Jakie znaczenie ma rodzaj wzmocnień?

Profile z PVC zawsze mają w środku dodatkowe wzmocnienia. To, z czego są zrobione oraz jaki mają kształt, powiązane jest z gabarytami i schematem konstrukcyjnym okna – ale nie tylko. Co warto wiedzieć o „wewnętrznym życiu” kształtowników?

Zacząć należałoby od tego, po co w ogóle profilom okiennym potrzebne są wzmocnienia. Odpowiedź jest prosta - PVC jest materiałem o zbyt małej sztywności, aby samo mogło zapewnić prawidłowe funkcjonowanie okna. Mogłoby ulec deformacji na skutek obciążeń albo rozszerzania się i kurczenia pod wpływem zmian temperatury. Dlatego zarówno w systemach o dużych rozmiarach, gdzie potrzebna jest znaczna wytrzymałość kształtowników i odporność całego okna na obciążenia (np. od ciężaru własnego czy od naporu wiatru), jak i w tych niewielkich, które stabilizuje się wyłącznie ze względu na temperaturę - stosuje się określone typy elementów wzmacniających.

Z czego zrobione są wzmocnienia

Za „wzmocnienia” w ścisłym tego słowa znaczeniu uważa się usztywnienia odpowiedzialne za statykę – i te zawsze wykonane są ze stali ocynkowanej. Stalowe cienkościenne kształtowniki umieszcza się w specjalnej powiększonej komorze profilu. Pełnią jednocześnie funkcję statyczną i stabilizacji ze względu na temperaturę.

Stalowe wzmocnienia wsuwa się w profile po docięciu (fot. KMR)

Wzmocnienia stalowe mają jeden mankament – pogarszają parametry termoizolacyjne profili (chyba, że są wypełniane pianą, ale o nich w tym odcinku nie mówimy). Dlatego kiedy jest to możliwe, często rezygnuje się z nich, umieszczając w profilach jedynie chroniące przed nadmiernymi odkształceniami termicznymi wkładki wzmacniające z tworzyw sztucznych (w przypadku marki Aluplast są one wykonane z kompozytu termoplastycznego z domieszką włókien szklanych).

Wzmocnienia stalowe otwarte czy zamknięte?

W skrzydle okiennym, ze względu na konstrukcję, wzmocnienia zawsze są otwarte. W ramie, która samodzielnie nie przenosi obciążeń, a jedynie pośredniczy w przekazywaniu ich na ościeża, wzmocnienia mogą mieć różną budowę. Nie ma reguły na to, które są lepsze, bo samo zamknięcie przekroju to nie wszystko. Przede wszystkim ważna jest grubość stali. Może wynosić od 1 do 3 mm. Im grubsza stal, tym większa wytrzymałość systemu. Istotna jest też geometria elementu wzmacniającego, jego kształt i ułożenie w profilu (klasyczne „U” otwarte do góry, odwrócone otwarte do dołu, „C”, „L”). Konkretne rozwiązanie dobiera się zawsze w oparciu o szczegółowe obliczenia statyczne, uwzględniające m.in. moment bezwładności stalowego wzmocnienia.

Stalowe profile wzmacniające mają różną geometrię (fot. ALUPLAST)

Stal zamknięta ma większą wytrzymałość niż otwarta i w najbardziej odpowiedzialnych statycznie elementach stolarki, które są bezpośrednio obciążane i gdzie wymagana jest wysoka sztywność, zawsze stosuje się wzmocnienia zamknięte. Znajdziemy je więc zawsze w słupkach okiennych, poszerzeniach i zestawach łączenia okien. Spotkamy je też prawdopodobnie w większości systemów okiennych o dużych rozmiarach, a także w oknach o tzw. „wąskich ramach”, gdzie stal otwarta okazuje się za słaba. Najczęściej zamknięte wzmocnienia obecne są też w oknach o podwyższonej odporności na włamanie (RC2, RC3). W tych klasach wymaga się, aby wkręt mocując zaczep okienny trafiał w ściankę stalową. Żeby to było możliwe, można wykonać wzmocnienia odwrócone albo w kształcie „C”, ale najprościej jest zrobić kształtownik zamknięty.

Kiedy najczęściej stosuje się wzmocnienia zamknięte:

zawsze, kiedy wymaga tego statyka
w słupkach
w zestawach łączenia okien
w poszerzeniach
w profilach do okien o podwyższonej odporności na włamanie
w wielkogabarytowych systemach o wąskich ramach

Ciepłe wkładki, czyli wzmocnienia z kompozytu

Zwykło się o nich mówić „wzmocnienia”, chociaż nie pełnią funkcji statycznej, a jedynie stabilizują PVC ze względu na temperaturę, chroniąc profile przed nadmiernym rozszerzaniem się i kurczeniem. Jakie korzyści przynosi ich zastosowanie?

Profil energeto 8000 z wkładkami termoplastycznymi (fot. ALUPLAST)

Po pierwsze - termoplastyczne wkładki wzmacniane włóknem szklanym mają w porównaniu ze stalą bardzo korzystne parametry cieplne, ich współczynnik λ = 1,0 W/(m^.K). Stosując rozwiązania oparte na kompozytowych wkładkach zamiast na stalowych wzmocnieniach można więc uzyskać profile pozbawione mostków termicznych, o współczynniku U_f mniejszym niż 1,0 W/(m^2.K) – to w systemach o głębokości 70 mm oznacza poprawę termiki nawet o 40%.

Po drugie – wkładki kompozytowe umieszczane są w profilach na etapie ich produkcji, podczas gdy stal wprowadza się w profile dopiero po docięciu. Kształtowniki wzmacniane kompozytem są więc od razu gotowe, można je standardowo ciąć i zgrzewać, dzięki czemu produkcja gotowych okien przebiega szybciej i wygodniej. Co istotne, komora na stalowe wzmocnienie i tak jest przygotowana i jeśli statyka okna wymagać będzie zastosowania stali, to jest gdzie ją umieścić.

Po trzecie - termoplastyczny kompozyt zgrzewa się w tej samej temperaturze, co PVC (240-250⁰C). Dzięki temu podczas zgrzewania profili w narożnikach okna wkładki również ulegają zgrzaniu, tworząc ciągłe wzmocnienie po całym obwodzie. W przypadku stali to niemożliwe – w samym narożniku jej nie ma (topi się w znacznie wyższej temperaturze i mogłaby uszkodzić maszynę zgrzewającą).

Warto pamiętać, że wkładki termoplastyczne same z siebie nie zastępują stali. Aby uzyskać wymaganą wytrzymałość okna, trzeba połączyć je z dodatkowymi rozwiązaniami poprawiającymi sztywność, np. szybami wklejanymi – będziemy o tym pisać w kolejnych odcinkach cyklu.

Partnerem poradnika "Profile okienne z PVC" jest firma Aluplast (zobacz prezentację).

Przeczytaj też pozostałe odcinki cyklu:
- Ile komór wybrać?
- Szyby na podkładkach i wklejane
- Statyka i termika - kombinacje

Data publikacji: 17 maja 2019