Wpływ przebiegu izoterm na kondensację pary wodnej na powierzchni okien i szyb zespolonych

Izoterma – to linia łącząca dwa punkty mające tę samą temperaturę w tym samym czasie.

Pojęcie zaczerpnięte z meteorologii znajduje również praktyczne zastosowanie w dziedzinie techniki okiennej. Okno wbudowane w ścianę obiektu staje się fragmentem przegrody oddzielającej dwa układy termodynamiczne, pomiędzy którymi zachodzi nieustanna wymiana ciepła przebiegająca zawsze z układu o temperaturze wyższej do układu o temperaturze niższej. Można wyróżnić trzy sposoby wymiany ciepła: Przewodzenie, konwekcję, promieniowanie.

W sezonie grzewczym, zgodnie z wcześniej opisaną zasadą, ciepłe powietrze wewnętrzne migruje z pomieszczeń na zewnątrz, ogrzewając napotykane po drodze ściany, stropy, a także okna i drzwi balkonowe. Dzięki temu w przekroju poszczególnych przegród można wyznaczyć, w tym samym czasie, punkty o jednakowej temperaturze. Linia łącząca takie punkty, to klasyczna izoterma.

Przegrody budynku mają różne przekroje i niejednorodną budowę materiałową. W związku z tym wymieniają ciepło z otoczeniem z różną intensywnością, co jest powodem zakrzywiania przebiegu linii izoterm. Zakrzywienie linii, informuje o występowaniu mostka cieplnego. Prostoliniowy przebieg linii izoterm wskazuje na brak mostków cieplnych. 

Ilustracja prezentuje przebieg linii izoterm przez przekrój ocieplonej ściany konstrukcyjnej budynku oraz okna. Każdej z izoterm można przypisać ściśle określoną wartość temperatury. To dla sprzedawców i nabywców okien niezwykle ważna informacja, ponieważ pozwala określać i przewidywać warunki krytyczne, w których może wystąpić negatywne zjawisko kondensacji pary wodnej na powierzchniach przegród.

Na kolejnej ilustracji przedstawiającej przebieg izoterm oraz rozkład temperatur zaznaczyliśmy dwa miejsca szczególnie narażone na wykraplanie kondensatu pary wodnej. Skraplanie wody w punkcie A na styku szyb i kształtowników okiennych, często lecz niesłusznie traktowane bywa przez użytkowników, jako wada okna i powód do reklamacji.

Z kolei możliwość pojawiania się zawilgoceń w punkcie B, na styku okna z murem ościeża, często lecz niesłusznie lekceważone jest zarówno przez sprzedawców, jak i użytkowników, skutkiem czego jest rezygnacja z użycia środków montażu zapobiegających przedostawaniu się wilgoci wewnętrznej do warstwy termoizolacji wokół okna. 

Określenie temperatur na powierzchni szyb w punkcie A nie jest sprawą łatwą. Zadanie wymaga uwzględnienia wielu zmiennych oraz skomplikowanych obliczeń, stąd lepiej posłużyć się w tym celu odpowiednimi programami komputerowymi. Jednym z nich jest Aluplast Planning & Tender. Przy wykorzystaniu tego właśnie narzędzia sporządziliśmy przykładowe zestawienie przewidywanych, orientacyjnych i przybliżonych wartości temperatur na styku oszklenia o różnej konstrukcji z kształtownikami okiennymi Aluplast Ideal 8000 o współczynniku przenikania ciepła Uf = 1,1 W/(m²*K).

Kiedy znane są przybliżone wartości temperatur brzegowej części szyby zespolonej od strony pomieszczenia, w prosty sposób można ustalić, w jakich warunkach i czy w ogóle wystąpi zjawisko skraplania pary wodnej na styku oszklenia z kształtownikami okiennymi. W tym celu wystarczy odwołać się do powszechnie dostępnych tabel, w których podaje się wartości temperatur punktu rosy.

Temperatura punktu rosy określa wartość temperatury powietrza, do jakiej musi się ochłodzić, aby osiągnąć stan 100% nasycenia parą wodną. Im zimniejsze powietrze tym mniej pary wodnej może zawierać. Gdy temperatura powietrza osiąga wartość temperatury punktu rosy, dochodzi do kondensacji. Poniżej prezentujemy obszerną tabelę temperatur punktu rosy opracowaną przez firmę WEBAC Chemie GmbH.

Korzystając z informacji obu tabel łatwo ustalić, że jeżeli temperatura w pomieszczeniu wynosi 20 °C, a wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu to 50%, to dla takich warunków temperatura punktu rosy = 9,3 °C. Oznacza to, że w takich warunkach kondensacja pary wodnej na wewnętrznej powierzchni szyby może pojawić się w oknach:

• Z szybą 4/16/4 o przenikalności cieplnej Ug = 1,1 oraz ramką aluminiową, gdy temperatura zewnętrzna spadnie do poziomu -1/-2 °C.
• Z szybą 4/16/4 o przenikalności cieplnej Ug = 1,1 oraz ramką SWISSPACER V, gdy temperatura zewnętrzna spadnie do poziomu -9/-10 °C.
• Z szybą 4/18/4/18/4 o przenikalności cieplnej Ug = 0,5 oraz ramką aluminiową, gdy temperatura zewnętrzna spadnie do poziomu -5/-6 °C.
• Z szybą 4/18/4/18/4 o przenikalności cieplnej Ug = 0,5 oraz ramką SWISSPACER V, gdy temperatura zewnętrzna spadnie do poziomu -19/-20 °C.

Jak widać, konstrukcja szyby zespolonej wywiera wpływ nie tylko na ewentualne wielkości strat ciepła przez przewodzenie. Ma również decydujące znaczenie dla zakresu i warunków występowania tak charakterystycznego i powszechnego zjawiska fizycznego, jak kondensacja pary wodnej na powierzchni okien i drzwi balkonowych z PVC-U.

OKNOTEST.PL

Niniejszy artykuł jest fragmentem Vademecum Okien PVC 2017 wyd. ALUPLAST Sp. z o.o.