Przewiń do artykułu
Okna energooszczędne

Artykuły są sortowane alfabetycznie według porządku A-Z. Jeżeli nie możesz odszukać interesującej Cię treści w spisie treści skorzystaj z wyszukiwarki treści.

Zamknij spis treści

Ciepła ramka, psi ( Ψ ) i okna energooszczędne

Ciepła ramka - modne słowo, słowo klucz. Energooszczędny wytrych otwierający sprzedawcom drogę do portfeli klientów. Czym jest „ciepła ramka”, do czego służy i czy w ogóle jej stosowanie w oknach (a właściwie w szybach zespolonych) znajduje praktyczne i ekonomiczne uzasadnienie dla nabywców okien? Czy ciepła ramka ma jakikolwiek wpływ na wartość współczynnika ciepła szyby lub okna? Jak psi (Ψ) wpływa na Uw? Producenci i sprzedawcy okien z reguły znają już odpowiedzi na powyższe pytania, nabywcy okien bardzo rzadko i dlatego to im dedykujemy ten artykuł, bo jak płacić, to chociaż wiedząc za co i dlaczego. Czyż nie tak?

Ramka, ramce nie równa

Ciepła ramka ze stali szlachetnej
Ciepła ramka ze stali szlachetnej

Ostatnie 15 – 20 lat na rynku okiennym, to czas wielkiej okiennej ewolucji i rewolucji o czym już pisaliśmy. Tym razem jednak pominiemy większość zagadnień dotyczących kształtowników okiennych, a skoncentrujemy się wyłącznie na szybach zespolonych i jednym z komponentów służących do ich produkcji – na ramkach dystansowych. Ramka dystansowa to ów metalicznie połyskujący element widoczny pomiędzy taflami szkła szyby zespolonej. W pokazywanym przypadku pomiędzy trzema taflami szkła, czyli w tak zwanej szybie dwukomorowej.

Ewolucja i rewolucja na rynku produkcji szkła budowlanego rozpoczęła się od zastąpienia szkła ciągnionego, szkłem walcowanym typu float. Nieco później do powszechnego użytku trafiło szkło niskoemisyjne i miękkopowłokowe, a przestrzeń pomiędzy szybami zaczęto wypełniać mieszaninami gazów szlachetnych i powietrza. Elementem służącym do łączenia tafli szkła w pakiecie szyby zespolonej i zapewniającym właściwą odległość pomiędzy nimi były „ramki dystansowe”, wykonywane głównie z aluminium. Połączenie wszystkich nowych technologii w produkcji szyb zespolonych doprowadziło do radykalnego obniżenia wartości ich współczynnika przenikania ciepła z poziomu Ug = 2,9 W/(m2 * K) do Ug = 1,1 W/(m2 * K). Warto w tym miejscu wskazać, że podane wyżej wartości współczynników przenikania ciepła szyb dotyczą wyłącznie środkowej części szyby.

Szyba zespolona kierunek przepływu ciepła
Szyba zespolona kierunek przepływu ciepła

Równoległy rozwój technologii produkcji kształtowników okiennych i narastająca tendencja do tworzenia konstrukcji umożliwiających maksymalne ograniczanie strat energii przez okna, doprowadziły do sytuacji, w której najsłabszym ogniwem nowoczesnych okien okazała się strefa brzegowa szyby zespolonej i jej styk z profilami okiennymi. Powodem powstawania mostka cieplnego w tej strefie i zwiększonego przepływu energii od ciepłej szyby wewnętrznej w kierunku zimnej szyby zewnętrznej była wysoka przewodność cieplna aluminium stosowanego do produkcji ramek dystansowych.

Konieczne stało się opracowanie technologii produkcji szyb zespolonych z ramkami dystansowymi wykonanymi z materiałów o niższej przewodności cieplnej niż aluminium. Aktualnie do produkcji szyb zespolonych wykorzystuje się nadal ramki dystansowe wykonywane z aluminium, ale coraz częściej zastępowane są one elementami ze stali, stali szlachetnej lub tworzyw sztucznych. Wartości obliczeniowe współczynnika przewodzenia ciepła λ, wg PN-EN 12524:2003 dla niektórych materiałów wykorzystywanych do produkcji ramek dystansowych przedstawia poniższa tabela.

Materiał Wartość obliczeniowa
współczynnika przewodzenia ciepła
λ W/(m * K)
Aluminium 160
Stal 50
Stal szlachetna (nierdzewna) 17
Tworzywa sztuczne (poliwęglany) 0,20

„Ciepła ramka” i psi (Ψ)

Zastosowanie w produkcji szyb zespolonych ramek dystansowych wykonanych z materiałów innych niż aluminium pozwala na ograniczenie strat ciepła w wyniku mostka cieplnego powstającego na styku szyby z kształtownikiem okna. Koniecznym wydaje się jednak ustalenie czy rzeczywiście ramka wykonana z któregokolwiek ze wskazanych wyżej materiałów zasługuje na miano „ciepłej”? Żeby odpowiedzieć na to pytanie wcześniej należy określić metodę porównania parametrów cieplnych ramek dystansowych. O ile znana jest wartość obliczeniowa współczynnika przewodzenia ciepła λ materiałów z jakich wykonane są ramki o tyle ze względu na mniej lub bardziej skomplikowany kształt ramek dystansowych oraz technologie ich produkcji, w których łączone są różne materiały, zdecydowanie trudniej jest określić parametry cieplne dla samej ramki. Pierwszą próbę ustalenia wymagań minimalnych dla „ciepłych ramek” dystansowych podjęto w projekcie załącznika normy DIN V 4108-4:2002-02 „Krawędź szyby zespolonej o ulepszonych własnościach cieplnych”.

Zgodnie z tym projektem za krawędź szyby zespolonej o ulepszonych parametrach cieplnych można uznać taką krawędź szyby, w której ramka dystansowa spełnia następującą zależność:

Σ (di * λi) ≤ 0,007

gdzie:

di - grubość ścianki materiału z którego wykonana jest ramka
λi - współczynnik przewodzenia ciepła materiału w W/(m * K)

Przykładowe sprawdzające obliczenie dla ramki dystansowej pustej lub litej powinno odbywać się według następujących zasad:

Ciepła ramka pusta
Ciepła ramka pusta
Ciepła ramka lita
Ciepła ramka lita

Psi (Ψ)

Do czasu zdefiniowania problemu zwiększonych strat ciepła przez okna na skutek powstawania mostka cieplnego na styku oszklenia z kształtownikami okiennymi, przy obliczeniach współczynnika przenikania ciepła okien Uw , wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła mostka cieplnego na styku szyby z ramą Ψ była całkowicie pomijana.

Definicję i znaczenie liniowego współczynnika przenikania ciepła połączenia z oszkleniem lub panelem nieprzezroczystym podaje i objaśnia norma PN-EN ISO 10077-2:2003, w której stwierdza się:

 

Współczynnik przenikania ciepła oszklenia Ug ma zastosowanie do centralnej części oszklenia i nie uwzględnia efektu rozpórki (ramki dystansowej) przy krawędzi oszklenia. Współczynnik przenikania ciepła ramy Uf jest stosowany przy braku oszklenia. Liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ opisuje dodatkowy strumień ciepła spowodowany wzajemnym oddziaływaniem ramy i krawędzi oszklenia, łącznie z efektem rozpórki(ramki dystansowej)

 

Tym samym można stwierdzić, że rzeczywisty efekt mostka termicznego na krawędzi szyby zespolonej zamontowanej w oknie i jego wartość określana jako Ψ zależy od:

  • rodzaju ramki dystansowej,
  • izolacyjności cieplnej środkowej części szyby zespolonej Ug
  • głębokości osadzenia szyby w profilu
  • współczynnika przenikania ciepła Uf kształtownika okiennego.

W roku 2008 Instytut Techniki Okiennej w Rosenheim przeprowadził badania liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ przy wykorzystaniu wielu typów dostępnych na rynku ramek dystansowych. Badania były prowadzone przy użyciu kształtowników okiennych wykonanych z różnych materiałów oraz szyb zespolonych o zróżnicowanej budowie i wartości współczynnika ciepła Ug dla środkowej części szyby. Na podstawie opracowania inżynier Katrin Gandler z ift Rosenheim poniżej przedstawiamy tabelę zawierającą wyniki badań. Kolorem czerwonym zaznaczono wartości współczynnika Ψ dla okien PVC.

Nazwa lub
rodzaj ramki
dystansowej
Budowa szyby Współczynnik
przenikania
ciepła szyby
UgW/(m2 * K)
Okno PVC
Ψ
W/(m * K)
Okno drewniane
Ψ
W/(m * K)
Okno aluminiowe
Ψ
W/(m * K)
Okno drewniano -
aluminowe
Ψ
W/(m * K)
Ramka aluminiowa 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,077 0,081 0,111 0,092
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,075 0,086 0,111 0,097
Chromatech 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,051 0,053 0,069 0,059
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,048 0,053 0,065 0,059
Chromatech Plus 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,051 0,052 0,067 0,058
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,048 0,052 0,063 0,057
Chromatech Ultra 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,041 0,041 0,051 0,045
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,038 0,040 0,045 0,043
GTS 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,049 0,051 0,065 0,056
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,046 0,051 0,061 0,056
Nirotec 017 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,051 0,053 0,068 0,058
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,048 0,053 0,063 0,058
Nirotec 015 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,050 0,051 0,066 0,057
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,047 0,051 0,061 0,056
SS Triseal 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,035 0,034 0,041 0,037
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,033 0,032 0,036 0,035
Swisspacer 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,045 0,047 0,060 0,052
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,042 0,046 0,056 0,051
Swisspacer V 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,034 0,032 0,039 0,035
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,032 0,031 0,034 0,033
TGI 1.4016 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,044 0,044 0,056 0,049
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,041 0,043 0,051 0,047
TGI 4301* 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,041 0,041 0,051 0,045
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,039 0,040 0,046 0,043
Thermix TX.N 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,041 0,041 0,051 0,044
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,038 0,039 0,045 0,042
TPS (Rü: PS 4 mm) 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,039 0,038 0,047 0,042
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,037 0,037 0,042 0,040
WEP classic 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,052 0,054 0,071 0,060
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,049 0,055 0,067 0,061
WEP premium 4/16/4 jednokomorowa 1,1 0,051 0,053 0,068 0,058
4/12/4/12/4 dwukomorowa 0,7 0,048 0,052 0,063 0,058

Wnioski płynące dla nabywców okien PVC z danych zawartych w tabeli są dość oczywiste. Pierwszy, to że wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ okien przeszklonych jedno lub dwukomorowymi szybami zespolonymi z ramką aluminiową jest zdecydowanie wyższa niż dla tych samych okien z przeszkleniami wykorzystującymi ramki dystansowe ze stali szlachetnej lub tworzyw sztucznych. Drugi taki, że liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ nie ma żadnego wpływu na wartość współczynnika przenikania ciepła szyby zespolonej Ug.

Ciepła ramka - ekonomia i użyteczność

Z pewnością ta część artykułu okaże się najbardziej interesująca dla wszystkich inwestorów szukających ekonomicznego uzasadnienia i praktycznego znaczenia zakupu okien energooszczędnych wyposażonych w szyby zespolone z „ciepłymi ramkami”. Zacznijmy od ekonomii.

Zadaniem okna energooszczędnego jest przede wszystkim ograniczenie strat energii cieplnej odbywającej się przez to okno. Należy przyjąć, że im niższy określony metodą badawczą lub obliczeniową współczynnik przenikania ciepła okna Uw , tym mniejsze straty ciepła przez to okno. „Ciepła ramka”, a właściwie wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ jest jednym z bardzo istotnych argumentów niezbędnych do prawidłowego, zgodnego z normą PN-EN ISO 10077-1:2003 obliczenia współczynnika przenikania ciepła Uw całego okna. Dla przypomnienia poniżej podajemy wzór na obliczanie współczynnika przenikania ciepła okna znajdujący się w przywołanej normie.

wzór współczynnik przenikania ciepła Uw
Wzór współczynnik przenikania ciepła Uw

gdzie:

Uw - wartość współczynnika przenikania ciepła przez okno [W/(m2 * K)]
Af - pole powierzchni ramy okiennej [m2]
Uf - współczynnik przenikania ciepła przez ramę okienną [W/(m2 * K)]
Ag - pole powierzchni szyby zespolonej [m2]
Ug - współczynnik przenikania ciepła szyby zespolonej [W/(m2 * K)]
Lg - obwód krawędzi szyby zespolonej (także długość szprosów międzyszybowych) [mb]
Ψ - liniowy współczynnik przenikania ciepła przez krawędź [W/(m * K)]

W tabeli pokazujemy w jaki sposób zmiana wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ wynikająca z zastosowania różnego typu ramek dystansowych wymienionych w opracowaniu Instytutu Techniki Okiennej w Rosenheim wpływa na końcową wartość współczynnika przenikania ciepła Uw przy stałej wartości pozostałych argumentów.

Powierzchnia
całkowita
okna (m2)
Powierzchnia
nieprzeszklona
kształtowników
okiennych
Współczynnik
przenikania
ciepła
kształtowników
okiennych
Powierzchnia
przeszklona
okna(szyby zespolone)
Współczynnik
przenikania
ciepła dla
środkowej części
szyby zespolonej
Długość
linowego
mostka na styku
szyby i kształtownika
Rodzaj ramki dystansowej według ift Rosenheim Wartość liniowego mostka cieplnego według ift Rosenheim Współczynnik przenikania ciepła okna
A Af Uf Ag Ug L   Ψ Uw
1,800 0,458 1,100 1,342 0,700 4,672 aluminiowa 0,075 0,997
1,800 0,458 1,100 1,342 0,700 4,672 Chromatech 0,048 0,926
1,800 0,458 1,100 1,342 0,700 4,672 TPS 0,037 0,898
1,800 0,458 1,100 1,342 0,700 4,672 Swisspacer V 0,032 0,885

W zależności od rodzaju „ciepłej ramki” dystansowej użytej do wykonania szyby zespolonej okna energooszczędnego i wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ, współczynnik przenikania ciepła Uw ulega obniżeniu od 7,7% do 11% w stosunku do tego samego okna wyposażonego w taką samą szybę zespoloną tylko ze standardową ramką aluminiową. To całkiem sporo. W artykule „Okna energooszczędne. Czy to się opłaca?” zamieszczonym na naszej stronie internetowej znajdziecie Państwo obliczenia w jaki sposób obniżenie wartości współczynnika Uw przekłada się na konkretne oszczędności nośników energii i pieniędzy oraz jaki w związku z tym może być okres zwrotu inwestycji w zakup okien energooszczędnych.

Praktyczność oraz użyteczność stosowania „ciepłych ramek” do konstrukcji pakietów szyb zespolonych wynika z faktu, iż pozwalają one na podniesienie temperatury okna od strony pomieszczenia na styku ramy i szyby zespolonej. W efekcie następuje znaczne ograniczenie zjawiska kondensacji pary wodnej w tym obszarze. Wyższa temperatura na krawędzi szyby wewnętrznej w pakiecie szyby zespolonej, pozwala nawet na kilkuprocentowy wzrost względnej wilgotności powietrza w pomieszczeniu. Przy tej podwyższonej wilgotności w określonych warunkach, przy zastosowaniu tradycyjnej ramki aluminiowej woda z pewnością wykraplałaby się na powierzchni szyby.

Poniżej przedstawiamy tabelę obrazującą zakres opisanego zjawiska dla okien PVC, opartą o wyniki badań firmy PressGlas w warunkach gdy temperatura zewnętrzna wynosi 0 ºC, a temperatura wewnętrzna w pomieszczeniu wynosi 20 ºC.

Temperatura zewnętrzna w ºC Temperatura wewnętrzna w pomieszczeniu w ºC Rodzaj okna Materiał ramki dystansowej Temperatura na krawędzi szyby wewnętrznej w pakiecie szyby zespolonej w ºC Wilgotność punktu rosy na krawędzi szyby wewnętrznej w %
0 20 PVC Aluminium 11,1 56,2
0 20 PVC Stal szlachetna 12,5 62,3
0 20 PVC Tworzywo sztuczne 13,2 64,3

Podsumowując, zastosowanie „ciepłej ramki” do budowy szyby zespolonej może wywierać znaczący wpływ na dwa istotne parametry każdego okna. Na przenikalność cieplną odpowiedzialną za ograniczanie strat energii przez to okno oraz na temperaturę punktu rosy na styku szyby z kształtownikami okna co z kolei ma znaczenie dla komfortu użytkowania, tak okna jak i pomieszczeń, w których ono się znajduje.

OKNOTEST.PL

Więcej produktów Przejdź do kategorii „Artykuły i wiadomości branżowe” Przejdź do kategorii „Okna energooszczędne”