Nowe techniki w oszkleniu budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej

Przez wiele lat stosowania elementów otworowych w budynkach (nazwa używana na oznaczenie zarówno okna, jak i drzwi) nastąpiło wiele zmian konstrukcyjnych, materiałowych i funkcjonalnych.

Udział procentowy konstrukcji okna w stosunku do jego powierzchni całkowitej wynosi około 8–15%, a pozostałość stanowi przeszklenie. Udział procentowy konstrukcji okna jest zależny od zastosowanego materiału, sposobu otwierania (okna stałe i otwierane), a także od układu funkcjonalnego okna (sposób podziału i rodzaj zastosowania skrzydeł okiennych).

Rys. 1. Konstrukcja okna drewnianego: 1 – ościeżnica z drewna;  2 – skrzydło okienne;  3 – listwa szklarska mocująca oszklenie;  4 – ściana zewnętrzna budynku;  5 – wykończenie ściany; 6 – uszczelnienie szyby;  7 – uszczelnienie „miękkie” styku skrzydło–ościeżnica;  8 – szyba zespolona jednokomorowa

Konstrukcje elementów otworowych

Rozwój konstrukcji prowadzi od materiałów tradycyjnych, które były najczęściej stosowane, czyli od drewna, poprzez metale (stopy aluminium, stal) do zastosowania tworzyw sztucznych aż do okien i drzwi bezramowych, czyli do konstrukcji całoszklanych. Nie sięgając do konstrukcji już dzisiaj  tradycyjnych, jak okna ościeżnicowe, skrzynkowe i inne, można zatrzymać się na oknie drewnianym, zespolonym, które znalazło największe zastosowanie w latach 60., 70., i 80. XX wieku w masowym budownictwie  mieszkalnym. Konstrukcja okien z drewna opierała się na dwóch ramiakach (ramkach) zewnętrznym i wewnętrznym połączonych ze sobą na specjalnych okuciach umożliwiających rozwieranie.

Rys. 2. Spotykane na krajowym rynku rodzaje konstrukcji szyb zespolonych (a, b, c) oraz rozłożenie powłok termicznych w szybach zespolonych na przykładzie szyby zespolonej jednokomorowej (d, e, f, g):

a) przekrój poprzeczny szyby zespolonej jednokomorowej w układzie klasycznym, obecnie rzadko spotykanym:  1– szyby okienne (ze szkła mineralnego);  2 – szczelina międzyszybowa wypełniona suchym powietrzem lub suchym gazem (azot, argon, krypton);  3 – kształtka przegrodowa wygięta z blachy aluminiowej, stali nierdzewnej lub z tworzywa sztucznego, sklejona z szybami;  4 – sorbent wilgoci; 5 – uszczelnienie obrzeża szyby zespolonej;
b) przekrój poprzeczny szyby zespolonej dwukomorowej zestawionej z szyb o różnej grubości, oznaczenia jak dla szyby jednokomorowej;
c) przekrój poprzeczny szyby zespolonej dwukomorowej zestawionej z szyb okiennych (ze szkła mineralnego) oraz przegrody wewnętrznej z folii tworzywowej: 6 – folia tworzywowa o gr. 0,8–1 mm, naciągnięta wewnątrz szczeliny międzyszybowej (system Heat-Mirror);

d) szyba z powłoką refleksyjną ograniczającą zyski ciepła: 7 – powłoka położona na szybie zewnętrznej; e) szyba z powłokami termicznymi:
8 – powłoka niskoemisyjna ograniczająca straty cieplne z wnętrza budynku; f) szyba z powłoką uniwersalną: 9 – powłoka typu HP – ograniczenie zysków i strat ciepła; g) szyba z powłokami: 10 – powłoka samoczyszcząca

z – strona zewnętrzna, w – strona wewnętrzna

Oszklenie tej konstrukcji okiennej wykonane było jako podwójne dwoma szybami pojedynczymi, osadzonymi we wnękach skrzydła, uszczelnione kitem okiennym i dociśnięte listwą szklarską z drewna. Konstrukcja tego typu miała wady, w tym małą termoizolacyjność części szklanej, co przesądziło o jej odejściu w przeszłość. Nowa konstrukcja okna drewnianego z uwzględnieniem powyższych zmian została przedstawiona na rys. 1.

W odniesieniu do okien i drzwi metalowych, a zwłaszcza do okien z kształtowników aluminiowych, podstawowym zagadnieniem, które należało pokonać, była trudność wykonania z zimnego metalu okna „ciepłego”. Odbyło się to przez wprowadzenie różnych rozwiązań, które w zasadzie stosują kształtownik dzielony termicznie na części zimną (zewnętrzną) i ciepłą  (wewnętrzną). Połączenie tych kształtowników zazwyczaj jest wykonane na izolacyjnym łączniku z tworzywa.

Rys. 3. Rozwiązania szyb zespolonych z podwyższoną izolacyjnością akustyczną:

a) uzyskanie podwyższonej izolacyjności akustycznej przez wprowadzenie laminatu z szyb różnej grubości; b) uzyskanie podwyższonej izolacyjności akustycznej przez wprowadzenie laminatu wielowarstwowego; c) uzyskanie podwyższonej izolacyjności akustycznej przez wprowadzenie szyby zewnętrznej o znacznej grubości i szerokiej szczelinie międzyszybowej

1 – laminat syntetyczny z szyb okiennych o zróżnicowanej grubości; 2 – szczelina międzyszybowa wypełniona suchym powietrzem lub suchym gazem;  3 – szyba wewnętrzna; 4 – kształtka przegrodowa; 5 – uszczelnienie obrzeżne;  6 – laminat utworzony z szyb o różnej grubości; 7 – szyba zewnętrzna o grubości 8–10 mm;  8 – szczelina międzyszybowa o szerokości 40–50 mm

W odniesieniu do okien z tworzyw sztucznych konstrukcja ramiaków wykonana jest z kształtowników pustakowych z rozbudowanymi komorami wewnętrznymi, służącymi uzyskaniu sztywności elementów w celu zwiększenia ciepłochłonności oraz dla wprowadzenia stalowych elementów uszty­wniających konstrukcję ramiaków. Kształtowniki pustakowe wykonywane są jako jednoczęściowe, ponieważ posiadają zadowalające własności fizykalne (cieplne i akustyczne).

Konstrukcja oszklenia szybami zespolonymi

Oszklenie dzisiejszych okien drewnianych, metalowych i tworzywowych wykonywane jest na jednakowych  zasadach i przy zastosowaniu tej  samej szyby zespolonej. Szyba zespolona występuje w kilku wariantowych konstrukcjach i spełnia kilka zasadniczych funkcji (patrz „IB” nr 6/2010 – przyp. red.).

Funkcja termoizolacyjna jest głównym powodem  wprowadzenia szyb zespolonych do techniki budowlanej. Termoizolacyjność ta ulega stałej modernizacji w celu uzyskania zmniejszenia strat energetycznych. Stosowane są szyby  jednokomorowe, dwukomorowe oraz  szyby z powłokami.

Innowacją w konstrukcjach szyb zespolonych jest  wprowadzenie nowego wyrobu w technice vacuum stosującego szczelinę próżniową w granicach poniżej 1 mm grubości. Konstrukcje te charakteryzuje bardzo mały współczynnik przenikania ciepła.

Termoizolacyjność w szybach zespolonych jest stosowana nie tylko ze względu na straty cieplne, lecz jest również wykorzystywana dla ograniczenia zysków ciepła od promieniowania słonecznego we wnętrzach pomieszczeń.

Rys. 4. Rozwiązania szyb zabezpieczeniowych i antywłamaniowych:

a) najprostsza szyba antywłamaniowa: 1 –  szyba bezpieczna (hartowana) o gr. 5–6 mm;  2 – szczelina międzyszybowa;  3 – szyba wewnętrzna;  4 – kształtka przegrodowa;  5 – uszczelnienie okienne;
b) typowa szyba antywłamaniowa: 6 – szyba klejona, złożona z dwóch lub trzech szyb sklejonych na folii tworzywowej;
c) szyba przeciwprzestrzelinowa: 7 – szyba klejona (laminat wieloszynowy) szyby sklejone na folii tworzywowej

Funkcja akustyczna polega na skutecznym tłumieniu hałasu przedostającego się przez oszklenie okienne. Również ta funkcja szyby zespolonej jest stale ulepszana przez wprowadzenie jako szyby zewnętrznej laminatów szklanych (szyb klejonych) zwłaszcza laminatów niesymetrycznych. Drugim sposobem działania dla uzyskania polepszenia tłumienia akustycznego jest stosowanie jako wypełnienia szczeliny międzyszybowej gazów szlachetnych (argon, krypton) podnoszących izolacyjność akustyczną i cieplną  szyb zespolonych.

Funkcja zabezpieczeniowa polega na wprowadzeniu laminatów szklanych jako szyby zewnętrznej zestawu termoizolacyjnego. Przez zastosowanie takich szyb uzyskiwana jest antywłamaniowość oszklenia. Zastosowanie ich w różnych rozwiązaniach może odpowiednio eliminować okratowania powierzchni oszklonych.

Dalszym  rozwiązaniem zasady konstrukcyjnej szyb antywłamaniowych są szyby przeciwprzestrzeleniowe pozwalające na stosowanie przeszkleń w bankach, budynkach administracji państwowej, policji i wojska, odpornych na działanie broni palnej.

Ochrona przed pożarem i wzrostem temperatury następuje poprzez stosowanie oszklenia o zdefiniowanej klasie odporności ogniowej. Zastosowanie takiego oszklenia w przegrodach, np. ściankach oszklonych stanowiących zamknięcia na drogach ewakuacyjnych – ściankach na klatkach schodowych, pozwala na zapewnienie bezpiecznej ewakuacji osób z budynku. Szyby ognioodporne, również o budowie szyby zespolonej, wielowarstwowe, zawierają pomiędzy szybami preparat żelowy, kompensujący zmiany w oszkleniu przy działaniu promieniowania i temperatury, tak że oszklenie w ściankach zachowuje stałość postaciową przez wymagany okres ewakuacji.

© raven – Fotolia.com

Stwierdzono, że  sama szyba, która do tej pory stosowana była jako element wypełniający i usztywniający ramę okienną, posiada własności konstrukcyjne i może być zastosowana jako samodzielny, bezramowy typ okna. Trwają prace nad mocowaniem okuć zamykająco-otwierających i uszczelnień obrzeżnych do powierzchni szyb, aby zapewnić ich trwałość, a także skuteczną eksploatację. Należy się spodziewać, że w efekcie tych działań powstanie nowy typ okna bezramowego, zachowującego wszystkie cechy fizykalne i użytkowe okien współczesnych, a jednocześnie stanowiący uproszczenie techniczne tego elementu.

prof. Andrzej Bojęś

Politechnika Krakowska

Bibliografia

1. P. Markiewicz, Budownictwo ogólne dla architektów, Archi-Plus, Kraków 2006.

2. A. Bojęś, P. Markiewicz, Przeszklone ściany osłonowe. Projektowanie architektoniczne przeszklonych ścian osłonowych o konstrukcji słupowo-ryglowej, Archi-Plus, Kraków2008.

3. A. Bojęś, Oszklenia bezpieczne w budynkach sportowych, „Świat Szkła” nr 12/2008.

4. A. Bojęś, Przeszklone ściany osłonowe – prognozy rozwoju, „Świat Szkła” nr 9/2008.

5. A. Bojęś, Motory rozwoju przeszklonych przegród dla budownictwa, „Świat Aluminium” nr 4/2007.