Jakie zjawiska odpowiadają za utratę ciepła mimo zamkniętych okien? W jaki sposób nowoczesne szyby zespolone ograniczają straty energii cieplnej?

Typowo techniczną cechą, na którą zawsze zwraca się uwagę podczas wyboru okien, jest współczynnik przenikania ciepła, mierzony wartością „Uw”. Współczynnik ten odpowiada za tzw. energooszczędność, która stała się obecnie jedną z kluczowych cech nowoczesnej stolarki okiennej. Jednak czym, tak naprawdę, jest ta energooszczędność? W jaki sposób ciepło przenika przez okna i co mogą zrobić ich producenci, aby przenikanie to znajdowało się na jak najniższym poziomie?

Czym jest energooszczędność okien? Co składa się na współczynnik przenikania ciepła opisywany jako „Uw”?

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu mieliśmy do czynienia z oknami o najprostszej możliwej konstrukcji. Pojedyncza szyba wprawiona w profile z pełnego, klejonego drewna stanowiła jedyną barierę przed panującymi na zewnątrz warunkami atmosferycznymi. Następnie do tej pojedynczej szyby dodano drugą, wprawioną w drugie, takie samo skrzydło. Przestrzeń pomiędzy nimi wypełniało zwykłe powietrze, przenikające przez liczne nieszczelności w każdą możliwą stronę. Tak było do czasu wielkiej rewolucji w budowie okien i wprowadzenia na rynek szyb zespolonych. Tym jednym rozwiązaniem stolarka okienna wykonała ogromny skok naprzód, wprowadzając zupełnie nowe standardy do naszego budownictwa. Jaki był podstawowy i najważniejszy efekt tej zmiany? Byłanią, rzecz jasna, energooszczędność.

Energooszczędność okien to – ujmując rzecz najprościej – zdolność do powstrzymywania zgromadzonego w budynku ciepła przed przenikaniem przez barierę, jaką stanowi m.in. okno. Okno energooszczędne stanowi tamę dla ciepłego powietrza gromadzącego się w naszych domach i mieszkaniach, chroniąc je przed szybkim wyziębianiem (stratami energii cieplnej). Im mniejsze są te straty ciepła, tym mniej energii wymaga dane wnętrze do ogrzania go do poziomu zapewniającego komfort cieplny. Okna starego typy stanowiły całkowite zaprzeczenie energooszczędności. Przez jedno, czy nawet dwa skrzydła, ciepło przenikało bez najmniejszego problemu. Dopiero szyby zespolone okazały się stanowić barierę zapewniającą naprawdę dobre efekty. Co zadecydowało o powodzeniu tego rozwiązania?

Kluczem do sukcesu szyb zespolonych i budowanych z ich użyciem okien okazała się – jak w wielu innych przypadkach – zwykła fizyka. Nie od dziś wiemy, że za przechodzenie ciepła przez przegrodę odpowiadają trzy zjawiska fizyczne, którymi są:

• przewodnictwo,
• konwekcja,
• promieniowanie.

W przypadku stolarki okiennej wszystkie te trzy procesy po zsumowaniu dają wartość określaną za pomocą litery „Uw”, a oznaczającą współczynnik przenikania ciepła. Współczynnik ten określany jest jako ilość energii (a właściwie mocy) przechodzącej przez 1 m² przegrody, przy różnicy temperatur pomiędzy obiema stronami przegrody ( wewnątrz / zewnątrz) na poziomie 1 K.

Pojedyncza, a nawet podwójna szyba nie stanowiła przegrody wystarczająco mocnej, by znacząco zahamować proces przenikania ciepła. Jednak wzięcie pod uwagę każdego ze wspomnianych wyżej zjawisk, pozwoliło stworzyć rozwiązanie, które tworzy przegrodę o naprawdę wysokiej skuteczności. Rozwiązaniem tym są właśnie szyby zespolone.

W jaki sposób ciepło przenika przez okna? Które zjawiska są odpowiedzialne za to zjawisko?

Żeby zrozumieć, na czym polega energooszczędne działanie szyb zespolonych, koniecznie trzeba nieco bliżej poznać zjawiska składające się na współczynnik przenikania ciepła. I tak:

• przewodnictwo to przekazywanie ciepła w obszarze jednego ciała lub pomiędzy dwoma różnymi ciałami pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie;
• konwekcja polega na przekazywaniu ciepła pomiędzy powierzchnią ciała stałego a płynem lub gazem;
• promieniowanie to inaczej przekazywanie ciepła pomiędzy dwoma ciałami o różnych temperaturach.

Ważnym zjawiskiem towarzyszącym promieniowaniu jest emisyjność. Emisyjność pozostaje w proporcji do promieniowania i im jest niższa, tym mniejsza ilość ciepła jest przekazywana. Z emisyjnością być może zetknęliście się już przy okazji wyboru okien. Wartość ta podawana jest czasem dla szyb – zwłaszcza tzw. szyb niskoemisyjnych. Szyba niskoemisyjna ma na celu zwiększenie siły bariery, jaką tworzy okno. Bariera ta blokuje promieniowanie cieplne próbujące wydostać się z budynku na zewnątrz (element współtworzący energooszczędność okien) oraz promieniowanie cieplne próbujące przenikać z zewnątrz do wnętrza budynku (ochrona przed nagrzewaniem się od słońca). Czy warto szukać okien z szybami niskoemisyjnymi wysokiej jakości, w rodzaju naszych okien Gold Energy z szybami Pilkington? Niech za odpowiedź posłuży Wam to proste porównanie:

W praktyce stanowi to różnicę pomiędzy komfortem, a koniecznością używania latem rolet lub żaluzji w celu odcięcia domu czy mieszkania od intensywnych promieni słonecznych.

Co decyduje o energooszczędności okien? W jaki sposób nowoczesna stolarka okienna jest w stanie zmniejszać straty ciepła?

Inżynierowie i projektanci pracujący nad nowoczesnymi oknami, drzwiami tarasowymi czy balkonowymi, do stworzenia produktów o wysokiej energooszczędności wykorzystują opisywane wyżej zjawiska fizyczne oraz wiedzę o tym, co możemy obecnie zmienić, a na co przy obecnej technologii nie mamy żadnego wpływu. Wiemy, że nie mamy obecnie żadnego wpływu na tzw. współczynniki powierzchownej wymiany ciepła, czyli na wymianę ciepła pomiędzy szybą zewnętrzną a otaczającym ją powietrzem. Tu wszystko przebiega naturalnie. Możemy natomiast mocno zaingerować w wymianę ciepła pomiędzy dwoma sąsiadującymi ze sobą taflami szkła w szybie zespolonej, czyli we wnętrzu okna. I to właśnie tam tkwi cały sekret energooszczędności. Czynniki takie jak:

• rodzaj zastosowanej szyby (z powłoką niskoemisyjną lub bez),
• odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi szybami (w oknach jednokomorowych będą to jedyne dwie szyby, w trzykomorowych będą to dwie z trzech szyb użytych do budowy szyby zespolonej),
• rodzaj gazu szlachetnego wypełniającego przestrzeń pomiędzy szybami (może to być argon lub na przykład krypton),
• rodzaj ramki dystansowej znajdującej się pomiędzy szybami w przestrzeni międzyszybowej

współdecydują o tym, z jakim poziomem energooszczędnością okna będziemy mieć do czynienia. Może to być standardowe okno z szybami o współczynniku Ug= 1,1W/(m²*K), a może być okno energooszczędne w rodzaju naszego modelu Gold Energy o współczynniku przenikania ciepła na poziomie Ug=0,5(W/m²*K). Wybór, dla troszczących się o niskie koszty ogrzewania i komfort cieplny domowników, zdaje się oczywisty.