakterystyki energetycznej, monitorowania zużycia energii i obowiązkowych renowacji budynków o najgorszych parametrach. W kontekście tych regulacji szczególnego znaczenia nabierają detale projektowe i wykonawcze, w tym sposób montażu okien oraz dobór odpowiednich materiałów i technologii eliminujących straty ciepła.
Jednym z kluczowych czynników wpływających na efektywność cieplną połączenia okna z przegrodą zewnętrzną jest zarówno miejsce montażu (w obrębie warstwy konstrukcyjnej czy warstwy izolacji), jak i budowa ramy okiennej, w tym sposób jej wzmocnienia. Jak wskazano w pracach takich jak [4], [5], znaczący udział w całkowitych stratach ciepła może mieć przewodzenie liniowe wokół obwodu okna, które jest funkcją geometrii połączenia oraz użytych materiałów. Wiele prac i badań naukowych dotyczy poprawy parametrów izolacyjnych samych okien. W pracach [6], [7], [8] badano wpływ materiału ramy okiennej, w pracy [9] wpływ sposobu wypełnienia przestrzeni międzyszybowej na redukcję strat ciepła a w pracach [10], [11] przeprowadzono analizy szyb zespolonych. Arici i in. [12] wykazano, że wymiana okna z podwójną szybą na okno z potrójną szybą pozwala zaoszczędzić 50% energii cieplnej, a zastosowanie okna z czterema szybami pozwala zaoszczędzić aż 67% energii cieplnej.
W odpowiedzi na te wyzwania rozwijane są nowe technologie montażu oraz alternatywne rozwiązania konstrukcyjne ram okiennych. Tradycyjnie stosowane wzmocnienia stalowe, mimo zapewnienia odpowiedniej sztywności, mogą zwiększać przewodność cieplną profilu. Coraz częściej rozważa się użycie kompozytów zbrojonych stalą lub materiałów kompozytowych z wypełnieniem izolacyjnym, które mają potencjał ograniczenia strat cieplnych bez pogorszenia parametrów mechanicznych.
Celem niniejszego artykułu jest ocena wpływu sposobu montażu oraz rodzaju wzmocnienia ramy okiennej na parametry cieplne połączenia okno–ściana. Przeprowadzono analizy porównawcze dla dwóch wariantów: montażu w warstwie nośnej i montażu w warstwie izolacji termicznej, z uwzględnieniem klasycznego stalowego wzmocnienia oraz wzmocnienia kompozytowego zbrojonego drutem stalowym. Wyniki opracowane zostały na podstawie obliczeń analitycznych oraz symulacji numerycznych wykonanych w programie TRISCO, bazującego na metodzie elementów skończonych (MES).
2. Charakterystyka analizowanych rozwiązań
Przeprowadzone analizy skupiły się na dwóch elementach w połączeniu okna ze ścianą: sposobie montażu i rodzaju profilu okiennego. Oba te aspekty mają znaczący wpływ na powstawanie mostków liniowych w tym obszarze, a tym samym na wartość strat ciepła i efektywność energetyczną budynków.
Z uwagi na kryterium montażu przyjęto dwa warianty:
1. Okno zamontowane w warstwie nośnej, równo z licem muru, w tradycyjny sposób z wykorzystaniem piany montażowej;
2. Okno zamontowane w warstwie izolacji termicznej, z wykorzystaniem ramy montażowej ze sztywnego kompozytu spienionego o współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,02 W/(m∙K).
