Okna energooszczędne

Ważnym elementem każdego domu energooszczędnego jest prawidłowy dobór i montaż okien. Mogą one być bowiem przyczyną dużych strat energii cieplnej. Dzięki nowoczesnym technologiom możliwe stało się znaczne obniżenie współczynnika U, a wszystko wskazuje na to, że w przyszłości dostępne będą jeszcze lepsze rozwiązania.

Okna tarasowe ©INOUTIC / DECEUNINCK

Każde okno składa się z kilku zasadniczych elementów: profilu ramy i skrzydła, okucia obwiedniowego oraz wkładu szybowego. Między nimi znajdują się uszczelki. Rodzaj konstrukcji i zastosowane materiały determinują wartość współczynnika Uw określającego izolacyjność termiczną. Drugą, równie ważną wielkością, jest współczynnik g, który określa procent całkowitej energii słonecznej przepuszczonej przez szybę. Zestawienie tych dwóch współczynników determinuje bilans energetyczny okna — jest on obliczany jako ciepło pozyskane przez okno i pomniejszony o straty ciepła. W praktyce jednak wygląda to inaczej — producenci często ograniczają się do podania współczynnika Ug dla samego wkładu szybowego, który zawsze jest niższy od tego dla całego okna. W standardowych oknach drewnianych współczynnik Uw wynosi 1,3–1,5 W/(m²•K), natomiast w przypadku okien plastikowych mieści się w przedziale 1,5–1,8 W/(m²•K). W oknach energooszczędnych, które spełniają wymogi budownictwa pasywnego, kształtuje się na poziomie poniżej 0,8 W/(m²•K). Jednocześnie współczynnik g dla takich okien wynosi 55 proc. W oknach standardowych jest to zwykle 35–40 proc. Wartości te są istotnie z punktu widzenia zarówno producentów, jak i coraz większej grupy klientów. Nic więc dziwnego, że kluczem do sukcesu są tu starania o uzyskanie jak najlepszych parametrów.

Profile z tworzywa i drewniane

Choć okna energooszczędne mają bardziej głębokie ramy okienne (88–120 mm) niż standardowe (ok. 68 mm), to materiały, z których się je wykonuje, są podobne — konstrukcja najczęściej z drewna, drewna z aluminium lub tworzywa sztucznego wzmacnianego stalą.

Aplikacja pianki montażowej

W profilach okien energooszczędnych z tworzywa znajduje się 5–7 komór. Większa ilość jest niepotrzebna, bo już sześć zamkniętych komór wewnątrz profilu ramy zapewnia jej wysoką izolacyjność cieplną. Dodatkowo, chcąc uzyskać jeszcze lepsze parametry termoizolacyjne, producenci stosują wzmocnienia termiczne. Jednym z nich jest stalowy profil połączony z wkładką termiczną wykonaną z żywicy, który minimalizuje powstanie mostków termicznych przy zachowaniu wymaganej statyki. Niektórzy producenci stosują zamiast stali produkt wykonany z kompozytów poliestrowo- szklanych wypełnionych pianką poliuretanową.

Energooszczędność osiąga się także dzięki zwiększeniu głębokości zabudowy (szerokości profilu), np. do 7 cm, co pozwala na osiągnięcie współczynnika Uw w granicach 0,8 W/(m²•K). Inny sposób to wypełnienie części komór materiałem termoizolacyjnym — termoplastyczną pianką styropianową o wysokiej gęstości.

W oknach drewnianych decydującą rolę odgrywają dwa elementy. Pierwszy z nich to rodzaj zastosowanego drewna. Im mniejsza jest jego gęstość, tym wyższa izolacyjność termiczna. Drugi element to szerokość profilu — im szerszy, tym okno jest cieplejsze. Szerokość ta wynika z konieczności zastosowania szyb zespolonych dwu- lub trzykomorowych. Dobrze wykonane profile stanowią zespoloną konstrukcję z drewna klejonego trójwarstwowo, które jest łączone w taki sposób, aby naprężenia wewnętrzne powstające w drewnie, znosiły się wzajemnie, a drewno pozostawało niezmienione mimo działania szkodliwych warunków atmosferycznych. Dodatkowym zabezpieczeniem termoizolacyjnym są dwie uszczelki, które po zetknięciu ze sobą tworzą komorę powietrzną.

Szyby dobrze zespolone

Zastosowanie szyb co najmniej dwukomorowych to konieczność, bo bez nich nie można mówić o energooszczędności. Dwie komory tworzone są przez trzy tafle oddzielone ramką dystansową. Przestrzeń między nimi wypełniona jest gazem szlachetnym — argonem, kryptonem lub ksenonem. Szerokość tych komór może być różna, ale nie większa niż 16 mm, ponieważ powyżej tej granicy komora przestaje spełniać swoje termoizolacyjne zadanie. Co istotne, argon nie izoluje tak dobrze jak krypton czy ksenon, ale jest znacznie tańszy i z tego powodu jest wykorzystywany zdecydowanie częściej.

Przyklejanie taśmy wewnątrz

Z kolei do elementów, które są przyczyną różnic między właściwościami szyb dwukomorowych, należy zaliczyć rodzaj szkła, gaz wypełniający i ramkę dystansową. Dokładna charakterystyka materiałowa zespolenia zawiera opis grubości poszczególnych elementów i oznaczenie lokalizacji powłok. Zasada jest taka, że w zestawie szybowym jednokomorowym stosuje się jedną szybę niskoemisyjną, zaś w zestawach dwukomorowych powłokę niskoemisyjną mają dwie z trzech tafli szkła. Dobór szyb, powłok i ich rozmieszczenie ma więc duże znaczenie. Szyba środkowa jest najczęściej wykonana ze zwykłego szkła float, natomiast wewnętrzna jest pokrywana powłoką niskoemisyjną, która wpuszcza do wnętrza promieniowanie słoneczne i odbija to wydostające się z wnętrza domu. Jednocześnie odpowiedzialna jest za zatrzymywanie ciepła we wnętrzu pomieszczenia. Dzięki temu współczynnik Uw może osiągać wartość niższą od 0,6 W/(m²•K). Z kolei powłoki niskoemisyjne powstają przez napylenie warstwy tlenków metali szlachetnych w procesie produkcyjnym, choć w praktyce dzieje się to poza linią produkcyjną, w tzw. off-line.

Obecnie seryjnie produkowane są szyby dwukomorowe, dla których współczynnik Uw przyjmuje wartości 0,3–0,8 W/(m²•K), a najczęściej do ich konstrukcji stosowane są tafle o grubości 4 mm — to tłumaczy wagę dwukomorowego zespolenia, która na jeden metr kwadratowy wynosi ok. 30 kg. Wciąż jeszcze poza technicznymi możliwościami producentów pozostają rozwiązania alternatywne, takie jak lekkie szyby próżniowe. W zespoleniu dwukomorowym to właśnie powłoka w największym stopniu przyczynia się do zmniejszenia strat ciepła. Znaczenie pozostałych elementów, takich jak konstrukcja szyby czy obecność gazów szlachetnych w przestrzeni międzyszybowej, jest już znacznie mniejsze. Należy pamiętać, że powłoka niskoemisyjna funkcjonuje tak, by maksymalnie wykorzystać ciepło słoneczne.

Światło, ramki i uszczelnienie

W przypadku zespoleń wielowarstwowych ważną kwestią staje się transmisja światła widzialnego, ze względu na to, że każda kolejna tafla szkła, powłoka czy warstwa gazu obniża tę wielkość. Standardowym rozwiązaniem jest współczynnik transmisji światła widzialnego nie niższy niż 70 proc. Na rynku funkcjonują też trzykomorowe okna składające się z zespolenia czteroszybowego, ale przez wysoki koszt — prawie ośmiokrotnie wyższy od standardowego — są rzadkością.

Przekrój okna ©OKNOPLUS

Ważnym elementem energooszczędności okna są także ramki dystansowe. Producenci oferują szeroki wybór tego typu elementów. Mają od 12 do 16 mm i mogą być wykonane ze stali nierdzewnej, ocynkowane, z aluminium lub być kompozytem wielu materiałów. Wysoką szczelność komór wypełnionych osuszonym powietrzem lub gazem szlachetnym uzyskuje się dzięki dwustopniowemu systemowi uszczelniania: najpierw za pomocą butylu, następnie — tiokolu. Dzięki temu gaz nie uchodzi z komory, a do jej wnętrza nie przenika powietrze ani para wodna.

Istotnym elementem okna są uszczelki. Mimo że ich wpływ na wartość współczynnika przenikania ciepła dla okna może się wydawać niewielki, to przy niewłaściwym doborze i montażu mogą sprzyjać powstawaniu mostków termicznych. Dodatkowo, uszczelniają połączenie między skrzydłem a ramą, ograniczając dostęp zimnego powietrza, np. przy silnych podmuchach wiatru. Okna plastikowe są standardowo wyposażone w dwie obwodowe uszczelki zewnętrzne umieszczone na ramie. Czasem, wewnątrz profilu ościeżnicy, montowana jest też trzecia. Natomiast w oknach drewnianych często występuje tylko jedna uszczelka, we wrębie skrzydła, a specjalne wyżłobienie na jego profilu umożliwia zamontowanie dodatkowej.

Rola ciepłego montażu

Okna o dobrych właściwościach izolacyjnych i znakomitym bilansie energetycznym to jednak nie wszystko, ważne jest również otoczenie okna i sposób jego montażu. Przez źle wykonane otoczenie może uciekać prawie tyle samo ciepła, ile bezpośrednio przez jego powierzchnię. Dlatego należy zamontować je w taki sposób, aby połączenia muru z oknem były szczelne, co umożliwi wyeliminowanie mostków liniowych i zapewni stabilność całej konstrukcji. Mostek termiczny można usunąć przez wysunięcie okna z grubości ściany w warstwę ocieplenia budynku. Dodatkowo należy stosować tzw. szczelny (ciepły) montaż. Niestety metoda ta jest w Polsce rzadkością. Dla porównania, np. w Niemczech przeprowadzanie montażu bez taśm uszczelniających, na samą piankę montażową, jest uznawane za rażący błąd. Energooszczędny montaż może mieć trzy warianty: standardowy montaż warstwowy, na taśmy rozprężne oraz na konsolach w warstwie docieplenia.

Priorytetem w europejskim budownictwie jest szczelność, o której decyduje m.in. nieprzepuszczalność styku ramy okiennej z murem. Dlatego za materiały przyszłości uznaje się nowe taśmy wielofunkcyjne, a także taśmy trzywarstwowe, które ograniczają przepływ powietrza, chronią przed wilgocią, a przy tym stanowią izolację cieplną i akustyczną. Możemy być także pewni, że producenci w najbliższych latach skoncentrują się na obniżaniu współczynnika U, wykorzystując nowe technologie w montażu szyb i powłok niskoemisyjnych czy wypełnianiu komór profili materiałem izolacyjnym.

Marceli Kwaśniewski

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 04/2012
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

ZDANIEM EKSPERTA

Jakie czynniki w największym stopniu wpływają na efektywność energetyczną okna?

Przy wyborze okien należy wziąć pod uwagę przede wszystkim parametry techniczne, które zapewnią komfort eksploatacji oraz ciepło na długie lata. Istotny jest współczynnik Uw, który informuje o przenikaniu ciepła, tj. o wielkości jego strat, przez całe okno. Im jest mniejszy, tym lepiej, gdyż niższe są straty ciepła. Wbrew pozorom sama szyba jest najcieplejszym elementem okna. Pamiętajmy, że o współczynniku Uw całego okna decydują: przenikalność termiczna pakietu szybowego oraz profilu — czyli złożenia ramy ze skrzydłem. Wielkość Uw determinuje ponadto sposób osadzenia szyby w ramie, czyli wartość liniowego współczynnika przenikania na styku szyby z ramą okna (ψ), a także udział procentowy szyb w całej konstrukcji okna.

Współczynnik przenikania Uw jest dla każdego okna inny i zależy od użytych w procesie produkcji materiałów oraz technologii produkcji. Zgodnie z normą PN-EN 14351-1+A1, producenci okien mają obowiązek deklarowania współczynnika termoizolacyjności dla każdego okna wprowadzanego do obrotu. Informacja ta powinna znajdować się na etykiecie bądź w dokumentach towarzyszących (w umowie lub specyfikacji technicznej).

Drugim istotnym czynnikiem wpływającym na efektywność energetyczną okna jest jego montaż. Połączenie okna z murem to bardzo newralgiczne miejsce. Z jednej strony okno winno być trwałe i stabilnie zamocowanie, a z drugiej tak zaizolowane, aby likwidować mostek termiczny na styku okno-mur. Tradycyjny montaż polega na wypełnieniu tego połączenia pianką poliuretanową. Niestety po zawilgoceniu pianka znacznie traci swoje parametry izolacyjne, a wtedy pojawia się tzw. mostek termiczny.

Izabela Tryba
ekspert firmy OknoPlus