Od 1 stycznia 2017 r. obowiązują nowe wymagania dotyczące maksymalnych dopuszczalnych wartości współczynnika przenikania ciepła dla stolarki okiennej.
Podstawową funkcją, jaką pełnią okna, jest oddzielenie przestrzeni wewnętrznej budynków od warunków panujących na zewnątrz. Wymagania, jakie muszą spełniać te wyroby, związane są więc z komfortem użytkowania pomieszczeń, ochroną cieplną pomieszczeń (w zależności od miejsca wbudowania) oraz z bezpieczeństwem ich użytkowania. Stolarka okienna jest wyrobem budowlanym objętym normą zharmonizowaną [1], w której podano wiele zasadniczych charakterystyk, dla których należy podać deklarowane właściwości użytkowe, np. wartość deklarowaną współczynnika przenikania ciepła okna, izolacyjność akustyczną, albo zadeklarować określony poziom, klasę lub opis właściwości użytkowych, np. wodoszczelność, odporność na obciążenie wiatrem, przepuszczalność powietrza. Norma ta określa również wymagania co do innych cech wyrobu, np. wymogów funkcjonalnych czy eksploatacyjnych (nośność urządzeń zabezpieczających). Opis szczegółowych wymagań stawianych m.in. stolarce okiennej zawarty został w instrukcji ITB [2], w artykule natomiast zostaną zawarte informacje odnoszące się tylko do kilku zasadniczych cech stolarki okiennej.
Niewątpliwie do zasadniczych cech, dla których wymagane jest deklarowanie przez producenta właściwości użytkowych, zaliczyć należy współczynnik przenikania ciepła, Uw [W/(m2•K)], którego wartości przypisuje się często rolę wyznacznika jakości okna. Im niższa wartość współczynnika przenikania ciepła okna Uw, tym mniejsze są straty energii z tytułu przenikania ciepła, a tym samym okno jest bardziej energooszczędne. W normie wyrobu [1] nie określono maksymalnych dopuszczalnych wartości tego współczynnika, podano jedynie metody jego określenia.
I tak mamy dwie metody oznaczenia współczynnika przenikania ciepła okien.
– Metoda badawcza zgodnie z normą [2]. Okno jest montowane na stanowisku badawczym, tj. osłoniętej skrzynki grzejnej (Guarded Hot Box – GHB), a pomiary wykonywane są w ustalonych warunkach temperaturowych (różnica temperatury powietrza między komorą ciepłą i zimną wynosi 20oC). Wynikiem badania jest wartość współczynnika przenikania ciepła okna Uw. Wynik ten zawiera pełną informację o właściwościach cieplnych badanego obiektu, tj. sumie współczynników przenikania ciepła oszklenia, Ug, złożenia ramy/ościeżnica, Uf, liniowym współczynniku przenikania ciepła na połączeniu oszklenia i ramy okiennej, a także wpływ wszystkich punktowych mostków cieplnych obecnych w konstrukcji okna. W trakcie pomiaru można także wykonać zdjęcia kamerą termowizyjną, co pozwala ocenić prawidłowe „złożenie” okna, tj. jego wykonanie oraz użyte elementy. Badanie danego wyrobu pozwala zweryfikować zadeklarowaną dla danego okna wartość Uw.
– Metoda obliczeniowa zgodnie z normą [4]. Na podstawie obliczeń numerycznych 2D wg [5] otrzymujemy wartości współczynnika przenikania ciepła złożeń rama/ościeżnica Uf oraz liniowych współczynników przenikania ciepła na połączeniu oszklenia i ramy Ψ. Wartość współczynnika przenikania ciepła okna Uw obliczamy następnie zgodnie z normą [4]. W przypadku metod numerycznych do modeli obliczeniowych przyjmowane są wartości współczynnika przewodzenia ciepła zastosowanych materiałów zazwyczaj na podstawie danych tabelarycznych zawartych w normie [5] lub [6]. Warto nadmienić, że obecnie dostępność urządzeń do pomiaru współczynnika przewodzenia ciepła materiałów w zakresie od 0,010 W/(m•K) do nawet 10 W/(m•K) daje także możliwość oznaczenia tego współczynnika dla materiałów konstrukcyjnych stosowanych w stolarce okiennej, jak drewno, PVC, wzmocnienia kompozytowe, uszczelki czy przekładki. W przypadku badań przez obliczenia jeszcze nieczęsto w określaniu wartości Uw uwzględnia się wpływ mostków punktowych. Wyznaczenie tych parametrów jest możliwe za pomocą badań numerycznych 3D, wymaga jednak odpowiedniego sprzętu obliczeniowego oraz wiedzy eksperckiej w tym zakresie. Wartość deklarowana współczynnika przenikania ciepła jest określana dla każdego okna i umieszczana na sporządzanej przez producenta deklaracji właściwości użytkowych.
Zgodnie z rozporządzeniem [7] od 1 stycznia 2017 r. będą obowiązywać nowe wymagania co do maksymalnych dopuszczalnych wartości współczynnika przenikania ciepła zarówno dla przegród budowlanych, jak i ich elementów, w tym m.in. stolarki okiennej. Zgodnie z załącznikiem 2 pkt 1.2 do rozporządzenia [7] maksymalne dopuszczalne wartości współczynnika przenikania ciepła dla okien zewnętrznych montowanych pionowo w przegrodach będą wynosić 1,1 W/(m2•K) (dla temperatury wewnętrznej ≥ 16oC) i 1,6 W/(m2•K) (dla temperatury wewnętrznej < 16oC). W [7] nie podano wymagań co do wartości liniowych współczynników przenikania ciepła Ψ dla mostków cieplnych powstających na połączeniu ścian zewnętrznych ze stolarką okienną, wartości te należy jednak wyznaczyć w przypadku, gdyby istniało ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej, tj. niespełnienie warunku fRsi > 0,72 zgodnie z [7], załącznik 2 pkt 2.2.
Fot. K. Wiśniewska
Drugą istotną cechą stolarki okiennej jest szczelność konstrukcji okiennych na przepuszczanie powietrza. Często powtarzana opinia, że okna pozostaną szczelne przez cały okres ich eksploatacji, niestety nie jest prawdziwa. Infiltracja powietrza przez nieszczelności konstrukcji okiennych jest miejscem strat ciepła (zimne powietrze zewnętrzne przedostaje się do wnętrza pomieszczeń) i wpływa na charakterystykę cieplną budynku. Badania przepuszczalności powietrza wykonuje się zgodnie z normą [8], otrzymując wyniki całkowitego przepływu powietrza przez okno w odniesieniu do powierzchni całkowitej okna [m3/(hm2)] i długości linii stykowej skrzydła okiennego z ościeżnicą [m3/(hm)] określone przy ciśnieniu 100 Pa. Dla danego okna podaje się jego klasę szczelności określoną w normie klasyfikacyjnej [9]. Zgodnie z [7] okna stosowane w budownictwie w zależności od zastosowania powinny spełniać następujące wymagania w zakresie przepuszczalności powietrza:
– w budynkach niskich, średniowysokich i wysokich: przepuszczalność powietrza dla okien przy ciśnieniu równym 100 Pa wynosi nie więcej niż 2,25 m3/(hm) w odniesieniu do linii stykowej lub 9 m3/(hm2) w odniesieniu do pola powierzchni, co odpowiada klasie trzeciej normy PN-EN [9];
– w budynkach wysokościowych: przepuszczalność powietrza przy ciśnieniu równym 100 Pa wynosi nie więcej niż 0,75 m3/(hm) w odniesieniu do linii stykowej lub 3 m3/(hm2) w odniesieniu do pola powierzchni, co odpowiada klasie czwartej normy [9].
W większości przypadków stolarka okienna będąca na rynku w Polsce charakteryzuje się czwartą klasą w zakresie przepuszczalności powietrza.
Mówiąc o nieszczelności połączeń konstrukcji okiennych, należy także zwrócić uwagę na straty ciepła na połączeniu okna z przegrodą, będące wynikiem wadliwego montażu okna w przegrodzie. Pojęcie „ciepły montaż” stolarki okiennej jest już obecne na rynku od dużego czasu i oznacza prawidłowo wykonany montaż okna w warstwie izolacyjnej przegrody wraz z zastosowaniem odpowiednich taśm paroszczelnych i paro- przepuszczalnych. Wynikiem takiego montażu jest zmniejszenie przepływu powietrza na połączeniu i ograniczenie strat ciepła, a w związku z tym ograniczenie możliwości rozwoju pleśni i grzybów (spełnienie warunku fRsi > 0,72 zgodnie [7], załącznik 2 pkt 2.2).
Równie ważną cechą jak izolacyjność cieplna jest izolacyjność akustyczna stolarki okiennej. Zgodnie z normą [1] izolacyjność akustyczną okna należy określić na podstawie wyników badań laboratoryjnych wykonanych według metod zamieszczonych w normach badawczych przywołanych w [1]. Stosownie do warunków technicznych [7] oraz w przywołanej w nim normie [11] nie ma konkretnych wymagań akustycznych co do wartości Rw dla okien, należy natomiast określić izolacyjność akustyczną okna, podając wartości wskaźników Rw (C, Ctr), wyrażonych w decybelach (dB), gdzie Rw – średni ważony wskaźnik izolacyjności akustycznej (dB); C – wskaźnik adaptacyjny stosowany w przypadku hałasu pochodzącego od takich źródeł, jak plac zabaw, szkoła, transport kolejowy, lotnisko; Ctr – wskaźnik adaptacyjny stosowany w przypadku hałasu związanego z ruchem ulicznym. Wymienione wskaźniki są szczegółowo opisane w [10]. Producent, deklarując parametr izolacyjności akustycznej w pełnej postaci, np. Rw (C, Ctr) = 45 (-2,-5) dB, prawidłowo opisuje wyrób według wymagań normy [1], taki opis powinien też być brany pod uwagę przez potencjalnych klientów. Trzeba zaznaczyć, że im większa wartość sumy wskaźników Rw + Ctr (lub Rw + C), tym lepsza izolacyjność akustyczna okna. Obecnie okna o wysokim poziomie redukcji hałasu osiągają wartość Rw na poziomie około 45 dB. Należy także nadmienić, że wymagania akustyczne okien zewnętrznych są zależne od miejsca ich zamontowania.
Znajomość wartości wskaźników Rw (C, Ctr) jest także potrzebna, by określić zgodnie z normą [11] wypadkową izolacyjność akustyczną przegrody zewnętrznej, w której okna są montowane.
Określenie odporności na obciążenie wiatrem dla okna jest ważne ze względu na wymagania co do parametrów wytrzymałościowych, zakresu stosowania i trwałości właściwości użytkowych wyrobu. Na podstawie wyników badan wykonanych zgodnie z normą [12] dla okna określa sie jego klasę odporności na obciążenia wiatrem, która jest zdefiniowana w normie [13]. Zgodnie z przyjętą klasyfikacją [13], wyodrębniono sześć klas odporności na wiatr ze względu na ciśnienie (klasy oznaczone 1, 2, 3, 4, 5 i Exxx) oraz trzy klasy ze względu na ugięcie elementu ramy (klasy oznaczone A, B, C). Jeśli na podstawie wyników badań okno uzyskało klasę np. B4, to oznacza, że maksymalne ciśnienie, przy którym ugięcie czołowe elementu ramy nie przekroczyło wartości 1/200 jego długości, wynosi 1600 Pa. Im wyższą klasę uzyska dane okno tym lepsze są jego parametry wytrzymałościowe. Szczegółowy zakres stosowania okien w zależności od odporności na obciążenie wiatrem podano w normie [14].
Wodoszczelność okna określa, przy jakiej sile wiatru w czasie opadów deszczu nastąpi przeciek wody opadowej do wnętrza. Aby się dowiedzieć, jaki poziom wodoszczelności charakteryzuje dane okno, należy wykonać badania według jednej z dwóch metod podanych w normie PN-EN [15] i wskazanych do badania okien. W czasie badania okno umieszcza się w zamkniętej komorze badawczej, gdzie się wytwarza ciśnienie i polewa okno wodą, co symuluje warunki ulewnego deszczu przy silnym wietrze. Uzyskane wyniki klasyfikowane są według normy [16].
Spośród utworzonych 10 klas najniższa klasa 1A oznacza, że okno przecieka nawet przy bezwietrznej pogodzie, a klasa 9A gwarantuje szczelność okna przy różnicy ciśnienia 600 Pa. Powyżej klasy 9A stosuje się oznaczenia Exxx, np. E 1000, co oznacza, że okno poddane działaniu ciśnienia o wartości 1000 Pa zachowuje szczelność na wodę opadową przez minimum 5 minut. Okna oznaczone symbolem „E” z podaną za nim wartością ciśnienia są uznawane za wyroby o bardzo wysokim poziomie wodoszczelności. Szczegółowy zakres stosowania okien w zależności od uzyskanej klasy jest przedstawiony w normie [16].
dr Barbara Pietruszka
Zakład Fizyki Cieplnej, Akustyki i Środowiska Instytut Techniki Budowlanej
Literatura
1. PN-EN 14351-1+A2:2016-10 Okna i drzwi – Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne – Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowej i/ lub dymoszczelności.
2. Instrukcja ITB „Okna i drzwi zewnętrzne – Wymagania, klasyfikacja i zakres stosowania”, Warszawa 2012.
3. PN-EN ISO 12567-1:2010 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi – Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej – Część 1: Kompletne okna i drzwi.
4. PN-EN ISO 10077-1:2007/AC:2010 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji – Obliczanie współczynnika przenikania ciepła – Część 1: Postanowienia ogólne.
5. PN-EN ISO 10077-2:2012 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji – Obliczanie współczynnika przenikania ciepła – Część 2: Metoda komputerowa dla ram.
6. PN-EN ISO 10456:2010 Materiały i wyroby budowlane – Właściwości cieplno-wilgotnościowe – Tabelaryczne wartości obliczeniowe i procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych.
7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690; zm. Dz.U. z 2003 r Nr 33, poz. 270; z 2004 r. Nr 109, poz. 1156; z 2008 r. Nr 201, poz. 1238; z 2009 r. Nr 56, poz. 461).
8. PN-EN 1026:2001 Okna i drzwi – Przepuszczalność powietrza – Metoda badania.
9. PN-EN 12207:2001 Okna i drzwi. Przepuszczalność powietrza. Klasyfikacja.
10. PN-EN ISO 717-1:2013-08 Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych.
11. PN-B-02151-3:2015 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych.
12. PN-EN 12211:2001 Okna i drzwi – Odporność na obciążenie wiatrem – Metoda badania.
13. PN-EN 12210:2016 Okna i drzwi. Odporność na obciążenie wiatrem. Klasyfikacja.
14. PN-EN 1991-1-4:2008/AC/2009 Eurokod 1 Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru.
15. PN-EN 1027: 2016-04 Okna i drzwi – Wodoszczelność – Metoda badania.
16. PN-EN 12208:2001 Okna i drzwi- Wodoszczelność – Klasyfikacja
