Wygoda i komfort przy niskim zużyciu energii – są to główne kryteria, jakim obecnie podlegają wszystkie budynki, w których mieszkają lub pracują ludzie. Biorąc pod uwagę wiele niekorzystnych doświadczeń, wymagania te szczególnie dotyczą nowoczesnej architektury z zastosowaniem szkła.
Budynki z dużymi powierzchniami przeszklenia w przeszłości były eksploatowane przy znacznym zużyciu energii do ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i oświetlenia – dając jednocześnie bardzo niezadowalające warunki dotyczące jakości życia.
Wymagania dotyczące przeszklonych powierzchni, zarówno jeśli chodzi o całe fasady szklane, jak też o pojedyncze okna, ostatnio właściwie się nie zmieniły:
-- z jednej strony – oddzielenie wnętrz od środowiska zewnętrznego, czyli od takich wpływów jak:
-- hałas,
-- warunki atmosferyczne,
-- naruszanie prywatności;
-- a z drugiej – zachowanie połączenia wnętrz z otoczeniem zewnętrznym, aby uzyskiwać:
-- naturalne światło słoneczne,
-- kontakt wzrokowy,
-- świeże powietrze.
Towarzyszą temu ekonomiczne rozważania dotyczące
kosztów inwestycji i kosztów utrzymania (w tym
czyszczenie i konserwacja), a w szczególności dotyczące
trwałości czyli długości ekonomicznego użytkowania.
Transponując to na parametry techniczne, rozważania te dotyczą efektywności energetycznej:
-- ogrzewania: wartość U (ubytek ciepła), wartość Ψ (mostki cieplne) oraz wartość g (korzystne słoneczne zyski energetyczne);
-- chłodzenia: wartość g (niepożądane słoneczne zyski energetyczne);
-- oświetlenia: przepuszczalność światła naturalnego;
-- „zielonej energii”: np. systemy fotowoltaiczne;
oraz komfortu wewnątrz pomieszczeń:
-- jakości komfortu cieplnego, temperatura powierzchni przegród (np. okien) i jakości powietrza (dopływ świeżego powietrza),
-- komfortu wizualnego: naturalne światło dzienne, bez oślepiania zbyt intensywnym promieniowaniem słonecznym.
Sprzeczne wymagania, takie jak ochrona prywatności i wizualny kontakt z otoczeniem, pożądane i niepożądane zyski energii słonecznej oraz szczelność na infiltrację powietrza i wentylacja (dostarczanie świeżego powietrza) – są widoczne dla wielu rozwiązań architektonicznych. Nic dziwnego, że opracowano już mnóstwo bardzo różnych konstrukcji okiennych.
W chłodniejszych regionach okna z podwójnymi ramami przeszklonymi były wykonywane tradycyjnie jako okna o konstrukcji skrzynkowej. Czasami dodatkowe skrzydło okienne było montowane tylko w zimie, jako uzupełnienie do używanego przez pozostałą część roku okna z przeszkleniem pojedynczym. Później pojawiło się okno zespolone, czyli okno z podwójnymi ramami przeszklonymi ale już zintegrowanymi ze sobą, które zapewniało wiele korzyści, w tym możliwość montażu różnych osłon przeciwsłonecznych (rolet lub żaluzji) umieszczanych między taflami szkła.
Jednak koszt i pracochłonność wykonania takiego okna, jak też kłopot z czyszczeniem czterech powierzchni szkła i nieuniknione ryzyko kondensacji pary wodnej na zewnętrznej tafli szkła, spowodowały zainteresowanie „szkłem izolacyjnym” czyli szybami zespolonymi z hermetycznie zamkniętym gazem między taflami szkła. A wraz z obniżeniem kosztów produkcji tych szyb „jednoramowe okna energooszczędne” stały się powszechne w Niemczech od około 1960 roku.
Już w momencie pierwszego zgłoszenia patentowego na szyby izolacyjne (USA 1880), zwróconouwagę na problem ciśnienia wewnętrznego. Uszczelniona hermetycznie przestrzeń między szybami nie pozwala na wyrównanie ciśnienia wewnątrz szyby z ciśnieniem atmosferycznym, a tym samym prowadzi do tzw. „efektu szkła izolacyjnego” czyli odkształcania się tafli szklanych pod wpływem zmian ciśnienia atmosferycznego i temperatury. Jest też problemem zapewnienie odpowiednio szerokiego dystansu między szybami aby można było tam zmieścić różne rodzaje osłon przeciwsłonecznych (zintegrowanych w przestrzeni międzyszybowej rolet lub żaluzji). W związku z tym jest problematyczne zapewnienie dużej powierzchni szyby zespolonej z umieszczonymi w przestrzeni międzyszybowej osłonami przeciwsłonecznymi.
Jednak te wady oraz ograniczona trwałość mas uszczelniających mają mniejsze znaczenie w porównaniu do zalet szyb zespolonych. Są nimi:
-- konieczność czyszczenia tylko dwóch zewnętrznych powierzchni i ograniczenie wykraplania się pary wodnej na powierzchniach wewnętrznych okien (na szybach zespolonych od wnętrza pomieszczenia),
-- możliwość stosowania powłok wrażliwych na korozję wewnątrz struktury szyby zespolonej – co chroni je przed uszkodzeniem – i gazów szlachetnych do wypełnienia przestrzeni zamiast powietrza, a tym samym znaczną poprawę izolacji cieplnej.
Rys. 1. Główne typy okien
(...)
