Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 09 okladka

 

       9/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

 ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Ramki dystansowe w szybach zespolonych - zagadnienia cieplne
Data dodania: 18.08.11
Ramki dystansowe w szybach zespolonych - Zagadnienia cieplne

Jakość cieplna szyb zespolonych stosowanych w oknach, drzwiach lub metalowo-szklanych ścianach osłonowych zalezy od: 

- ich budowy: liczby i grubości szyb oraz odległości między nimi w zestawie, 
- emisyjności powłok stosowanych na powierzchni szyb (w zakresie promieniowania podczerwonego), 
- rodzaju gazu lub mieszaniny gazów wypełniających przestrzenie międzyszybowe, 
- rodzaju ramki dystansowej i materiałów zastosowanych w obwodowym zespoleniu szyb, 
- rodzaju i liczby ewentualnych szprosów.

 

     Przyjmuje się, że pole temperatury w czesci powierzchni szyby zespolonej, znajdującej sie poza zasięgiem mostków cieplnych, ma charakter jednowymiarowy, a jej izolacyjność cieplna charakteryzuje współczynnik przenikania ciepla U g (odnoszący sie do ustalonych, nie zmieniających sie w czasie warunków, bez oddziaływania promieniowania słonecznego ).

 

Wartość tego współczynnika moze być określona w odniesieniu do szyby zespolonej jako wyrobu budowlanego, np. do deklarowania wartości  na etykiecie znakowania symbolem CE, bez wzgledu na późniejsze jej zastosowanie w innych wyrobach np. oknach, drzwiach, czy też ścianach osłonowych.



     Deklarowana wartość współczynnika U g jest określana w odniesieniu do przewidywanych, najczęściej występujących cieplnych warunków użytkowania. W rzeczywistych warunkach izolacyjność cieplna szyby zespolonej zmienia się wraz ze zmianami parametrów cieplnych środowiska zewnętrznego i wewnętrznego, ponieważ wraz ze zmianami różnicy i średniej wartości temperatury wyrobu istotnie zmieniają się warunki wymiany ciepła przez promieniowanie i konwekcję w przestrzeniach międzyszybowych.



     Trwałość izolacyjności cieplnej współczesnych termoizolacyjnych szyb zespolonych zalezy od szczelności obwodowego zespolenia szyb, która decyduje np. o ubytku gazu wypełniającego przestrzeń międzyszybową. Ramka i inne zastosowane materiały muszą dobrze "pracować" w warunkach nieustannych przemieszczeń szyb, spowodowanych zmianami temperatury i ciśnienia oraz być odporne na dzialanie promieniowania słonecznego.



     Rodzaj ramki dystansowej ma ponadto wpływ na wielkość i zasięg obwodowego mostka cieplnego w połączeniu z oszkleniem ramy. W aktualnych wydaniach specyfikacji technicznych dotyczących izolacyjności cieplnej przeszklonych wyrobów budowlanych, przyjęto podział na:
- ramki dystansowe z aluminium lub stali zwykłej,
- ramki dystansowe o polepszonych właściwościach cieplnych, ze stali nierdzewnej lub z tworzyw sztucznych z ewentualnymi wkładkami lub foliami metalowymi.

 

     Jakość cieplna polaczenia oszklenia z ramą okna, drzwi lub z elementem konstrukcji ściany osłonowej (słupem, ryglem) charakteryzują:
- z uwagi na straty ciepła - liniowy współczynnik przenikania ciepła, odpowiednio: Ψf,g , Ψm,g , Ψt,g  
- z uwagi na ochronę przed wystąpieniem kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni wyrobu - współczynnik temperaturowy fRsi 

 

Ich wartości zależą od:
- rodzaju ramki dystansowej i materiałów zastosowanych w obwodowym zespoleniu szyb,
- budowy szyby zespolonej i jej izolacyjności cieplnej,
- rodzaju ramy i osadzenia w niej szyby zespolonej.

 

     Tak wiec wartości Ψ i f Rsi moga więc być określone w odniesieniu do zastosowania danego rodzaju szyby zespolonej w danym rodzaju ramy okna, drzwi lub elementu konstrukcji ściany osłonowej.



     Przyjęto, że wartości Ψ określa się:
- na podstawie wyników obliczeń komputerowych pola temperatury w odniesieniu do sekcji Ramy okien, drzwi lub eementów ścian osłonowych z oszkleniem,
- lub - jeżeli wyniki takich obliczeń nie są dostępne - na podstawie normowych wartości tabelarycznych.

 

     Normowe wartości tabelaryczne zostały podane w odniesieniu do populacji generalnych określonych rodzajów pamięci ram (z drewna, z kształtowników PCV lub metalowych) i szyb zespolonych (dwu-, trójszybowych, z powłokami niskoemisyjnymi lub bez nich, z wypełnieniem powietrzem lub gazem szlachetnym). Przez to mogą - w przypadku konkretnego wyrobu (okna, drzwi, ściany osłonowej) - stanowić znaczne przeszacowanie wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła.

 

Mozna stosować następującą zasadę - jeżeli w odniesieniu do konkretnego wyrobu została określona, ​​na podstawie wyników obliczeń komputerowych pola temperatury, wartość współczynnika przenikania ciepła U f ramy, to w takım przypadku wartość Ψ powinna być rowniez określona na podstawie wyników obliczeń pola temperatury.



     Na podstawie wyników komputerowej symulacji przepływu ciepła przez połączenie ramy z oszkleniem określa się także wartość f Rsi , kKóra jest niezbędna do oceny podatności na kondensację pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegrody budowlanej.

 

Normowe wartości tabelaryczne Ψ ramek dystansowych w połączeniach rama-oszklenie
     Jak wspomniano, normowe wartości tabelaryczne stanowią górne oszacowanie wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do najczęściej stosowanych rodzajów ram i szyb zespolonych, w okresie poprzedzającym wydanie normy.

 

W odniesieniu do danego rodzaju ramy najbardziej niekorzystne wartości Ψ uzyskuje się w przypadku najniższej wartości współczynnika przenikania ciepła U g szyby zespolonej o określonej budowie.



W wydaniu normy EN ISO 10077-1 z roku 2000,  podano wartości w odniesieniu do szyby jednokomorowej o Ug = 1,3 W/m2K i o Ug = 0,7 W/m2K w przypadku szyby dwukomorowej. Uwzględniono tylko ramki dystansowe z aluminium lub stali zwykłej. W ostatnich latach dokonał się znaczący postęp w dziedzinie izolacyjności cieplnej szyb zespolonych i ram.

 

Coraz częściej stosowane są ramki o polepszonych właściwościach cieplnych. W związku z tym w wydaniu ww. normy z 2006 roku, wprowadzono odpowiednio wyższe wartości tabelaryczne oraz uwzględniono "ciepłe" ramki.



Wartości tabelaryczne w odniesieniu do oszkleń w ścianach osłonowych zamieszczono w normie EN 13947: 2006. Zestawienie wartości podano w:
- tabeli 1 - ramki dystansowe z aluminium lub stali zwykłej,
- tabeli 2 - ramki dystansowe o polepszonych właściwościach cieplnych (ze stali nierdzewnej lub z polimerów konstrukcyjnych), spełniające następujące kryterium:



w ktorým:
d - Łączna grubość ścianek ramki dystansowej i ewentualnej folii metalowej zwiększającej opor dyfuzyjny lub grubość rozpórki wykonanej z jednorodnego materiału,
λ - współczynnik przewodzenia ciepła materiałów, z ktorých wykonane są ww. elementy.

 

 
 

Wartości Ψ z obliczeń komputerowych lub pomiarów
     Podane w powyższych tablicach normowe wartości tabelaryczne określono na podstawie wyników obliczeń pola temperatury wg normy EN ISO 10211-1: 1998.

 

Wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła polaczenia ramy okna, drzwi lub słupa czy rygla z oszkleniem, obliczana jest wg wzoru:

W ktorým:


L 2D - współczynnik sprzężenia cieplnego uzyskany z komputerowych obliczeń dwuwymiarowego pola temperatury, W/m · K

  

- Suma iloczynów współczynników przenikania ciepła szyby zespolonej oraz określonych na podstawie wyników obliczeń komputerowych pola temperatury, współczynników przenikania ciepła sekcji ramy okna (drzwi) lub słupa czy rygla ściany osłonowej oraz szerokości, do ktorych mają zastosowanie wartości tych współczynników.



W obliczeniach współczynników przenikania ciepła sekcji ramy okna (drzwi) lub słupa czy rygla ściany osłonowej, szyba zespolona jest zastąpiona tzw. panelem izolacyjnym o:
- współczynniku przewodzenia ciepła λ = 0,035 W / mK,
- grubości równej grubości szyby zespolonej,
- głębokości osadzenia w ramie nie większej niz 15 mm.

 

     Średniej wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła w odniesieniu do okna, drzwi, powtarzalnej części ściany osłonowej może być określona na podstawie pomiarów wykonanych w aparacie "hot box".

W pomiarze okna z szybą zespoloną określane są wartości współczynników przenikania ciepła Uw okna i Ug oszklenia. W pomiarze okna z panelem izolacyjnym jest określana średnia wartość współczynnika przenikania ciepła U f,śr ramy.

 

Średnia wartość liniowego współczynnika ciepła może być obliczona z bilansu cieplnego, wg wzoru:

 

 

w ktorým: AW , A f , A g - kolejno powierzchnie, do ktorych mają zastosowanie wartości współczynników Uw , Uf ,śr, U g

lψ,śr  - długość do ktorej ma zastosowanie wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła.



 

     Wartości Ψśr uzyskane z pomiarów dobrze korespondują z wynikami obliczeń komputerowych, przy czym warunkiem dokładnego określenia wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła jest dostatecznie precyzyjne określenie wartości współczynnika przenikania ciepła ramy.

 

W obliczeniach zalecane jest przyjmowanie wartości współczynników przewodzenia ciepla zastosowanych materiałów określonych na podstawie wyników pomiarów na próbkach materiału  (wartości normowe są na ogół przeszacowane).

 

Dotyczy do np. drewna, zwłaszcza gatunków egzotycznych oraz polimerów konstrukcyjnych np. PVC, którego wartość λ, określona na podstawie pomiarów, jest niższa o okolo 20% - 30 od wartości normowej.



     Wartości określone na podstawie Ψ wyników obliczeń komputerowych w odniesieniu zrobić konkretnych Rozwiązań barana i oszkleń są z reguły znacznie niższe od normowych wartości tabelarycznych np .:
- o okolo 25% w przypadku zastosowania typowej termoizolacyjnejsSzyby zespolonej w oknie z ramą z kształtowników PVC
- o okolo 40% w przypadku zastosowania typowej termoizolacyjnej Szyby zespolonej wag ścianie osłonowej słupowo-ryglowej.



     W niektórych systemach ram z kształtowników z PVC stosuje się większe zagłębienia szyby zespolonej, przy ktorých uzyskuje się bardzo małe wartości Ψ, nawet w przypadku szyby zespolonej z typowa ramką aluminiową. Orientacyjne wartości, wyrażonego w procentach, przeszacowania względem tabelarycznej Wartości przedstawiono na wykresie normowej - rys. 1.

 

  

 

     Indywidualne wartości Ψ w przypadku ram  różnych systemów mogą znacznie różnić się mędzy sobą. Mozna jednak przyjąć, że w porównaniu z ramką dystansową aluminiowa uzyskuje się wartości Ψ mniejsze o:
- okolo 20%, w przypadku ramki ze stali nierdzewnej,
- okolo 30%, w przypadku ramki z  tworzyw sztucznych, z wkładką lub folią metalową.

 

 

Wpływ rodzaju ramki na podatność na kondensację powierzchniową pary wodnej
     Aktualnie obowiązujące polskie przepisy budowlane dopuszczają , w nieklimatyzowanych pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, w tzw. warunkach obliczeniowych, możliwość występowania kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegród przezroczystych.

 

Niestety w miejscach gromadzenia sie kondensatu, np. przy dolnym styku ramy z szybą zespoloną, powstają zwykłe zabrudzenia, stwierdza się też czasami rozwój grzybów pleśniowych.



     W celu przeprowadzenia oceny podatności na kondensację pary wodnej na wewnętrznej powierzchni przegrody budowlanej konieczne jest określenie najniższej wartości temperatury wewnętrznej powierzchni θSi, w ° C, przy określonych wartościach temperatury środowiska zewnętrznego θe , i wewnętrznego θi lub w sposób niezależny od ​​tych wartości, przy użyciu najniższej wartości bezwymiarowej temperatury fRsi . (nazywanej w normach PN-EN czynnikiem lub współczynnikiem temperaturowym) obliczanej wg wzoru:



     Najniższą wartość współczynnika porównuje się z jego wartością dopuszczalną określoną w zależności od projektowej temperatury środowiska zewnętrznego, wewnętrznego i założonej emisji wilgoci w pomieszczeniu: 



     Wartości dopuszczalne współczynnika fRsi przegród budowlanych o małej bezwładności cieplnej określa sie zgodnie z EN ISO 13788. Wartości w odniesieniu do naturalnie wentylowanych pomieszczeń o projektowej temperaturze powietrza równej 20ºC, przedstawiono na rys. 2, a w odniesieniu do pomieszczenia o, zadanej wartości wilgotności względnej 60% i temperaturze 28ºC na rys. 3:

 

Zgodnie z europejskimi normami ustanowionymi niedawno na okna, drzwi, ściany osłonowe ocena podatności na kondensację pary wodnej nie jest  wymagana, przy ocenie zgodności wyrobów do znakowania symbolem "CE".



W Stanach Zjednoczonych, w procedurze oceny okien zgodnie z norma NFRC 500-2004, ustanowioną przez organizacje National Fenestration Rating Council, podatność na kondensację (Condensation Resistance) odporność jest określana w skali od 0 do 100, z uwzględnieniem udziału powierzchni okna, na ktorej przewiduje się występowanie kondensacji, w następujących warunkach użytkowych: temperatura = 21 ° C, wilgotność względna = 30%, 50%, 70%, co mniej więcej odpowiada kolejno: od 1 do 2, od 3 do 4, i 5-tej europejskiej klasie wilgotności powietrza w pomieszczeniach. Ocena podatności  podawana jest na etykiecie NFRC umieszczanej na oknach.

 

  

 

  

 

     Najsłabszym miejscem pod względem ryzyka kondensacji pary wodnej jest na ogół styk ramy z szyba zespoloną, zwłaszcza w przypadku zastosowania aluminiowej ramki dystansowej. W pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności lepszym rozwiązaniem jest zastosowamie "ciepłej" ramki, wykonanej ze słabiej przewodzącej ciepło stali nierdzewnej lub z polimerów konstrukcyjnych. Pozwalają uzyskać w obszarze styku oszklenia z ramą większe wartości fRsi min.

 



     Zestawienie orientacyjnych wartości, określonych na podstawie wyników symulacji komputerowej przepływu ciepła zamieszczono w tabeli 3. Wartości odnoszą się do zagłębienia typowego oszklenia termoizolacyjnego w ramie równego 15 mm. Korzystniejsze wartości mozna uzyskać przy większym zagłębieniu szyby zespolonej.



     Z porównania podanych powyżej wartości fRsi,min i wartości fRsi,dop wynika, że w przypadku najwyższej, 5-tej klasy wilgotności powietrza w  pomieszczeniach, rozpatrzone rozwiązania techniczne nie nie zabezpieczają w pełni przed powierzchniową kondensacją pary wodnej, w czasie występowania mrozów. W celu ochrony przed kondensacją wag takich warunkach, mozna stosować nawiew ciepłego powietrza na powierzchnie przezroczyste obudowy.

 

Kierunki Rozwoju
     We współcześnie wznoszonych budynkach energooszczędnych eliminuje się lub ogranicza mostki cieplne spowodowane metalowymi elementami konstrukcyjnymi, np. zamiast stalowych wzmocnień kształtowników PVC ram okiennych stosuje się wzmocnienia z tworzyw sztucznych, pozwalające na redukcję współczynnika przenikania ciepła Uf o okolo 25%.

 

Charakter konstrukcji czasami uniemożliwia zastąpienie elementu metalowego elementem z polimerów konstrukcyjnych. W takım przypadku zamiast zwykłej stali budowlanej stosuje się stal nierdzewną charakteryzującą się niższą przewodnością cieplną. Ze stali nierdzewnej wykonywane są obecnie łączniki mechaniczne oraz pręty zbrojeniowe specjalnych  wyrobów (o polepszonej izolacyjności cieplnej) do połączeń i mocowań elementów żelbetowych lub stalowych.



     Podobny charakter mają zmiany rozwiązań technicznych ramek dystansowych w szybach zespolonych. Coraz częściej stosuje się obecnie ramki wykonane ze stali nierdzewnej oraz ramki z tworzyw sztucznych. Poprawę izolacyjności polaczenia rama - szyba zespolona, ​​nawet w przypadku zastosowania najczęściej stosowanych tradycyjnych ramek aluminiowych uzyskuje się także w przypadku większego zagłębienia szyby zespolonej w ramie, dzieki większemu "osłonięciu" krawędzi szyby.

 

Takie rozwiązanie wymaga jednak odpowiednich kształtowników ramy i zastosowania szyby zespolonej o większej powierzchni i ciężarze. Zmniejszenie mostka cieplnego wywołanego ramką metalową bedzie większe w przypadku ram o większej izolacyjności cieplnej w miejscu  osadzenia szyby zespolonej, jak też w przypadku ram okien przeznaczonych do stosowania w budynkach pasywnych energetycznie.

 

dr inż. Robert Geryło
Zakład Fizyki Cieplnej
ITB

 

 

patrz też:
- Analiza zjawisk wyraszania się powierzchni szyb zespolonych, Romuald Sobieralski, Świat Szkła 4/2010

Czy Twoje okna też są takie? Część 3 , Jerzy Płoński, Świat Szkła 3/2010 

Powierzchniowa kondensacja pary wodnej , Robert Geryło, Świat Szkła 9/2008

Magiczne oszczędzanie , Andrzej Kramarczyk, Świat Szkła 2/2006

 

oraz:

Udoskonalona "ciepła ramka" TGI , Świat Szkła 7-8/2008

Charakterystyka energetyczna okien , Robert Geryło, Świat Szkła 3/2008

Izolacja termiczna i akustyczna made in Edgetech , Świat Szkła 11/2007

Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 10/2007 

Ramki dystansowe w szybach zespolonych - zagadnienia cieplne , Robert Geryło, Świat Szkła 7-8/2007  

Ciepła ramka ze stali nierdzewnej , Świat Szkła 7-8/2007 

Gazy szlachetne w technologii izolacji okien , Maria Bonikowska, Świat Szkła 7-8/2006  

Sposób na zmniejszenie wyraszania pary wodnej , Adam Satława, Świat Szkła 3/2006

Profil TGI – „ciepła ramka” w polskich oknach , Świat Szkła 10/2007

 

więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2007  

 

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik