Idea związana ze zwiększaniem oszczęd-ności energii i ograniczeniem jej strat w budownictwie nie jest czymś nowym.
W wielu budynkach okna stanowią po-nad 20% powierzchni ścian i ogranicze-nie strat przenikającego przez ogranicze-nie ciepła wywiera znaczący wpływ na ogólną charakterystykę energetyczną całego obiektu. Największy wpływ na parame-try cieplne okna ma szyba, jednak rów-nież stanowiące ok. 30% powierzchni profi le okienne odgrywają istotną rolę.
Rozwiązania w konstrukcji kształ-towników okiennych mogące wywie-rać istotny wpływ na ich właściwości w zakresie przenikalności cieplnej oraz na całkowitą przenikalność cieplną okna to:
■ głębokość kształtowników,
■ liczba komór kształtownika,
■ rodzaj wzmocnień stosowanych do usztywniania konstrukcji kształtow-nika,
■ szerokość wrębu szybowego,
■ głębokość wrębu szybowego.
Początkowo zwiększano głębokości kształtowników, co bezpośrednio umożliwiało wprowadzanie do konstruk-cji ram ościeżnic, skrzydeł i słupków więk-szej liczby komór oraz zwiększanie głębo-kości zabudowy. Wystarczy spojrzeć na rysunki obrazujące kolejne kroki w roz-woju systemów profi li i osiągane w ba-daniach wyniki przenikalności cieplnej kształtowników.
Zwiększenie głębokości kształtowników aż o 35% i podwojenie liczby komór w stosunkowo krótkim czasie przyniosło pożądane i oczekiwane rezultaty. Współ-czynnik przenikania ciepła został obni-żony aż o 0,4 W/(m2 · K). Osiągnięcie
wartości współczynnika przenikania cie-pła kształtowników na poziomie Uf = 1,2 W/(m2 · K) oraz prowadzone ba-dania w dziedzinie fi zyki cieplnej wska-zywały, że dalsze zwiększanie głębokości i liczby komór w kształtownikach okien-nych choć nie niemożliwe, nie będzie już
przynosiło większych efektów w zakresie oszczędzania energii, dlatego konieczne stało się poszukiwanie innych dróg i zmian konstrukcyjnych.
Uwaga inżynierów skierowała się na rozwiązanie jednego z podstawo-wych problemów, jakim jest ograni-czenie strat energii wynikającej z różnicy przewodności cieplnej kształtowników PVC i używanych do ich usztywnienia stalowych wzmocnień. Zaczęły pojawiać się na rynku pierwsze produkty przezna-czone do tzw. domów niskoener-getycznych lub pasywnych. Dzięki wypełnieniu przestrzeni wzmocnień wkładkami poliestyrenowymi moż-liwe było obniżenie współczynnika przenikania ciepła kształtowników okiennych o 0,1 W/(m2 · K). Innym rozwiązaniem stosowanym przez systemodawców było dodawanie do profi li różnego rodzaju nakładek, które często również były wypełniane materiałami termoizolacyjnymi. Jako alternatywa pojawiły się również w ofercie specjalne wzmocnienia z tworzyw sztucznych, które miały na celu poprawę izolacyjności profi li.
Rozwój systemów profi li okiennych zmierza w kierunku redukowania współczynnika przenikania ciepła profi li.
Prawdopodobnie pojawią się pozbawione wzmocnień stalowych profi le, które dodatkowo będą wypełniane różnego rodzaju materiałami termoizolacyjnymi, a także nadal zwiększana będzie głębokość profi li okiennych.
t e c h n o l o g i e
Rys. 5 | Uf = 1,0 W/(m2 · K)
Okno to szyba i kształtowniki PVC, a za-tem optymalną sytuacją dla energoosz-czędności całej konstrukcji jest zapew-nienie doskonałej współpracy obu tych komponentów i maksymalne wykorzy-stanie ich indywidualnych właściwości.
Większa głębokość kształtownika to szerszy wrąb szybowy umożliwiający stosowanie grubszych pakietów szkła.
Grubszy pakiet szkła to współczynnik przenikania ciepła szyby zdecydowa-nie poniżej Ug = 1,1 W/(m2 · K).
Poszerzenie wrębów szybowych i możliwość szklenia okien dwukomo-rowymi pakietami szyb zespolonych to przykład synergicznego wykorzystania właściwości komponentów w imię za-pewnienia odbiorcom okien dodatko-wej korzyści.
Kolejnym krokiem, pozwalającym na dalsze zwiększenie energooszczęd-ności okna dzięki rozwiązaniom kon-strukcji kształtowników, było stwo-rzenie skrzydła okiennego, które nie wymaga stalowych wzmoc-nień, a przy zmianie technologii szkle-nia pozwala wykorzystać pełną głębo-kość wrębu szybowego.
Głębsze osadzenie szyby we wrębie prowadzi do zmniejszenia wartości współczynnika przenikania ciepła liniowego mostka termicznego wy-stępującego na styku szyby z ramą skrzydła, a zmiana technologii szklenia powoduje, że szyba staje się jednym z elementów zwiększa-jących sztywność konstrukcji skrzy-dła. Poprzez związanie klejem szyby z profi lem znaczna część obciążeń statycznych jest przenoszona przez
szybę bardziej odporną na zginanie niż profi l skrzydła i w ten sposób sta-bilizuje okno.
W ten sposób udało się osiągnąć kil-ka korzyści. Po pierwsze obniżono współczynnik przenikania ciepła okna o następne 0,1 W/(m2 · K), po drugie podniesiono stabilność konstrukcji okna dzięki nowatorskiej technologii wklejania szyb zespolonych we wrąb skrzydła, po trzecie zwiększając w każ-dym oknie wielkość powierzchni szyb, dostarczamy do pomieszczeń ponad-standardową ilość naturalnego światła dziennego.
Chęć spełnienia postulatu efektywne-go wykorzystania w budynkach energii cieplnej pochodzącej ze słońca zaowo-cowała zmianami w konstrukcji profi li okiennych, umożliwiającymi zwięk-szenie powierzchni przeszkleń, które cechowały zdecydowanie lepsze para-metry izolacyjności termicznej. Zaczęły pojawiać się coraz węższe zestawienia profi li rama plus skrzydło.
Zapoczątkowane wraz z wdrożeniami technologii wklejania szyb działania zmierzające do wyeliminowania sła-bego ogniwa, jakimi są z punktu wi-dzenia termoizolacyjności profi li sto-sowane w nich wzmocnienia stalowe, skutkowało próbami ich całkowitego wyeliminowania z kształtowników.
Metalowe usztywnienie w profi lach ram okiennych tworzy wskutek wy-sokiej przewodności cieplnej mostek termiczny. Takim nowym kierunkiem w myśleniu o energooszczędności profi li są systemy, w których zamiast wzmocnień stalowych zastosowane zostały specjalne przekładki z tworzy-wa sztucznego i włókien szklanych.
Wzmocniony włóknem szklanym termoplast zastępuje stal stosowaną w konwencjonalnych ramach z two-rzywa sztucznego i zapewnia zdecy-dowanie lepsze właściwości izolacji cieplnej przy tych samych mechanicz-nych właściwościach okna. Wyeli-minowanie wzmocnień stalowych pozwoliło na likwidację mostków ter-micznych i uzyskanie współczynnika
Rys. 6 | Kształtowniki ze wzmocnieniami kompozytowymi. Głębokość zabudowy od 70 do 85 mm, warianty z uszczelnieniem zewnętrznym i środkowym
przenikania ciepła Uf = 1,0 W/m²K.
Warto podkreślić, iż parametry te udało się uzyskać przy standardowej głębokości zabudowy profi li wyno-szącej 70 mm. Widać, że prowadzone prace badawcze pozwoliły na znacz-ne ograniczenie współczynników izo-lacyjności termicznej bez zwiększania głębokości kształtowników.
Tegoroczne największe branżowe targi w Norymberdze pokazały, że to właśnie energooszczędność systemów okiennych jest wciąż największym wyzwaniem. Zapre-zentowane zostały kolejne rozwią-zania na drodze dalszego postępu w dziedzinie tworzenia energoosz-czędnych konstrukcji okiennych. Jed-nym z ciekawszych rozwiązań były systemy okienne pozbawione wzmoc-nień stalowych, których konstrukcja
t e c h n o l o g i e
Rys. 7 | Dodatkowe wypełnienie profili ze wzmocnieniami kompozytowymi materiałem termoizolacyjnym pozwala na obniżenie współczynnika izolacyjności termicznej profili Uf nawet o 20%
Fot. | Obraz okien z kamery termowizyjnej
pozwala dodatkowo na wypełnienie wewnętrznych komór profi li materia-łami termoizolacyjnymi. Zabieg ten umożliwia znaczące obniżenie współ-czynnika izolacyjności termicznej profi li. Dla przykładu – rys. 6 – profi l o głębokości zabudowy 85 mm ze wzmocnieniami z włókien szklanych, osiągający standardowo współczyn-nik Uf = 0,98 W/m² · K, po wypełnie-niu profi lu pianą osiągał współczynnik Uf = 0,82 W/m² · K.
Zalety nowych rozwiązań można za-uważyć podczas badania wykonanego kamerą termowizyjną. Na zdjęciu po-równano produkowane obecnie stan-dardowe okno (z prawej) na profi lach pięciokomorowych i pakietem dwu-szybowym z oknem wykonanym przy wykorzystaniu najnowszych systemów ze wzmocnieniami z włókien szkla-nych, wypełnionych pianką termo-izolacyjną, z pakietem trzyszybowym.
Mimo znacznego zaawansowania sto-sowanych aktualnie systemów profi li ich dalsza optymalizacja pozwala na konstruowanie okien o współczynniku izolacyjności termicznej Uw lepszym o ponad 50%.
Wydaje się, że producenci profi li w swoich działaniach mają już coraz mniej możliwości. Jakich rozwiązań możemy się zatem spodziewać w naj-bliższej przyszłości?
Będą to być może różnego rodzaju kombinacje metod stosowanych do-tychczas dla polepszenia właściwości cieplnych profi li. Możemy przypusz-czać, że pojawiać się będą pozbawio-ne wzmocnień stalowych profi le, które dodatkowo wypełniane będą różnego rodzaju materiałami termoizolacyj-nymi. Na pewno podejmowane będą również próby dalszego zwiększania głębokości tych profi li. Na znaczeniu zyskiwać będą rozwiązania, które przy zachowaniu dosyć wyśrubowanych parametrów cieplnych będą oferowały również dodatkowe korzyści związane na przykład z optymalizacją procesów produkcji, jej automatyzacją czy zwięk-szaniem wydajności.
Ten trend jest już zauważalny chociaż-by w przypadku profi li pojawiających się na polskim rynku: poprzez wyelimi-nowanie wzmocnień stalowych i brak istotnych zmian w gabarytach profi li istnieje możliwość obrabiania ich na dotychczasowych maszynach, a jedno-cześnie uzyskiwane są pewne oszczęd-ności i usprawnienie procesów produk-cyjnych.
Marcin Szewczuk
Ilustracje: archiwum fi rmy Aluplast
Zainteresowanym proponujemy zapoznanie się ze szczegółami rysunków na
www.inzynierbudownictwa.pl
k r ó t k o
Uwaga na CE
Oznakowanie CE umieszczone na wyrobie jest deklaracją producenta, że wyrób spełnia podstawowe normy jakości i bezpieczeństwa zawarte w tzw. Dyrek-tywach Nowego Podejścia UE. Litery CE pochodzą od pierwszych liter francu-skich słów Conformité Européenne (zgodny z dyrektywami Unii Europejskiej).
Znak CE ma jednak pewien „odpowiednik” – bardzo podobny chiński znak ozna-czający China Export (z dwoma niebieskimi paskami) i niemający nic wspólnego ze spełnianiem wymogów odnośnie bezpieczeństwa użytkownika, ochrony
zdro-c i e k a w e r e a li z a zdro-c j e
W okresie od grudnia 2007 r. do wrze-śnia 2009 r. fi rma Bilfi nger Berger Bu-downictwo SA na zlecenie fi rmy Wolf Immobilien Polen wykonywała kon-strukcję budynku Wolf Marszałkow-ska, składającą się z 12 kondygnacji nadziemnych oraz 5-kondygnacyjnego garażu podziemnego. Budynek zlokali-zowany jest na skrzyżowaniu ulic Mar-szałkowskiej i Żurawiej w Warszawie.
Jednocześnie od lipca 2008 r. do chwili obecnej fi rma Bilfi nger Berger Budow-nictwo realizuje drugi budynek handlo-wo-usługowy dla tego samego inwe-stora mieszczący się na skrzyżowaniu ul. Brackiej z Al. Jerozolimskimi. Budy-nek ten ma 6 kondygnacji nadziemnych oraz 5 kondygnacji podziemnych.
OGÓLNE CHARAKTERYSTYKI BUDYNKÓW I METOD ICH WYKONANIA
Wolf
Wolf Marszałkowska jest budynkiem o 12 kondygnacjach nadziemnych i 5 kondy-gnacjach podziemnych posadowionym na płycie fundamentowej grubości 150 cm z lokalnymi przegłębieniami związa-nymi z technologią urządzeń technicz-nych budynku, na głębokości 19,40 m poniżej „0” budynku („0” budynku pro-jektowanego = 34,85 m npW).
Uwzględniając usytuowanie wzglę-dem istniejących budynków w są-siedztwie (budynek banku PKO BP w ostrej granicy z działką inwestycji), zagłębienie wykonywanego budynku (5 kondygnacji podziemnych) oraz zaprojektowanie wznoszonego bu-dynku po granicy działki, przyjęto jego
Wykonanie głębokich i skomplikowanych robót fundamentowych obiektów podziemnych w zwartej zabudowie centrum stolicy, w zróżnicowanych warunkach gruntowych, przy nietypowych kolizjach i rozwiązaniach
technologicznych stanowiło wyzwanie technologiczne i logistyczne.