JAKOŚĆ CIEPLNA OKIEN - WYMAGANIA, METODY OCENY WYNIKAJĄCE Z POSTANOWIEŃ PN-EN 14351-1 ORAZ AKTUALNE MOŻLIWOŚCI TECHNICZNE

1. Wprowadzenie

Ilość ciepła przenikająca przez okna budynku do środowiska zewnętrznego stanowi istotną pozycję w bilansie energetycznym budynku, wskutek czego wp ływa zar ówno na koszt eksploatacji budynku oraz na warunki klimatyczne w pomieszczeniach. Konieczno ść obni żania zu życia energii w budynkach, przy obserwowanej obecnie tendencji do zwi ększania powierzchni okien, stanowi wyzwanie dla projektant ów i producent ów system ów okiennych.

Mechanizm przep ływu ciep ła przez okna jest bardziej z ło żony ni ż przez przegrody nieprzezroczyste. Opr ócz przenikania ciep ła spowodowanego r óżnic ą temperatury środowisk po obu jego stronach, przez powierzchnie przezroczyste okien przenika do wn ętrza budynku promieniowanie s łoneczne, a przez szczeliny przylgowe infiltruje powietrze o innej temperaturze ni ż temperatura wewn ętrzna. Sprawia to, że okno mo że by ć jednocze śnie źr ód łem strat ciep ła budynku spowodowanych przenikaniem ciep ła i infiltracj ą powietrza zewn ętrznego oraz zysk ów ciep ła pochodz ących od promieniowania s łonecznego.

W zwi ązku z powy ższym jako ść cieplna okien, kt óra wed ług analiz ameryka ńskich zaliczana jest do podstawowych cech uwzgl ędnianych przy wyborze okien, kszta łtowana jest przez trzy cechy:

Cechy te powinny by ć uwzgl ędniane w bilansie energetycznym budynku, sporz ądzanym w celu obliczenia zapotrzebowania na energi ę do jego ogrzewania, lub ogrzewania i ch łodzenia, w przypadku wyposa żenia budynku w instalacj ę klimatyzacyjn ą

W Polsce jako podstawowy czynnik kszta łtuj ący jako ść ciepln ą okien uwa żana jest ich izolacyjno ść cieplna. Wynika to z faktu, że w polskich warunkach klimatycznych budynki s ą ogrzewane przez wi ększ ą cz ęść roku.

Zyski od promieniowania s łonecznego przenikaj ącego do wn ętrza budynku przez powierzchnie przezroczyste wp ływaj ą na obni żenie zapotrzebowania na ciep ło do ogrzewania, a ich efektywne wykorzystanie jest jednym z element ów projektowania budynk ów energooszcz ędnych.

Nowoczesne okna charakteryzuj ą si ę du żą szczelno ści ą na przenikanie powietrza. W takim przypadku straty ciep ła spowodowane infiltracj ą powietrza zewn ętrznego do wn ętrza budynku nie przekraczaj ą kilku procent strat ciep ła przez przenikanie. Dyskusyjne jest uwzgl ę dnianie w bilansie cieplnym okna strat ciep ł a przez infiltracj ę w przypadku, kiedy okna spe ł niaj ą r ó wnie ż funkcj ę element ó w instalacji wentylacyjnej doprowadzaj ą cych ś wie ż e powietrze do pomieszcze ń , w zwi ą zku z czym ich szczelno ść jest celowo zmniejszona.

2. Wymagania dotycz ą ce Izolacyjno ś ci cieplnej okien, drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych oraz propozycja ich zmiany

Wielko ś ci ą charakteryzuj ą c ą izolacyjno ść ciepln ą okien, drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych, tak samo jak innych element ó w obudowy budynku, jest wsp ół czynnik przenikania ciep ł a, kt ó rego warto ść okre ś la g ę sto ść strumienia cieplnego przenikaj ą cego przez t ę przegrod ę przy r óż nicy temperatury ś rodowisk po obydwu jej stronach r ó wnej 1 K.

Wymagania dotycz ą ce maksymalnej warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien i drzwi balkonowych, podane zosta ł y w rozporz ą dzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunk ó w technicznych, jakim powinny odpowiada ć budynki i ich usytuowanie (Dzia ł X - Oszcz ę dno ść energii i izolacyjno ść cieplna). Wymagania te (tablice 1, 2 i 3) zale żą od:

Tablica 1. Maksymalne warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych w budynku mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego

Tablica 2. Maksymalne warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych w budynku u ż yteczno ś ci publicznej

Tablica 3. Maksymalne warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, drzwi i wr ó t w budynku produkcyjnym

Nale ż y zaznaczy ć , ż e wymagania dotycz ą ce wsp ół czynnika przenikania ciep ł a w oknach pionowych w budynkach mieszkalnych, utrzymywane s ą na takim samym poziomie jak w PN-91/B-02020, a zatem od kilkunastu lat.

W budynku produkcyjnym dopuszcza si ę wi ę ksze warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a od podanych w tablicy 3, je ś li uzasadnia to rachunek efektywno ś ci ekonomicznej inwestycji, obejmuj ą cy koszty budowy i eksploatacji budynku.

Polskie przepisy budowlane limituj ą r ó wnie ż powierzchni ę okien i przegr ó d przezroczystych. W przypadku zastosowania w budynkach mieszkalnym jednorodzinnym okien o wsp ół czynniku przenikania wi ę kszym od 2,0 W/(m 2 K), pole ich powierzchni nie mo ż e przekracza ć warto ś ci maksymalnej Ao max obliczonej ze wzoru:

A 0max = Q,\5A Z + 0,03A W m 2 (1)

gdzie:

A z - suma p ó l powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji naziemnych (w zewn ę trznym obrysie budynku) w pasie o szeroko ś ci 5 m wzd ł u ż ś cian zewn ę trznych, m 2,

A w - suma p ó l powierzchni pozosta ł ej cz ęś ci rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odj ę ciu A 0, m 2.

Takie samo wymaganie stosuje si ę w odniesieniu do w odniesieniu do budynk ó w u ż yteczno ś ci publicznej, je ś li nie jest ono sprzeczne z wymaganiami dotycz ą cymi zapewnienia niezb ę dnego o ś wietlenia pomieszcze ń ś wiat ł em dziennym.

W budynkach produkcyjnych łą czne pole powierzchni okien oraz ś cian szklanych w stosunku do powierzchni ca ł ej elewacji nie mo ż e by ć wi ę ksze ni ż : - 15% w budynku jednokondygnacyjnym (halowym), 30% w budynku wielokondygnacyjnym.

Post ę p, jaki dokona ł si ę w okresie ostatnich kilkunastu lat w dziedzinie okien i drzwi, a zw ł aszcza stosowanie energooszcz ę dnych szyb zespolonych z wype ł nieniem gazowym i pow ł ok ą niskoemisyjn ą , pozwala na wytwarzanie okien charakteryzuj ą cych si ę znacznie wi ę ksz ą izolacyjno ś ci ą ciepln ą ni ż wymagana obecnie w przepisach, a zatem zaostrzenie tych wymaga ń jest w pe ł ni uzasadnione.

3. Propozycja zmiany wymaga ń dotycz ą cych izolacyjno ś ci cieplnej okien

W tablicach 4 i 5 podano opracowan ą przez autora propozycj ę nowelizacji wymaga ń dotycz ą cych izolacyjno ś ci cieplnej okien. W ramach tej nowelizacji postanowiono ujednolici ć wymagania w odniesieniu do budynk ó w mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i u ż yteczno ś ci publicznej oraz ograniczy ć liczb ę czynnik ó w maj ą cych wp ł yw na warto ść U „ (max) tylko do temperatury wewn ę trznej w pomieszczeniu. Ponadto zaproponowano rezygnacj ę z dodatkowych wymaga ń dotycz ą cych ograniczenia powierzchni okien, kt ó re w praktyce nie by ł y przestrzegane.

Tablica 4. Maksymalne warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego i u ż yteczno ś ci publicznej

Tablica 5. Maksymalne warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, drzwi i wr ó t w budynku produkcyjnym

4. Ocena izolacyjno ści cieplnej okien i drzwi zewn ętrznych wg PN-EN 14351-1:2006

4.1. Postanowienia og ólne

Norma zharmonizowana PN-EN 14351-1:2006 dotyczy w ła ściwo ści eksploatacyjnych okien, w tym okien dachowych i drzwi zewn ętrznych, w tym drzwi balkonowych. Jedn ą z tych w ła ściwo ści jest przenikalno ść cieplna, b ęd ąca antonimem powszechnie stosowanego w Polsce, tak że w przepisach budowlanych, poj ęcia izolacyjno ści cieplnej.

Zgodnie z postanowieniami przedmiotowej normy przenikalno ść cieplna okna i drzwi zewn ętrznych bez w ła ściwo ści dotycz ących odporno ści ogniowej i/lub dymoszczelno ści, okre ślana przy u życiu wsp ółczynnika przenikania ciep ła, jest w ła ściwo ści ą deklarowan ą przez producenta tych wyrob ów.

Potwierdzenie zgodno ści okna lub drzwi zewn ętrznych w zakresie przenikalno ści cieplnej oparte jest na wynikach wst ępnego badania typu (ITT), kt óre w przyj ętym w normie (za łącznik ZA) 3 systemie oceny zgodno ści przeprowadzane jest przez laboratorium notyfikowane. Wst ępne badanie typu przeprowadza si ę jednorazowo dla nowego wyrobu. Utrzymywanie warto ści wsp ółczynnika przenikania ciep ła okien lub drzwi zewn ętrznych produkowanych w danym zak ładzie na poziomie nie wi ększym ni ż okre ślony we wst ępnym badaniu typu jest zadaniem zak ładowej kontroli produkcji (FPC).

4.2. Uwzgl ędnianie wp ływu komponent ów i wymiar ów okna lub drzwi zewn ętrznych w
procedurze okre ślania ich przenikalno ści cieplnej

W przypadku z ło żonego wyrobu, jakim s ą okna i drzwi zewn ętrzne, jego w ła ściwo ści zale żą od komponent ów do kt órych zalicza się:

W normie przyj ęto, że oszklenie lub kszta łt ramy maj ą najwi ększy wp ływ na przenikalno ść ciepln ą okna lub drzwi zewn ętrznych, w zwi ązku z tym ka żda zmiana w tym zakresie prawdopodobnie spowoduje zmian ę warto ści wsp ółczynnika przenikania ciep ła, co oznacza konieczno ść wykonania wst ępnego badania typu wyrobu.

Uszczelki i materia ł, z kt órego wykonana jest rama, r ównie ż maj ą wp ływ na przenikalno ść ciepln ą okien lub drzwi zewn ętrznych, zatem zmiany tych komponent ów r ównie ż mog ą spowodowa ć zmian ę warto ści wsp ółczynnika przenikania ciep ła, cho ć jest to mniej prawdopodobne. Zgodnie z postanowieniami normy rodzaj zastosowanych oku ć nie ma wp ływu na t ę cech ę.

Wp ływ zmiany oszklenia na warto ść wsp ółczynnika przenikania ciep ła przegrody przeszklonej jest oczywisty, natomiast niekt óre pozosta łe stwierdzenia normy s ą dyskusyjne. Z do świadcze ń Zak ładu Fizyki Cieplnej wynika np., że niewielkie zmiany kszta łtu profili np. zastosowanie profili p ółzlicowanych zamiast zlicowanych, maj ą znacznie mniejszy wp ływ na przenikalno ść ciepln ą okna ni ż zmiana materia łu profila. Kszta łt i materia ł uszczelek r ównie ż nie maj ą znacz ącego wp ływu na przenikalno ść ciepln ą, z wyj ątkiem przypadk ów kiedy zamiast uszczelki zewn ętrznej zastosowana jest uszczelka środkowa, lub zamiast dw óch wyst ępuj ą trzy uszczelki. Z do świadcze ń zak ładu Fizyki Cieplnej wynika r ównie ż, że wp ływ na przenikalno ść ciepln ą okna ma szczelno ść na przenikanie powietrza. Zmniejszenie tej szczelno ści powoduje wzrost przenikalno ści cieplnej okna. Z powy ższego wynika, że decyzja o tym, czy wprowadzone w wyrobie zmiany wymagaj ą wykonania wst ępnego badania typu, lub mo żna od tej procedury odst ąpi ć, powinna nale że ć do jednostki notyfikowanej.

Warto ść wsp ółczynnika przenikania ciep ła okna lub drzwi zewn ętrznych zale ży ponadto od stopnia ich przeszklenia, kt óry zwi ększa si ę wraz z powierzchni ą okna. W zwi ązku z tym, w celu ograniczenia zakresu bada ń typu w normie okre ślono wymiary reprezentatywnych pr óbek do bada ń. Dla okien ma łych okien o powierzchni < 2,3 m 2 wynosz ą one 1,23( ±25%) m x 1,48(-25%) m, a w przypadku wi ększej powierzchni, tzn. > 2,3 m 2 - 1,48( ±25%) m x 2,18( ±25%) m. W przypadku zastosowania oszklenia charakteryzuj ącego si ę wsp ółczynnikiem U f < 1,9 W/(m 2K) obliczenia wsp ółczynnika przenikania okna U „ wykonane dla okna o wymiarach 1,23 (+25%) m x 1,48 (-25%) m odnosz ą si ę do okna o dowolnej powierzchni.

Podobn ą zasad ę okre ślania wymiar ów reprezentatywnej pr óbki stosuje w przypadku drzwi zewn ętrznych:

1,23(+25%) m x 2,18( ±25%) m - stosuje si ę do drzwi o powierzchni ca łkowitej < 3,6 m 2, 2,00( ±25%) m x 2,18( ±25%) m -jw. o powierzchni ca łkowitej > 3,6 m 2.

Norma dopuszcza mo żliwo ść wykonywania oblicze ń lub bada ń wsp ółczynnika U w okien i drzwi o dowolnych wymiarach. Warto ści wsp ółczynnika U „ uzyskane w ten spos ób wykorzystywane s ą do szczeg ółowych oblicze ń strat ciep ła budynku.

4.3. Metody okre ślania wsp ółczynnika przenikania ciep ła okna

Norma zharmonizowana w odniesieniu do okien dopuszcza trzy sposoby okre ślania wsp ółczynnika przenikania ciep ła:

1. na podstawie warto ści tabelarycznych podanych w tablicy F.1 w normie EN ISO 10077-
1:2000,

2. metod ą obliczeniow ą wg:
- EN ISO 10077-1 lub

EN ISO 10077-1 i EN ISO 1007-2,

3. metod ą fizykalnych bada ń nieniszcz ących wg EN ISO 12567-1 w odniesieniu do okien
pionowych i EN ISO 12567-2 w odniesieniu do okien dachowych i innych komponent ów
przeszklonych wystaj ących poza lico budynku.

W odniesieniu do drzwi zewn ętrznych norma dopuszcza tylko drugi i trzeci z wymienionych wy żej sposob ów, przy czym w przypadku bada ń fizykalnych zastosowanie znajduje tylko norma EN ISO 12567-1.

Nale ż y zaznaczy ć , ż e wszystkie wy ż ej wymienione normy zosta ł y przet ł umaczone na j ę zyk polski i zatwierdzone jako Polskie Normy.

W tablicy F.1 w EN ISO 10077-1:2000 (PN-EN ISO 10077-1:2002) podane zosta ł y warto ś ci wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, w kt ó rych zastosowano ramy charakteryzuj ą ce si ę wsp ół czynnikiem U f w bardzo szerokim zakresie 1,0 4- 7,0 W/(m 2K) i oszklenia - potr ó jne, podw ó jne i pojedyncze, o wsp ół czynniku U g w zakresie 0,5 -4- 5,7 W/(m 2 K), obliczone przy przyj ę ciu 30% udzia ł u powierzchni ramy w ca ł kowitej powierzchni okna, co znacznie ogranicza praktyczne wykorzystanie danych z tej tablicy. W przypadku innego udzia ł u ramy w ca ł kowitej powierzchni okna, warto ś ci z tablicy F.1 nie mog ą by ć stosowane do okre ś lenia wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okna, a norma EN ISO 10077- 1:2000 nie podaje metody przeliczania wsp ół czynnika przenikania ciep ł a dla innych warto ś ci udzia ł ramy w ca ł kowitej powierzchni okna. W takich przypadkach konieczne jest zastosowanie innej metody opartej na obliczeniach lub badaniach fizykalnych. Dodatkowe w ą tpliwo ś ci dotycz ą ce takiego sposobu okre ś lania wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien wynikaj ą z faktu, ż e w ubieg ł ym roku norma EN ISO 10077-1 zosta ł a znowelizowana i aktualn ą wersj ą normy jest EN ISO 10077-1-2006.

W metodzie opartej na obliczeniach wsp ół czynnik przenikania ciep ł a ca ł ego okna lub drzwi zewn ę trznych U w, okre ś la si ę na podstawie wsp ół czynnik ó w przenikania ciep ł a ich element ó w sk ł adowych z nast ę puj ą cego wzoru:

którym:

U g - wsp ół czynnik przenikania ciep ł a przez centraln ą cz ęść oszklenia, W/(m 2K), A g - pole powierzchni oszklenia, m 2,

U f - wsp ół czynnik przenikania ciep ł a kszta ł townika lub z ł o ż enia kszta ł townik ó w ramy, W/(m 2K), Af- pole powierzchni np., m 2,

% - liniowy wsp ół czynnik przenikania ciep ł a mostka cieplnego powstaj ą cego na styku

oszklenia z kszta ł townikiem ramy, W/(mK),

L - d ł ugo ść liniowego mostka cieplnego r ó wna d ł ugo ś ci styku oszklenia z ram ą , m.

Istniej ą dwie metody obliczania wsp ół czynnik ó w U fi lF g. uproszczona wg EN ISO 10077-1 i dok ł adna wg EN ISO 10077-2, w kt ó rej warto ś ci tych wsp ół czynnik ó w obliczane s ą na podstawie numerycznej symulacji przep ł ywu ciep ł a w obszarze dwuwymiarowym, co wymaga zastosowania specjalnych program ó w komputerowych.

W Polsce i w innych krajach UE obecnie powszechnie stosowane jest okre ś lanie wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, drzwi balkonowych i drzwi zewn ę trznych z profili tworzywowych lub aluminiowych metod ą opart ą na dok ł adnych obliczeniach wsp ół czynnik ó w Uf i f g, kt ó ra w por ó wnaniu z badaniami fizykalnych ma szereg zalet, np. nie wymaga stosowania specjalistycznej aparatury pomiarowej, jest szybsza i ta ń sza.

5. Stan obecny i perspektywy zmniejszenia przenikalno ś ci cieplnej okien

5.1. Wsp ół czynnik przenikania ciep ł a przez ram ę okna U f

Warto ść wsp ół czynnika U fzale ż y od materia ł u, z kt ó rego wykonane s ą kszta ł towniki ramy, ich rozwi ą zania konstrukcyjnego i wymiar ó w, tzn. szeroko ś ci i wysoko ś ci kszta ł townik ó w, oraz szczelno ś ci okna na przenikanie powietrza. W oknach z typowymi rozwi ą zaniami materia ł owo konstrukcyjnymi, uzyskiwane s ą obecnie nast ę puj ą ce warto ś ci wsp ół czynnika U/.

2,0 ■*■ 3,0 W/(m 2K) dla kszta ł townik ó w aluminiowych z przek ł adk ą termiczn ą .

Obni ż enie warto ś ci wsp ół czynnika U fnale ż y do priorytetowych cel ó w projektant ó w system ó w okien i drzwi balkonowych i osi ą gane jest w r óż ny spos ó b. W oknach drewnianych cel ten osi ą gany jest przez stosowanie do wyrobu kszta ł townik ó w drewna charakteryzuj ą cego si ę mniejsz ą g ę sto ś ci ą , a w oknach z kszta ł townik ó w tworzywowych, dzi ę ki zwi ę kszaniu liczby kom ó r i stosowaniu otwartych wzmocnie ń stalowych np. ceownik ó w zamiast profili prostok ą tnych. W przypadku ram aluminiowych czynnikiem decyduj ą cym o warto ś ci Uf s ą wymiary i kszta ł t przek ł adek termicznych oddzielaj ą cych zewn ę trzn ą cz ęść ramy od wewn ę trznej. Zwi ę kszenie odleg ł o ś ci mi ę dzy tymi elementami poprawia izolacyjno ść ciepln ą ramy. Okna szczelne charakteryzuj ą si ę lepsz ą izolacyjno ś ci ą ciepln ą od rozszczelnionych.

Podejmowane s ą r ó wnie ż pr ó by obni ż enia warto ś ci wsp ół czynnika U fpolegaj ą ce g łó wnie na zastosowaniu w profilach okiennych materia łó w charakteryzuj ą cych si ę wi ę ksz ą izolacyjno ś ci ą ciepln ą . Na przyk ł ad, w oknach tworzywowych wzmocnienia stalowe zast ę powane s ą wzmocnieniami z konglomeratu poliestrowo szklanego wype ł nionymi piank ą poliuretanow ą . Ostatnio stosowane s ą tak ż e wielokomorowe kszta ł towniki bez wzmocnie ń , lub z komorami wype ł nionymi materia ł em termoizolacyjnym (styrodurem). Efektem zastosowania wzmocnie ń z w łó kna szklanego w kszta ł townikach tr ó j komorowych o wysoko ś ci 73 mm jest obni ż enie wsp ół czynnika U fdo 1,2 W/(m 2K). Stosuj ą c materia ł y termoizolacyjne z ramach okiennych mo ż na jeszcze bardziej zmniejszy ć warto ść U f. W normie PN-EN ISO 10077-1:2002, minimaln ą warto ść tego wsp ół czynnika przyj ę to na poziomie 1,0 W/(m 2K), a jej znowelizowanej wersji z 2006 r. obni ż ono j ą do 0,8 W/(m 2K). Ś wiadczy to o post ę pie technicznym, jaki dokona ł si ę w ostatnich latach si ę w dziedzinie konstrukcji kszta ł townik ó w okiennych.

5.2. Wsp ół czynnik przenikania ciep ł a przez oszklenie U g

Ze wzgl ę du na to, ż e powierzchnia oszklenia stanowi najwi ę ksz ą cz ęść powierzchni ca ł ego okna zmniejszenie warto ś ci U g w istotnym stopniu wp ł ywa na zmniejszenie przenikalno ś ci cieplnej ca ł ego okna.

Wsp ółczesne okna szklone s ą szybami zespolonymi. Na warto ść wsp ółczynnika przenikania ciep ła szyby zespolonej wp ływ maj ą:

liczba szyb pokrytych pow łok ą niskoemisyjn ą (tylko w przypadku szyb dwukomorowych).

Obecnie powszechnie stosowana jest szyba jednokomorowa, z wype łnieniem argonem i pow łok ą niskoemisyjn ą, tzw. szyba energooszcz ędna 4/16/4 charakteryzuj ąca si ę wsp ółczynnikiem przenikania ciep ła przez centraln ą cz ęść oszklenia U g = 1,1 W/(m 2K).

Na podstawie ostatnio opublikowanych wynik ów bada ń mo żna przyj ąć, że dla szyb zespolonych jednokomorowych z jedn ą pow łok ą niskoemisyjn ą i wype łnieniem argonem przestrzeni mi ędzyszybowej osi ąga si ę warto ść wsp ółczynnika U gna poziomie 1,0 W/(m 2K). Dalsze zwi ększenie izolacyjno ści cieplnej oszklenia mo żliwe jest tylko dzi ęki zastosowaniu szyb zespolonych dwukomorowych. Okna z takimi szybami s ą rozwi ązaniami ponadstandardowymi, w zwi ązku z czym nie by ły one do tej pory przedmiotem ani bada ń, ani oblicze ń cieplnych wykonywanych w celu udzielenia aprobaty technicznej. Wg PN-EN ISO 10077-1:2002 dla szyby dwukomorowej 4/12/4/12/4, z pow łok ą niskoemisyjn ą na dw óch szybach i wype łnieniem przestrzeni mi ędzyszybowej argonem wsp ółczynnik U gjest r ówny 0,8 W/(m 2 K), a w przypadku wype łnienia kryptonem 0,5 W/(m 2 K). W znowelizowanej wersji tej normy nie wskazano ni ższych warto ści wsp ółczynnika przenikania ciep ła U g, zatem warto ści te nale ży traktowa ć jako minimalne technicznie osi ągalne.

5.3. Liniowy wsp ółczynnik przenikania ciep ła 1^

Liniowy mostek cieplny powstaje w miejscu po łączenia element ów przegrody o r óżnej izolacyjno ści cieplnej lub o r óżnych wymiarach. Sytuacja taka wyst ępuje na po łączeniu ramy z oszkleniem. Liniowy wsp ółczynnik przenikania ciep ła % uwzgl ędnia poza tym wp ływ ramki dystansowej, zmniejszaj ącej izolacyjno ść ciepln ą na kraw ędziach szyby zespolonej. Warto ść wsp ółczynnika % zale ży od rozwi ąza ń materia łowych ramki dystansowej i kszta łtownika ramy okna oraz od g łęboko ści osadzenia szyby w kszta łtowniku ramy. Wg normy PN-EN ISO '10077-1:2006, w przypadku typowych ramek wykonanych z aluminium zastosowanych w szybach z pow łok ą niskoemisyjn ą warto ści wsp ółczynnika T gnie powinny przekracza ć

a w przypadku ramek o polepszonej izolacyjno ści cieplnej, wykonanych ze stali nierdzewnej lub z polimer ów konstrukcyjnych:

W praktyce w przypadku obydwu rodzaj ów ramek otrzymuje si ę nieco ni ższe warto ści wsp ółczynnika T g.

Efektywne zmniejszenie liniowego wsp ół czynnika przenikania ciep ł a f g do 0,040 + 0,045 W/(mK) osi ą ga si ę dzi ę ki zastosowaniu tzw. ciep ł ej ramki dystansowej, wykonanej z polimer ó w konstrukcyjnych.

Ma ł a warto ść wsp ół czynnika % w por ó wnaniu z warto ś ciami U fi U gjest powodem niedoceniania jego wp ł ywu na izolacyjno ść ciepln ą okna. W rzeczywisto ś ci wp ł yw ten nie jest pomijalny, co zostanie pokazane na przyk ł adzie.

6. Przyk ł ad obliczenia wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okna

W przyk ł adzie podano obliczenia wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okna jednorz ę dowego, dwudzielnego ze s ł upkiem sta ł ym o wymiarach 150 x 150 cm. Okna tego rodzaju i o takich wymiarach s ą powszechnie stosowane w budynkach mieszkalnych. Obliczenia wykonano w dwu wariantach

Rys. 1. Widok okna z zaznaczonymi powierzchniami ramy i oszklenia

Dane do oblicze ń :

Wymiary okna:

Pole powierzchni z ł o ż enia: rama/skrzyd ł o An

Pole powierzchni z ł o ż enia: skrzyd ł a/s ł upek sta ł y A f2

Pole powierzchni oszklenia A g

D ł ugo ść liniowego mostka cieplnego(z ł o ż enie: rama/skrzyd ł o) L 1

D ł ugo ść liniowego mostka cieplnego(z ł o ż enie: skrzyd ł a/s ł upek sta ł y) L 2

Wsp ół czynniki przenikania ciep ł a

Wsp ół czynnik U f(z ł o ż enie: rama/skrzyd ł o)

Wsp ół czynnik U f(z ł o ż enie: skrzyd ł a/s ł upek sta ł y)

Liniowy wsp ół czynnik % (z ł o ż enie: rama/skrzyd ł o) 0

Liniowy wsp ół czynnik % (z ł o ż enie: skrzyd ł a/s ł upek sta ł y) 0

Wsp ół czynnik przenikania ciep ł a centralnej cz ęś ci oszklenia

Wynik oblicze ń :

Wsp ół czynnik przenikania okna U w

1,1 W/(m 2K) 1,5 W/(m 2K)

Na rysunku 2. pokazano udzia ł y strat ciep ł a przez poszczeg ó lne elementy okna.

Element okna

Rys. 2. Udzia ł poszczeg ó lnych element ó w okna (rozpatrywanego w przyk ł adzie) w ca ł kowitych stratach ciep ł a.

Je ś li w obliczeniach pomini ę ty zosta ł by wp ł yw liniowego mostka cieplnego, wsp ół czynnik przenikania ciep ł a okna by ł by r ó wny UJ - 1,4 W/(m 2K), co jest warto ś ci ą zani ż on ą o 6,7 % w stosunku do warto ś ci rzeczywistej.

W przypadku oceny izolacyjno ś ci cieplnej okna na podstawie wsp ół czynnika przenikania ciep ł a centralnej cz ęś ci oszklenia, co jest jeszcze cz ę sto spotykane w praktyce, zw ł aszcza w obliczeniach strat ciep ł a pomieszcze ń , otrzymuje si ę U 2 - 1,1 W/(m 2K), a wi ę c warto ść zani ż on ą a ż o 26,7 % w stosunku do warto ś ci rzeczywistej.

Z przeprowadzonych oblicze ń wynika jednoznaczny wniosek, ż e zar ó wno pomijanie wp ł ywu liniowego mostka cieplnego w obliczeniach wsp ół czynnika przenikania ciep ł a okien, jak te ż okre ś lanie tego wsp ół czynnika na podstawie wsp ół czynnika przenikania ciep ł a oszklenia prowadzi do niedoszacowania jego warto ś ci i w zwi ą zku z tym nie powinno by ć stosowane. Przy por ó wnywaniu warto ś ci wsp ół czynnika U wpodawanych w ofertach przetargowych nale ż y ka ż dorazowo sprawdzi ć , czy zosta ł y one prawid ł owo obliczone.

Warto ś ci wsp ół czynnika U wokna, rozpatrywanego w przyk ł adzie, uzyskane dzi ę ki wprowadzeniu rozwi ą za ń technicznych, obni ż aj ą cych warto ś ci wsp ół czynnik ó w U g, U fi %, wymienionych w poprzednim punkcie, zestawiono w tablicy 2.

Z przeprowadzonej analizy wynika, ż e w przypadku okien jednoramowych uzyskanie wsp ół czynnika U wna poziomie ni ż szym od 1,0 W/(m 2K) jest obecnie technicznie mo ż liwe tylko w przypadku zastosowania szyby zespolonej dwukomorowej.

Podane wy ż ej przykłady, dotycząceokien jednoramowych, nie wyczerpuj ą wszystkich mo ż liwo ś ci zwi ę kszenia izolacyjno ś ci cieplnej okien. Dalsze obni ż enie współczynnika

Dr inż. Krzysztof Kasperkiewicz Zakład Fizyki Cieplnej ITB