Okna energooszczędne

Dzisiejsze Warunki Techniczne wymuszają na nas postrzeganie okien nie tylko w kontekście naturalnego doświetlenia pomieszczeń, ale przede wszystkim przez pryzmat energooszczędności. 

Temu kierunkowi podporządkowują się i ostateczni konsumenci, czyli inwestorzy, i architekci, i sami producenci stolarki otworowej. Poprawa właściwości cieplnych okien wydaje się być nie tylko dominującym trendem rynkowym, ale wręcz najsilniejszym orężem w marketingowej batalii przedstawicieli branży.

Walka o U

Słynny współczynnik przenikania ciepła U_w to najbardziej czytelny sposób na proste zobrazowanie parametrów cieplnych okna. Współczynnik U_w wyrażany jest w jednostkach W/(m^2.K) i informuje nas o tym, ile energii przenika przez okno o wymiarach referencyjnych przy różnicy temperatury zewnętrznej i wewnętrznej wynoszącej 1⁰K (równoznaczne z 1⁰C). Jak to interpretować? Mówiąc prostymi słowami - im wartość U_w mniejsza, tym mniejsze są straty energii i tym okno jest cieplejsze.

• Wymiary referencyjne okna przyjmowane w wyznaczaniu współczynnika U_w to 1,23 m x 1,48 m przy powierzchni całkowitej okna mniejszej lub równej 2,3 m² i 1,48 m x 2,18 m dla okien większych.

Według obowiązujących Warunków Technicznych współczynnik U_w okien nie powinien być większy niż 1,1 W/(m^2.K). Już niedługo, bo w styczniu 2021 roku, wymagania te ulegną zaostrzeniu i maksymalna wartość U_w zostanie obniżona do 0,9 W/(m^2.K). Producenci są na to przygotowani, w ich ofertach już teraz znaleźć można wiele rozwiązań, które wyprzedzają swoją epokę i osiągają właściwości cieplne lepsze nawet niż te wymagane na 2021 rok. Jest to możliwe dzięki zmianom, jakie wprowadzają w konstrukcji okien. Na współczynnik U_w wpływają między innymi współczynnik U_g określający przenikalność cieplną szyb oraz U_f definiujący właściwości profili, a zatem poprawa parametrów tych elementów składowych pozwala w ogólnym bilansie na obniżenie przenikalności cieplnej całego okna.

Energooszczędne szyby

Z racji tego, że to szyby zajmują największą powierzchnię w konstrukcji okna, ich wpływ na właściwości cieplne jest dominujący. Okna duże, o większej powierzchni przeszklenia, są cieplejsze niż te małe.  Przy określaniu właściwości cieplnych szyb istotne są: wartość współczynnika U_g, współczynnika g i sposób osadzenia szyby w profilu.

Współczynnik przenikania ciepła U_g informuje nas o ilości energii, jaka przenika przez pakiet szybowy przy różnicy temperatury zewnętrznej i wewnętrznej wynoszącej 1⁰K. Nie należy utożsamiać U_g ze współczynnikiem przenikania ciepła U_w całego okna! U_g zawsze będzie miało wartość niższą, traktowanie jej jako miarodajnej cechy całego okna byłoby więc nadużyciem. Nowoczesne popularne pakiety szybowe mają U_g = 0,5 W/(m^2.K) i składają się z trzech tafli - odchodzi się już od jednokomorowego dwuszybowego szklenia o wyższej przenikalności cieplnej. Komory międzyszybowe mają szerokość 12-16 mm i wypełnione są gazem szlachetnym (argonem lub kryptonem) który zapewnia lepszą termoizolacyjność niż zwykłe powietrze. Dodatkowo w jednej lub obu komorach na wewnętrznej stronie tafli szklanej znajduje się powłoka niskoemisyjna, która częściowo odbija promieniowanie cieplne próbujące wydostać się z wnętrza domu. Na potrzeby budynków pasywnych przewidziano jeszcze cieplejsze pakiety czteroszybowe, o trzech komorach – ich U_g = 0,3 W/(m^2.K).

 
Dwukomorowe pakiety szybowe mają U = 0,5 W/(m^2.K) (fot. ALUPLAST)

Skuteczne zahamowanie strat ciepła przez szyby to tylko jedna strona medalu – drugą stanowi pozyskiwanie przez nie energii. O tej zdolności informuje nas współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g. Określa on, jaki procent z energii słonecznej padającej na szybę przedostaje się do środka. Z jednej strony im współczynnik g jest wyższy, tym pozwala generować większe zyski pasywnej energii, bo szyby o wysokim współczynniku g razem ze światłem wpuszczają do pomieszczeń więcej ciepła słonecznego. Producenci ze zrozumiałych powodów podkreślają więc wysoką wartość współczynnika g, sięgającą 55-70%. Z drugiej jednak strony, zwłaszcza w przypadku wielkogabarytowych przeszkleń o wystawie południowej, taka swobodna kumulacja ciepła w pomieszczeniach prowadzi do bardzo niekorzystnego zjawiska, jakim jest przegrzewanie. Trzeba się przed nim chronić. Trudno wymagać, żeby nagle odmieniono tendencję rynkową i zaczęto obniżać współczynnik g szyb. Zyski energii pochodzącej z promieniowania słonecznego w okresie od jesieni do wiosny są i będą w naszym klimacie bardzo pożądane. Dlatego, żeby uniknąć konieczności instalacji urządzeń klimatyzacyjnych, nieodzowne staje się projektowanie i montowanie osłon przeciwsłonecznych jako integralnych elementów stolarki otworowej. Ten obowiązek zadbania o rozwiązania chroniące przed przegrzewaniem teoretycznie spoczywa na architektach. W oparciu o lokalizację i usytuowanie budynku względem stron świata powinni oni wyliczyć rzeczywistą wartość współczynnika g dla okien, uwzględniając współczynnik redukcji promieniowania f_c ze względu na zastosowanie urządzeń przeciwsłonecznych (g = f_c ^. g_n) – i zaprojektować w budynku odpowiednie przesłony tak, aby w okresie letnim wartość f_c nie przekraczała 0,35. W praktyce, niestety, kwestia ochrony przed przegrzewaniem często spoczywa na barkach zmęczonego upałem inwestora.

Szyby wklejane zwiększają sztywność okna i poprawiają jego parametry cieplne (fot. ALUPLAST)

Rozważając kwestie związane z energooszczędnością szyb, nie sposób nie wspomnieć jeszcze o sposobie ich osadzenia w profilu. Jak się okazuje, dość istotną poprawę właściwości cieplnych okna można osiągnąć dzięki zastosowaniu technologii wklejania szyb zamiast wstawiania ich w sposób tradycyjny. Po pierwsze - wklejanie szyby zmniejsza mostek liniowy występujący wzdłuż jej połączenia z ramą. Po drugie – dzięki temu, że wklejana szyba usztywnia konstrukcję, metoda ta korzystnie wpływa na statykę okna i często pozwala zamienić zimne stalowe wzmocnienia w kształtownikach na cieplejsze kompozytowe. W seriach profili Ideal 7000 i Ideal 8000 specjalnie pod kątem stosowania szyb wklejanych zaprojektowano system multifunkcyjny (MULTIFALZ). Optymalnie opracowana geometria wrębu szybowego pozwala tu zarówno na konwencjonalne szklenie, jak i na opcjonalną możliwość zastosowania szyb wklejanych. Ta możliwość manewrowania rozwiązaniami stosownie do potrzeb stanowi ważny aspekt ekonomiczny, o którym również nie należy zapominać w rozważaniach dotyczących szeroko pojętej energooszczędności.

Energooszczędne profile

Chociaż największy wpływ na właściwości cieplne okna mają szyby, to parametry profili (U_f) również nie pozostają bez znaczenia. W praktyce rzadko bowiem mamy do czynienia z oknami referencyjnymi. Zdarzają się takie przeszklenia, w których szyby jest stosunkowo mało, a profile zajmują nawet 30% powierzchni. Tym bardziej warto zainwestować w ich lepsze parametry.

Podstawowym kierunkiem działań mających na celu poprawę energooszczędności profili jest zwiększanie głębokości zabudowy kształtowników i – co najczęściej idzie w parze – liczby komór wewnętrznych. Pozwala to nie tylko na bezpośrednie zmniejszenie strat ciepła przez przekrój profilu, ale również na zastosowanie grubszego, a więc cieplejszego, pakietu szybowego, co korzystnie przekłada się na bilans energetyczny całego okna. Dobrym przykładem są tu linie IDEAL 7000 i IDEAL 8000 – zwiększenie głębokości zabudowy kształtowników z 70 do 85 mm, przy jednoczesnym dodaniu szóstej komory, pozwoliło na poprawę właściwości cieplnych aż o 40% i uzyskanie współczynnik przenikania ciepła U_f na poziomie 1,0-1,1 W/(m^2.K).

Z ekonomicznego punktu widzenia uzyskany efekt jest wystarczający, aby uznać profile za energooszczędne i dalsze powiększanie głębokości zabudowy wydaje się nie mieć na razie większego sensu. W celu sukcesywnego zmniejszania przenikalności cieplnej ingeruje się więc już w materiały i detale, wprowadzając zmiany w konstrukcji profili i technologii produkcji okien. Jak? Już sama konstrukcja profili daje możliwość poprawy U_f przez opcjonalne wypełnianie niektórych komór wewnętrznych materiałem termoizolacyjnym. Niezależnie jednak od tego podejmuje się próby wyeliminowania zimnych stalowych wzmocnień wewnątrz kształtowników, a zamiast nich wykorzystywania cieplejszych materiałów kompozytowych. „Powerdur inside” to opracowana przy współpracy z BASF innowacyjna technologia koekstruzji profili z zastosowaniem termoplastycznych wkładek wzmocnionych włóknem szklanym - ultradur high speed. Termoplast zastępuje tradycyjną stal, a ponieważ ma od niej przewodność cieplną 50-krotnie niższą – jego λ = 1,0 W/(m^.K) - to taki zabieg pozwala na poprawę parametrów termicznych przy jednoczesnym zachowaniu porównywalnych właściwości mechanicznych okna.

Najlepsze efekty poprawy energooszczędności kształtowników uzyskuje się dzięki rozwiązaniom hybrydowym, łączącym oba trendy, z czym mamy do czynienia np. w Ideal 7000 – profil jest poszerzony do 85 mm, ma szóstą komorę i jednocześnie wdrożono w nim możliwość opcjonalnego zastosowania wzmocnień termoplastycznych (fot. ALUPLAST)

Wprowadzanie innowacji konstrukcyjnych może być też po prostu alternatywą dla zwiększania głębokości zabudowy kształtowników: profil o głębokości zabudowy 70 mm, w którym wzmocnienia stalowe zastąpiono przekładkami kompozytowymi, ma właściwości cieplne takie, jak profil 80-90 mm ze wzmocnieniem stalowym.  

W serii Ideal 8000 zastosowano z kolei jeszcze jeden prosty zabieg, poprawiający nie tylko właściwości termiczne, ale również akustyczne i antywłamaniowe okna, zwiększające też żywotność mechanizmów okuciowych. Wprowadzono tu trzecią - środkową - uszczelkę.

 
Trzecia uszczelka mocno przylega do specjalnej środkowej przylgi, co blokuje możliwość dostępu do okuć, utrudniając wyważenie skrzydła (fot. ALUPLAST)

Dodatkowo okucia, dzięki odizolowaniu od warunków zewnętrznych w tzw. „suchej komorze”, powinny pracować lepiej i z gwarancją dłuższego bezawaryjnego użytkowania okien. Oczywistą korzyścią z dodatkowej środkowej uszczelki jest większa szczelność, a co za tym idzie mniejsze straty ciepła przez ramy okienne.

Energooszczędny montaż

Prawidłowy montaż okien to warunek konieczny wykorzystania ich potencjału energetycznego. Nie ma energooszczędnych okien bez energooszczędnego, ciepłego, szczelnego montażu. Szczególną uwagę należy zwrócić na prawidłowe uszczelnienie styku ramy okna z murem. Termoizolacyjne wypełnienie musi być z obu stron osłonięte taśmami, paroszczelną od środka i paroprzepuszczalną, ale wodoodporną od zewnątrz (wyjątkiem są gotowe systemy rozprężne, tzw. „3 w 1”). Nie wolno też zwlekać z wykończeniem elewacji, żeby materiały uszczelniające nie uległy uszkodzeniu pod wpływem UV. Coraz częściej okna montuje w grubości izolacji, na specjalnych listwach, konsolach lub ramach wysuniętych przed lico ściany. Takie usytuowanie minimalizuje straty ciepła przez strefę wokółokienną, zmniejsza też ryzyko popełnienia błędów wykonawczych i powstania nieszczelności tworzących mostki termiczne. Warto pamiętać, że dobór określonego sposobu montażu i jego komponentów to nie do końca kwestia preferencji inwestora. Rekomendować je powinien konkretny sprzedawca okien i to z nim należy ustalić szczegóły – zwłaszcza że od niego później dochodzi się ewentualnych roszczeń w przypadku reklamacji.

---

Materiał opracowany przez domszytynamiare.pl dla Aluplast.

Data publikacji: 15 listopada 2018