Efektywność energetyczna okien lub energooszczędność okien – te sformułowania odmienia się dzisiaj przez wszystkie przypadki i we wszystkich możliwych sytuacjach przy promowaniu i sprzedaży okien i drzwi. 

Obecnie niski współczynnik przenikania ciepła okna dużo zawdzięcza jednemu małemu, mało widocznemu elementowi znajdującemu się w oknie – ramce dystansowej.

Okazuje się, że stalowe ramki dystansowe w dalszym ciągu stanowią dużą część sprzedaży. Taki stan rzeczy może się jeszcze długo utrzymać.

Tak było… w czasie, kiedy pojawiły się pierwsze, jednokomorowe wkłady szybowe (lata 70 XX wieku), do dystansowania szyb używano aluminiowej ramki dystansowej.

W tym czasie, stosowane w budownictwie okna, głównie drewniane, nie były konstrukcjami przypominającymi te dzisiejsze w kontekście efektywności energetycznej.

Można powiedzieć, że duet aluminiowa ramka dystansowa – okno drewniane lat 70/90 pasowało do siebie jak ulał.

Również okna PCV z początku lat 90 i przełomu wieku w dużej części pasowały do ramki aluminiowej. To ówczesne dopasowanie związane było z podobnymi temperaturami występującymi na wewnętrznych powierzchniach okna lat 70/90.

Mowa tutaj o krawędzi połączenia wkładu szybowego z ramą okna (pkt. 1, rys. 1) oraz na krawędzi połączenia ramy skrzydła z ramą ościeżnicy (pkt. 2, rys. 1).

Rys. 1. Schemat budowy ramki

Rys. 2. Miejsca występowania najniższych temperatur na oknie

Stal dużo lepsza niż aluminium
Stosowanie, na początku istnienia wkładów szybowych, aluminiowych ramek dystansowych związane było głównie z łatwością formowania taśmy aluminiowej w procesie produkcji ramki oraz z łatwością gięcia tejże ramki przy produkcji wkładów szybowych.

Ale to by było na tyle, jeżeli chodzi o zalety ramki aluminiowej, które przysłania jeden znaczący szczegół ogromnej wagi – bardzo wysoki współczynnik przewodzenia ciepła (λ) materiału, z którego wykonywana jest ramka aluminiowa, czyli aluminium. Wartość tego współczynnika

λ=160 W/(m×K) – to bardzo dużo.

Jak bardzo aluminiowa ramka dystansowa odbiega od ramek wykonanych z innych materiałów możemy przedstawić wykorzystując w tym celu poniższe kryterium, które muszą spełnić ciepłe ramki dystansowe.

Oznaczenia wg rysunku 2.

Σ (d × λ) ≤ 0,007 W/K

Stalowa ramka dystansowa:
- grubość ścianki, d = 0,24 mm
- współczynnik przewodzenia ciepła, λ = 50 W/(m×K)
2 × (0,00024 × 50) = 0,0240 W/K
0,0240 / 0,007 =3,4

Aluminiowa ramka dystansowa do gięcia:
- grubość ścianki, d = 0,35 mm
- współczynnik przewodzenia ciepła, λ = 160 W/(m×K)
2 × (0,00035 × 160) = 0,1120 W/K
0,1120 / 0,007 = 16

Powyższe wyliczenia pokazują, że kryterium ciepłej ramki w przypadku stalowej ramki przekroczone jest jedynie 3,4 raza – w przypadku aluminiowej ramki aż 16 razy. Pokazuje to, że stalowej ramce bliżej jest do ciepłych ramek niż do zimnej aluminiowej.

Nowe wymagania cieplne i stalowa ramka
31 grudnia 2020 roku zbliża się nieubłaganie. Zostało nie dużo czasu na to, żeby producenci okien przygotowali swoje okna i drzwi na nowe wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej, które znacznie się zmienią.

I tak, współczynnik przenikania ciepła okna (U_w) obniżony zostanie z dotychczasowej wartości 1,1 do 0,9, natomiast współczynnik przenikania ciepła drzwi (U_d) obniży się z 1,5 do 1,3 W/( m²×K).

Są to najwyższe wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej okien i drzwi w Europie.

Tak niskie współczynniki przenikania ciepła okien i drzwi bardzo ograniczają możliwość stosowania aluminiowej ramki dystansowej, która zostanie zastąpione w naturalny sposób przez stalową ramkę dystansową.

Już większość systemów okiennych o głębokości zabudowy +70 mm, uniemożliwiających zastosowanie wkładów szybowych o współczynniku przenikania ciepła U_g=0,5 W/( m²×K), nie będzie spełniać nowych wymogów izolacyjności cieplnej.

Tym samym okna te nie będą mogły być stosowane w budownictwie na rynku pierwotnym.

Stalowa ramka dystansowa zastąpi również aluminiową ramkę w części systemów okiennych o głębokości zabudowy +80 mm wyposażonych we wkłady szybowe o grubości 44 i 48 mm.

Ma to związek z uzyskiwaniem przez te okna wartości współczynnika przenikania ciepła U_W na granicy wartości dopuszczalnej od 31 grudnia 2020 roku, czyli 0,9 W/( m²×K).

W przypadku części okien z ramką aluminiową współczynnik ten jest wyższy niż 0,9 W/( m²×K).

Przewaga stalowej ramki nad aluminiową
Dzisiejsze konstrukcje okienne potrzebują coraz to lepszych materiałów stosowanych w produkcji okien oraz mniejszych różnic pomiędzy minimalnymi temperaturami na wewnętrznych powierzchniach okna – rysunek 1. To właśnie stalowe ramki dystansowe zapewniają bardzo dobry balans.

Również w przypadku stosowania stalowej ramki uzyskiwany jest lepszy o 8÷13 % liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψg w stosunku do takiego samego okna z aluminiową ramką. To samo dotyczy również współczynników temperaturowych f_Rsi.

Istotnym jest również fakt, iż w czasie eksploatacji wkładów szybowych zastosowanie stalowej ramki dystansowej pozwala na 7,5-krotne zmniejszenie wartości naprężeń na krawędzi szyby w porównaniu z ramką aluminiową.

Ogranicza to tym samym pęknięcia na krawędzi szyby i ma bezpośredni wpływ na trwałość wkładu szybowego.

Oprócz powyższych parametrów bardzo istotne są też wartości minimalnych temperatur w pkt 1 i 2 przedstawionych na rysunku 1, które decydują o poziomie wilgotności powietrza Rh, po przekroczeniu którego nastąpi wyroszenie wilgoci w pkt. 1 i 2 (rys. 1).

Stosując stalową ramkę obniżamy ryzyko występowania czasowej kondensacji pary wodnej oraz ograniczamy rozwój grzybów pleśniowych na powierzchni okna. Różnice tych temperatur przedstawiono na rysunkach 3÷6.

Rys. 3. Pole temperatur - aluminiowa ramka, Θe -5°C Rys. 5. Pole temperatur - aluminiowa ramka, Θe -20°C

Rys. 4. Pole temperatur - stalowa ramka, Θe -5°C

Rys. 5. Pole temperatur - aluminiowa ramka, Θe -20°C

Rys. 6. Pole temperatur - stalowa ramka, Θe -20°C

Produkcja stalowej ramki dystansowej
Produkcją międzyszybowej ramki dystansowej ze stali ocynkowanej zajmuję się już od 12 lat częstochowska firma Metal Union, która jest jednym z dwóch największych producentów tejże ramki w Europie.

Precyzyjna i wysokiej jakości ramka dystansowa ze stali ocynkowanej, nie zawiera sześciowartościowego chromu, spełniając unijne wymogi ochrony środowiska.

Rys. 7. Proces spawania laserowego w Metal Union

Produkowane przez Metal Union stalowe ramki dystansowe występują w pełnym zakresie szerokości od 6 do 24 mm i grubości ścianki 0,24, 0,30 i 0,40 mm w zależności od szerokości ramki.

Dodajmy do tego jeszcze łatwość gięcia na wszystkich typach giętarek, uniwersalną pasywację pozwalającą stosować wszystkie rodzaje mas uszczelniających oraz przystosowanie do stosowania wielu łączników i kornerów dostępnych na rynku.

Przy tak szerokiej ofercie i braku problemów w czasie przetwarzania, produkowane przez Metal Union ramki znalazły zastosowanie jako standardowe rozwiązanie przy produkcji szyb zespolonych u największych producentów okien w Europie. 

Grzegorz Kuligowski
IepszeOKNA.pl

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 03/2020