Co trzeba wiedzieć o oknach energooszczędnych?

Współczynnik przenikania ciepła dla powierzchni przeszkolonej okna Ug

Jeżeli decydujemy się na budowę domu z dużymi oknami, a jednocześnie chcemy, by straty ciepła były w nim jak najmniejsze, powinniśmy zdecydować się na okna o niższym od standardowego współczynniku Uw, który dla domów energooszczędnych nie powinien być wyższy niż 0,9 W/(m2K).  O wartości współczynnika Uw dla całego okna w znacznej mierze decydują parametry jego oszklenia. Współczynnik przenikania ciepła dla powierzchni przeszklonej określany jest jako Ug. Na jego wartość mają wpływ: rodzaj zastosowanego pakietu szybowego, wypełnienie przestrzeni międzyszybowej oraz zastosowane ramki dystansowe.

Standardowo w oknach stosuje się pakiety dwuszybowe z przestrzenią międzyszybową wypełnioną argonem. Jednak najlepszym sposobem na poprawę izolacyjności cieplnej jest stosowanie ciepłych pakietów szybowych, składających się z trzech tafli szkła pokrytego powłokami niskoemisyjnymi, z przestrzenią wypełnioną gazem szlachetnym. Komory są najczęściej wypełniane argonem, choć można uzyskać niższe wartości Ug poprzez zastosowanie w przestrzeniach międzyszybowych kryptonu lub xenonu, ale to o wiele droższe rozwiązania. Dla porównania: najniższą wartością współczynnika Ug charakteryzują się pakiety czteroszybowe z przestrzenią międzyszybową wypełnioną kryptonem- Ug=0,3, a okna z pakietem trzyszybowym osiągają wartość współczynnika Ug 0,7 W/(m2K), a okna z pakietem dwuszybowym- 1,1 W/(m2K).

Dodatkową kwestią jest zastosowanie pomiędzy szybami odpowiednich ramek dystansowych. W oknach energooszczędnych nie stosuje się tych wykonanych z aluminium, tyko takie z tworzyw sztucznych, które charakteryzują się wyższym stopniem izolacyjności cieplnej. Dzięki takiemu rozwiązaniu ogranicza się ryzyko powstania mostka termicznego. Obecnie standardem jest stosowanie w oknach pakietów szybowych o izolacyjności cieplnej poniżej 1,1 W/(m2K), natomiast za energooszczędne uznaje się takie, których Ug wynosi 0,5-0,6 W/(m2K).

Współczynnik przenikania ciepła dla profilu okiennego Uf

Kolejnym parametrem mającym o znacznym wpływie na ogólną izolacyjność cieplną okna jest stopień, w jakim rama okienna chroni przed ucieczką ciepła. To zależy od szerokości profilu (lepszą izolacyjnością charakteryzują się te powyżej 80 mm) oraz rodzaju zastosowanego w nim wzmocnienia (stalowe są zimniejsze, a te z tworzyw sztucznych - cieplejsze).

Co ważne, aby zwiększyć właściwości izolacyjne profilu, nie wystarczy zwiększyć liczby komór, którą dość powszechnie uważa się za wyznacznik termoizolacji profilu, ale należy go dodatkowo poszerzyć. W przeciwnym razie można tylko pogorszyć parametry osiągane przez profil. System pięciokomorowy o szerokości  70 mm ma znacznie lepsze właściwości cieplne niż sześciokomorowy o szerokości 65 mm. Należy mieć także na uwadze, że profile o przekroju 70 mm nie zawsze pozwalają na zastosowanie cieplejszego pakietu trzyszybowego, ponieważ jest on grubszy i wymaga zastosowania głębszych profili, o przekroju 80 lub 90 mm.

Na izolacyjność cieplną ramy ma wpływ nie tylko wspomniana grubość profilu, lecz także materiał, z którego zostało wykonane wzmocnienie usztywniające ramę. Zwykle tego typu wzmocnienia wykonuje się ze stali, jednak to materiał cechujący się stosunkowo niskim stopniem izolacji termicznej. Dla okien energooszczędnych najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie kształtowników wykonanych z tworzyw sztucznych lub włókien szklanych. Dodatkową poprawę parametrów termoizolacyjnych profilu można uzyskać poprzez wypełnienie jego komór materiałem termoizolacyjnym (np. aerożelem, pianką poliuretanową czy styropianem). Wdrożenie tych dwóch rozwiązań pozwala na uzyskanie współczynnika Uf profilu PVC na poziomie od 0,9 do 1,4 W(m2K).

Przepuszczalność energii promieniowania słonecznego (g - solar factor)

Parametrem odgrywającym równie istotną rolę w oknach energooszczędnych jest współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g, który określa, ile energii słonecznej przenika do wnętrza domu przez szyby. Im jego wartość jest wyższa, tym więcej energii przeniknie przez okno do pomieszczeń w naszym domu, nagrzewając je. Jednak wraz z podwyższeniem wartości współczynnika g dla danego okna obniża się jego termoizolacyjność (Uw).

Bilans energetyczny

Aby najkorzystniej wybrać okno pod kątem oszczędności wynikających z dobrej izolacji termicznej i korzyści wynikających z energii słonecznej należy wziąć pod uwagę tzw. bilans energetyczny, czyli zastanowić się jakie rozwiązanie maksymalnie zminimalizuje koszty wynikające z grzania i chłodzenia budynku. Gdyby brać pod uwagę jedynie koszty grzania to okazałoby się, że lepiej kierować się możliwością otrzymania zysków cieplnych z promieniowania słonecznego i tym samym wybrać okno z wyższą wartością współczynnika g, a mniejszą wagę przywiązywać do kwestii przenikania przez nie ciepła (Uw). Należy jednak brać pod uwagę nie tylko koszty wynikające z grzania w okresie zimowym, ale również koszty chłodzenia w okresie letnim.

Za takim podejściem przemawiają dodatkowo argumenty:

• w okresie zimowym zyski energii są ograniczone ze względu na znacznie rzadsze dni słoneczne niż w okresie letnim;
• koszty ogrzania budynku są relatywnie niższe niż koszty chłodzenia;
• zysk ciepła jest zjawiskiem pożądanym wyłącznie w sezonie grzewczym. W lecie, niekontrolowane promieniowanie słoneczne może doprowadzić do przegrzewania się pomieszczenia.

Należy więc pamiętać, że choć zysk energetyczny wydaje się być korzystną perspektywą, trzeba wziąć pod uwagę, że w naszej strefie klimatycznej, w związku z niewielką liczbą dni słonecznych oraz krótkim czasem operowania słońca w sezonie grzewczym, niestety jest on jest bardzo niepewny. Z tego względu lepszym rozwiązaniem będzie wybieranie okien charakteryzujących się lepszymi parametrami izolacyjnymi.

Konstrukcja okna a jego energooszczędność

Na ostateczny wynik współczynnika izolacyjności cieplnej okna ma wpływ nie tylko rodzaj zastosowanych rozwiązań, lecz także proporcje, w jakich zostały one użyte. Najcieplejszym elementem okna jest szyba, dlatego jeśli zależy nam na uzyskaniu jak najlepszej termoizolacji, należy zwiększyć jej procentowy udział w powierzchni okna. Tendencję taką dobrze widać w budownictwie energooszczędnym, w którym stosuje się duże przeszklone powierzchnie złożone z okien stałych, nieotwieranych.

Profile charakteryzują się gorszą niż szyba izolacyjnością cieplną, więc najkorzystniej wypadają takie okna, w których rama okienna stanowi jak najmniejszą procentowo część. Tym samym cieplejsze będą okna, w których zrezygnujemy z dodatkowych podziałów czy szprosów. Dodatkowo okucia w oknach cechujących się wysokim stopniem energooszczędności schowane są w wewnętrznej części ramy aby, mimo że są wykonane z metalu, zapobiec ryzyku powstawania mostka termicznego.

Ciepły montaż

Należy pamiętać, że nawet okno o najlepszych parametrach cieplnych nie zapewni dobrej izolacji w budynku, jeśli nie zostanie prawidłowo zamontowane. W celu zwiększenia szczelności okna stosuje się tzw. ciepły montaż trójwarstwowy, w którym - poza standardowo stosowaną pianką poliuretanową - do uszczelnienia używa się dodatkowo od strony zewnętrznej folii wodoodpornych i paroprzepuszczalnych oraz (od strony wewnętrznej) folii paroizolacyjnych. Zastosowanie takiej metody montażowej zwiększa poziom szczelności połączenia okna z ościeżem o ponad 75%.

Istnieje także możliwość wykonania montażu okna w warstwie ocieplenia budynku. Technikę tę stosuje się w budynkach pasywnych i jest ona możliwa do wykonania, kiedy warstwa wełny lub styropianu osiąga ok. 20 cm. Pozwala na zmniejszenie głębokości wnęki okiennej i ograniczenie ryzyka powstania mostka termicznego na styku okna ze ścianą.

Ciepła ramka

Przez wiele lat podstawowym materiałem wykorzystywanym do produkcji ramek dystansowych było aluminium. Jednak to właśnie miejsce styku szyby zespolonej z profilem skrzydła okazuje się być najsłabszym elementem konstrukcji okna w zakresie jego izolacji cieplnej. Powodem powstawania tzw. mostka cieplnego w tym obszarze jest wysoka przewodność cieplna aluminium. Na szczęście istnieje możliwość użycia ramek dystansowych wykonanych z innych materiałów, co pozwala na ograniczenie strat ciepła.

Ramka dystansowa jest jednym z bardzo istotnych elementów, niezbędnych do prawidłowego obliczenia współczynnika przenikania ciepła Uw całego okna. W zależności od rodzaju tej ramki, jaki został użyty do wykonania szyby zespolonej okna energooszczędnego i wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ, współczynnik przenikania ciepła  Uw obniża się od 7,7% do 11% w stosunku do tego samego okna wyposażonego w taką samą szybę zespoloną, tylko ze standardową ramką aluminiową. Zastosowanie "ciepłej ramki" pozwala także 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.

oprac. Agnieszka Zygmunt
tekst i zdjęcia: Aluplast