Przegrody przezroczyste cz. II
Z przeprowadzonej analizy wynika, że w przypadku okien jednoramowych uzyskanie współczynnika U na poziomie niższym od 1,0 W/(m2K) jest obecnie technicznie możliwe tylko w przypadku zastosowania szyby zespolonej dwukomorowej. W ostatnich 20 latach udało się zmniejszyć współczynnik przenikania ciepła okien o około 70% (z 2,6 do 0,8 W/(m2K)).
3. Przegrody przeszklone
Ściany i przekrycia we współczesnych budynkach mogą być wykonane z szyb zespolonych, najczęściej osadzonych w mocowanej do konstrukcji budynku ramie słupowo-ryglowej (w przypadku ścian) lub kratownicy przestrzennej złożonej z elementów trójkątnych (w przypadku przekryć dachowych). Słupy i rygle wykonane są z kształtowników metalowych (aluminiowych lub stalowych), rozdzielonych, pełniącymi rolę izolacji cieplnej, przekładkami polimerowymi. W jednorodzinnych budynkach mieszkalnych stosowane są również elementy drewniane lub drewniano-metalowe. W ścianach konstrukcja może być ukryta za oszkleniem, tak aby była niewidoczna od zewnątrz. W takim przypadku, układane z niewielkimi odstępami dylatacyjnymi, szyby zespolone są mocowane do konstrukcji specjalnymi łącznikami mechanicznymi lub klejone ("oszklenie strukturalne"). Rozkład izoterm w przypadku punktowego mocowania oszklenia do konstrukcji nośnej przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2 Rozkład izoterm wg przykładowych wyników obliczeń programem PHYSIBEL SOLIDO w modelu punktowego mocowania oszklenia, po lewej - od wewnątrz, po prawej od zewnątrz
W przypadku przegrody z szyb zespolonych o jej charakterystyce energetycznej decydują: - współczynnik przenikania ciepła (z uwzględnieniem wpływu mocowania oraz ramek międzyszybowych), - współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego, zwykle podawany wraz z charakterystykami optycznymi w zakresie światła widzialnego.
W przypadku najczęściej obecnie stosowanych rodzajów szklano-metalowych lekkich ścian osłonowych, w budynkach użyteczności publicznej, można przyjmować orientacyjnie, że wartość współczynnika przenikania ciepła nie przekracza wartości określonej wg wzoru:
gdzie:
Ag*- jest powierzchnią jej przeszklonej części [m2],
Ap* - jest jej pozostałą częścią [m2]
4. Perspektywy zwiększenia izolacyjności cieplnej okien
Z rysunku 1 wynika, że największe potencjalne możliwości zwiększenia izolacyjności cieplnej całego okna związane są ze zmniejszeniem współczynnika przenikania ciepła Ug. Na podstawie ostatnio opublikowanych wyników badań można przyjąć, że dla szyb zespolonych jednokomorowych z jedną powłoką niskoemisyjną i wypełnieniem argonem przestrzeni międzyszybowej osiąga się wartość współczynnika Ug na poziomie 1,0 W/(m2K). Dalsze zwiększenie izolacyjności cieplnej oszklenia możliwe jest tylko dzięki zastosowaniu szyb zespolonych dwukomorowych. Okna z takimi szybami są rozwiązaniami ponadstandardowymi, stosowanymi w budynkach energooszczędnych i pasywnych, w związku z czym nie były one do tej pory przedmiotem ani badań, ani obliczeń cieplnych wykonywanych w celu udzielenia aprobat technicznych. Wg PN-EN ISO 10077-1:2006(U) dla szyby dwukomorowej 4/12/4/12/4, z powłoką niskoemisyjna na dwóch szybach i wypełnieniem przestrzeni międzyszybowej argonem współczynnik Ug jest równy 0,8 W/(m2K), a w przypadku wypełnienia kryptonem 0,5 W/(m2K). Wartości te należy aktualnie traktować jako minimalne technicznie osiągalne. Działania zmierzające do obniżenia wartości współczynnika Uf polegają głównie na zastosowaniu w profilach okiennych materiałów charakteryzujących się większą izolacyjnością cieplną. Na przykład, w oknach tworzywowych wzmocnienia stalowe zastępowane są wzmocnieniami z konglomeratu poliestrowo-szklanego wypełnionymi pianką poliuretanową. Ostatnio stosowane są także wielokomorowe kształtowniki bez wzmocnień, lub z komorami wypełnionymi materiałem termoizolacyjnym (styrodurem lub pianką poliuretanową). Efektem zastosowania wzmocnień z włókna szklanego w kształtownikach trójkomorowych o wysokości 73 mm jest obniżenie współczynnika Uf do 1,2 W/(m2K). Stosując materiały termoizolacyjne z ramach okiennych można jeszcze bardziej zmniejszyć wartość Uf, w normie PN-EN ISO 10077-1:2006(U) minimalną wartość tego współczynnika przyjęto na poziomie 0,8 W/(m2K). Efektywne zmniejszenie liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ do 0,040, 0,045 W/(mK) osiąga się dzięki zastosowaniu tzw. ciepłej ramki dystansowej, wykonanej z polimerów konstrukcyjnych. Wartości współczynnika U typowego dla budynków mieszkalnych okna, uzyskane dzięki wprowadzeniu wymienionych wyżej rozwiązań technicznych, obniżających wartości współczynników Ug, Uf i Ψ, zestawiono w tablicy 2.
Tablica 2. Współczynnik przenikania okna w zależności od izolacyjności cieplnej jego części składowych
Z przeprowadzonej analizy wynika, że w przypadku okien jednoramowych uzyskanie współczynnika U na poziomie niższym od 1,0 W/(m2K) jest obecnie technicznie możliwe tylko w przypadku zastosowania szyby zespolonej dwukomorowej. Z podanych obliczeń wynika, że w ostatnich 20 latach udało się zmniejszyć współczynnik przenikania ciepła okien o około 70% (z 2,6 do 0,8 W/(m2K)). Podane wyżej przykłady, dotyczące okien jednoramowych, nie wyczerpują wszystkich możliwości zwiększenia izolacyjności cieplnej okien. Dalsze obniżenie współczynnika przenikania ciepła okien możliwe jest na przykład w oknach zespolonych szklonych szybami zespolonymi.
