Zgodnie z normami wyrobu dla okien EN 14351-1 [1] (i fasad EN 13830 [2]), jedną z metod określania współczynnika przenikania ciepła UW(UCW) jest metoda obliczeniowa wg EN ISO 10077-1 [3] (EN ISO 12631 [4]).
Do obliczenia wartości współczynnika przenikania ciepła potrzebne są wartości wartości współczynników przenikania ciepła poszczególnych składników, takich jak ramy i szyby, a także liniowy współczynnik przenikania ciepła Ψ (psi).
Parametr Ψ określa straty ciepła spowodowane przez zamocowanie szyby w ramie okiennej. Wielkość Ψ zależy w dużej mierze od rodzaju ramki dystansowej użytej w szybie zespolonej.
Do obliczania współczynnika przenikania ciepła okien normy EN ISO 10077-1 i EN ISO 12631 określają wartości Ψ, które mogą być stosowane zarówno dla „konwencjonalnych” jak i ulepszonych cieplnie ramek dystansowych, i które mogą być używane bez dodatkowej weryfikacji.
Ale możliwe jest również obliczenie wartości Ψ dla ulepszonych cieplnie ramek dystansowych zgodnie z EN ISO 10077-2 [5]. W tej analizie należy wziąć pod uwagę, że wartość Ψ zależy od: rodzaju profilu, konfiguracji szyby zespolonej, odpowiednich warunków montażu szyby w ramie okiennej oraz od materiału ramy okiennej.
Przykładowe wartości Ψ
W celu sprawdzenia właściwości użytkowych produktów zgodnie z normami wyrobu muszą być użyte „reprezentatywne próbki do badań”. Na przykład, wystarczy obliczyć współczynnik przenikania ciepła (UW) jedynie dla rozmiarów referencyjnych, określonych w normie EN 14351-1.
Podobnie też inne cechy, takie jak przepuszczalność powietrza lub izolacyjność akustyczną, można określić stosując reprezentatywne próbki do badań. W ten sam sposób, wartości Ψ dla ulepszonych cieplnie ramek dystansowych można ustalić na podstawie reprezentatywnych próbek profili i szyb zespolonych.
Takie podejście oferuje dwie główne zalety:
- Wartości Ψ określone w ten sposób mogą być wykorzystane w deklaracji producenta odnośnie współczynnika przenikania ciepła.
- Na podstawie jednolitych warunków brzegowych przy ustalaniu wartości Ψ możliwe jest rzetelne i obiektywne porównanie wyników ulepszonych cieplnie ramek dystansowych.
(…)
Wartości Ψ dla okien
Wytyczne Instytutu IFT nr. WA-03/08 [6] dotyczące okien określają metodę obliczania reprezentatywnych wartości Ψ dla ulepszonych cieplnie ramek dystansowych, w połączeniu z ramami profili okiennych.
Określone są wartości Ψ dla ram profili z następujących materiałów:
- drewniane,
- drewniano-aluminiowe,
- z PVC,
- metalowe.
Profile okienne umożliwiają montaż zarówno szyb zespolonych jednokomorowych, jak też dwukomorowych. Wytyczne IFT określają przykładowe przekroje kształtowników i reprezentatywne konfiguracje szyb zespolonych w sposób następujący:
- jednokomorowa szyba zespolona 4/16/4 i Ug = 1,1 W/(m2K)
- dwukomorowa szyba zespolona 4/12/4/12/4 i Ug=0,7 W/(m2K)
W przypadku wykorzystywania reprezentatywnych wartości Ψ do obliczenia współczynnika przenikania ciepła (UW) mają zastosowanie następujące zasady:
1. Obliczane reprezentatywne wartości Ψ mogą być używane do następujących jednostek szkła izolacyjnego:
- jednokomorowe szyby zespolone Ug≥1,0 W/(m2K), wypełnione argonem lub powietrzem;
- dwukomorowe szyby zespolone Ug≥0,5 W/(m2K), wypełnione argonem lub powietrzem.
2. Reprezentatywne wartości Ψ zostały obliczone dla tafli szkła o grubości 4 mm każda. Jeśli stosowane są grubsze tafle szkła, wartości Ψ muszą zostać zwiększone, w sposób następujący:
- 0,001 W/(m2K) na 1 mm grubości wzrostu zewnętrznej tafli szkła
- 0,002 W/(m2K) na 1 mm grubości wzrostu wewnętrznej tafli szkła
3. Przed zastosowaniem reprezentatywnych wartości Ψ, należy sprawdzić, czy wartości UF i wysokość listew przyszybowych rzeczywistych profili okiennych są zgodne z wymienionymi w poniższej tabeli.
Tabela 1. Wymagania dla wartości UF profili okiennych umożliwiające zastosowanie ogólnie obliczonych reprezentatywnych wartości Ψ
Komitet Roboczy ds. Ciepłych Ramek z Niemieckiego Stowarzyszenia Szkła Płaskiego (BF) publikuje wartości współczynnika Ψ na kartach danych technicznych, które można pobrać bezpłatnie ze strony internetowej stowarzyszenia (www.bundesverband-flachglas.de )
Oprócz przykładowych wartości Ψ, karta danych technicznych podaje również „równoważną przewodność cieplną” ramki dystansowej, która będzie rozpatrywana szczegółowo w dalszej części niniejszego artykułu.
Wartości współczynnika Ψ dla elewacji
Przykładowe wartości Ψ, określone na podstawie Wymagań IFT nr WA 3/8, mogą być używane tylko do obliczania przewodności cieplnej okien zgodnie z EN ISO 10077-1. Nie można ich wykorzystywać do obliczeń dotyczących ścian osłonowych.
Projekt badawczy IFT Rosenheim dotyczący opracowania metody obliczania przykładowych wartości współczynnika Ψ dla ulepszonych cieplnie ramek dystansowych stosowanych w oszkleniu ścian osłonowych – aby móc określać współczynnik przenikania ciepła ściany osłonowej (UCW) tak łatwo jak w przypadku okien – jest obecnie w trakcie realizacji.
W ramach projektu będą musiały być podane przykładowe profile elewacyjne i konfiguracje szkła. Muszą być uwzględnione w obliczeniach także inne parametry i ich wpływ, będą to m.in. takie wartości, jak: jak grubość tafli szkła, współczynnik przenikania ciepła profili elewacyjnych oraz wysokości wewnętrznych i zewnętrznych uszczelek.
Projekt jest finansowany i nadzorowany przez Komitet Roboczy ds. Ciepłych Ramek z Niemieckiego Stowarzyszenia Szkła Płaskiego (BF) i oczekuje się, że wytyczne będą dostępne pod koniec tego roku.
Rys. 1. Karta danych technicznych publikowana przez Niemieckie Stowarzyszenie Szkła Płaskiego
Określenie przewodzenia ciepła przykładowej ramki dystansowej
Przykładowe wartości Ψ podane w Wytycznych IFT nr WA-08/3 są obliczane numerycznie wg metodyki przedstawionej w normie EN ISO 10077-2. Wymaga to precyzyjnej znajomości geometrycznego przekroju ramki dystansowej i przewodności cieplnej poszczególnych materiałów.
W niektórych przypadkach przewodnictwo cieplne poszczególnych materiałów można odczytać z odpowiednich norm, ale dla nowych materiałów przewodnictwo to musi być pomierzone. W przeszłości wszelkie stosowane rodzaje technik pomiarowych nie były precyzyjne, więc czasami otrzymywano bardzo różne wyniki. Jest zatem ważne, aby określić odpowiednie techniki pomiarowe wszystkich materiałów możliwych do zastosowania w oknach. Badania w tej dziedzinie w przeszłości spotkały się z różnymi trudnościami, na przykład był problem z uwzględnianiem właściwości anizotropowych.
Innym możliwym rozwiązaniem będzie określenie nie przewodnictwa cieplnego wszystkich poszczególnych materiałów, ale „równoważnej” przewodności cieplnej systemu ramki dystansowej jako całości. Takie podejście eliminuje problemy, o których mowa powyżej, wymaga prostszej metodologii, a także oferuje inne zalety, które zostaną opisane poniżej.
Rys. 2. Podstawowa konstrukcja badanych próbek w celu określenia równoważnej przewodności cieplnej
Projekt badawczy [7], został przeprowadzony w celu określenia odpowiedniej metodologii, zgodnie z którą równoważna przewodność cieplna ulepszonych cieplnie ramek dystansowych jest zasadniczo określona na podstawie normy EN 12664 Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Suche i wilgotne wyroby o średnim i małym oporze cieplnym. Opór cieplny jest ustalany za pomocą „specjalnych” próbek składających się z dwóch tafli szklanych, pomiędzy którymi znajdują się ulepszone cieplnie ramki dystansowe. Wytyczne IFT nr. WA-17/1 [8] opisują tę metodę w szczegółach.
Określony w ten sposób równoważny współczynnik przewodzenia ciepła (leq, 2B) może być następnie wykorzystywany do obliczenia liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ danej ramki dystansowej w określonym zastosowaniu. Dokonuje się tego za pomocą „modelu dwóch skrzynek”, gdy szczegółowa geometria profilu ramki dystansowej ma różne wartości przewodności cieplnej. Taki element jest reprezentowany przez prostokąt („skrzynkę”) o odpowiedniej wysokości oraz charakteryzuje go równoważny współczynnik przewodzenia ciepła odpowiadający rzeczywistemu elementowi ramki dystansowej. Stosując model „dwóch skrzynek” można uniknąć błędów przy obliczaniu wartości Ψ spowodowanych skomplikowanymi detalami ranki dystansowej. Ponadto, o wiele mniej czasu jest potrzebne do opracowania modelu systemu ramki dystansowej. Takie podejście znacznie upraszcza proces obliczeniowy dla poszczególnych przypadków.
Rys. 3. Model dwóch skrzynek
Wnioski
Metody opisane powyżej, oraz określone zgodnie z EN ISO 10077-1, dają producentom okien proste i praktyczne narzędzia do szybkiego i prostego obliczenia wpływu ramki dystansowej przy obliczaniu przenikania cieplnego okien. „Reguły gry”, opracowane we współpracy z Komitetetem Roboczym ds. Ciepłych Ramek z Niemieckiego Stowarzyszenia Szkła Płaskiego (BF) i przy wykorzystaniu opinii również innych instytucji, takich jak Brytyjska Rada Oceniającej Okna (British Fenestration Rating Council), zapewniły jednolitą podstawę oceny ulepszonych cieplnie ramek dystansowych.
mgr inż. Norbert Sack
ift Rosenheim
Bibliografia
1. EN 14351-1+A2:2016-10 Okna i drzwi. Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne. Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne.
2. EN 13830:2015 Ściany osłonowe. Norma wyrobu.
3. EN ISO 10077-1:2007 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: Postanowienia ogólne.
4. EN ISO 12631:2013-03 Cieplne właściwości użytkowe ścian osłonowych. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła.
5. EN ISO 10077-2:2012 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 2: Metoda komputerowa dla ram.
6. WA-08/3:2015 Thermally improved spacers. Part 2 Determination of the equivalent thermal conductivity by means of measurement, ift Rosenheim.
7. N. Sack, F. Feldmeier, W. Albrecht: Ermittlung der äquivalenten Wärmeleitfähigkeit von wärmetechnisch verbesserten Abstandhaltern – Abschlussbericht [Determination of the equivalent thermal conductivity of thermally improved spacers – final report] ISBN 978-3-86791-339-3, ift Rosenheim 2012.
8. EN 12664:2002 Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Suche i wilgotne wyroby o średnim i małym oporze cieplnym.
9. ift Guideline WA-17/1 Thermally improved spacers. Part 2 Determination of the equivalent thermal conductivity by means of measurement, ift Rosenheim 2013.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 03/2017
