Automatyka okien

Automatyzacja otwierania i zamykania okien fasadowych i dachowych oraz naświetli pozwala na komfortowe, codzienne wietrzenie pomieszczeń, pomimo ich usytuowania w miejscach niedostępnych dla bezpośredniego , ręcznego otwarcia lub zamknięcia. Możliwość taką uzyskuje się m.in. dzięki zastosowaniu otwieraczy/zamykaczy z automatycznym napędem (głównie elektrycznym), sterownych z poziomu posadzki, przy czym występują także rozwiązania ze zdalnym sterowaniem. Dodać jeszcze należy, że problematyka automatyzacji otwierania i zamykania obejmuje również okna wielkogabarytowe o dużej masie.

ZAGADNIENIA OGÓLNE

Sale gimnastyczne i hale sportowe, aule i obiekty widowiskowe, kościoły i terminale oraz inne pomieszczenia, głównie użyteczności publicznej, są zazwyczaj wyposażone w okna i naświetla usytuowane na wysokości uniemożliwiającej ich bezpośrednie otwieranie lub zamykanie z poziomu posadzki. W celu naturalnego wietrzenia lub (w razie takiej konieczności) grawitacyjnego odprowadzenia ciepła i dymu, niezbędne jest zastosowanie urządzeń zwanych popularnie otwieraczami albo zamykaczami. Urządzenia te mogą być wyposażone w napęd   ręczny,  wtedy ich działanie realizowane jest za pomocą dźwigni lub korby, albo w napęd mechaniczny, głównie z zastosowaniem silnika elektrycznego.
Mechaniczne otwieranie okien fasadowych i połaciowych oraz świetlików dachowych wraz z automatycznym sterowaniem znalazło szerokie zastosowanie w ochronie pożarowej budynków, w tym szczególnie w systemach oddymiania. Jednak przedmiotem niniejszej publikacji są tylko automatyczne napędy mechaniczne okien, które  głównie służą do naturalnej wentylacji pomieszczeń.

W nowoczesnym budownictwie występują okna uchylne, rozwierane, przesuwne i obrotowe, wykonane z drewna, metali (stopów aluminium i stali) oraz tworzyw sztucznych, o różnych kształtach, takich jak prostokątne, trójkątne, trapezowe, okrągłe lub łukowe. Napędy powinny więc być przystosowane do otwierania wszystkich wymienionych okien. Ponadto powinny uwzględniać miejsce usytuowania okna, które mogą być instalowane w fasadzie budynku (pionowej lub pochyłej) albo w połaci dachowej.
Współczesna architektura wymaga, aby mechanizmy otwierające były w maksymalnym stopniu zminimalizowane lub ukryte w ramie skrzydła albo ościeżnicy, a także wpasowane w estetykę okna oraz całego obiektu. Ważną sprawą jest możliwość  bezproblemowego zintegrowania automatyki sterowania napędem z istniejącym systemem zarządzania budynkiem.

Najczęściej spotyka się następujące rodzaje napędów mechanicznych:

• łańcuchowe,
• linowe,
• zębatkowe,
• wrzecionowe.

Istotną rzeczą jest miejsce zamontowania mechanizmów napędów na oknie. Zasadniczo wyróżnić można trzy usytuowania:

• na ramie skrzydła,
• na ramie ościeżnicy,
• wewnątrz kształtownika ramy ościeżnicy.

Celem spełnienia wymagań dotyczących szczelności okien, co gwarantuje oszczędność energii w budynku, napędy powinny zapewniać właściwy docisk skrzydła do ościeżnicy. Łączy się to również z  dość ważną problematyką związaną z koniecznością zabezpieczenia skutecznej ochrony antywłamaniowej.

NORMY I WŁAŚCIWOŚCI

Podstawowym dokumentem odnoszącym się do okien jest norma PN-EN 14351-1:2010 Okna i drzwi – Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne – Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowej i/lub dymoszczelności. Określono w niej, niezależnie od materiału z jakiego wykonane są wyroby, właściwości eksploatacyjne, które dotyczą m.in. okien, łącznie z dachowymi, uruchamianymi ręcznie, a także za pomocą napędu. W normie wymieniono okna rozwierane, odchylne, obrotowe i przesuwne, które mogą być:

• całkowicie lub częściowo przeszklone,
• stałe, częściowo stałe lub otwierane,
• z jednym albo więcej niż jednym skrzydłem.

Bezpośrednio w odniesieniu do okien z napędem, przedstawiana norma wyrobu zawiera tylko poniżej wymienione postanowienia.

BEZPIECZEŃSTWO UŻYTKOWANIA

Jednostki napędowe oraz inne okuciowe i elektryczne elementy składowe instalowane w oknach o napędzie elektrycznym należy zaprojektować, badać i kontrolować zgodnie z normą PN-EN 60335-2-103:2005 Elektryczny sprzęt do użytku domowego i podobnego – Bezpieczeństwo użytkowania – Część 2-103: Wymagania szczegółowe dotyczące układów napędowych do bram, okien i drzwi.
Z kolei osprzęt pneumatyczny i hydrauliczny stosowany do napędów okien należy projektować, badać i kontrolować zgodnie z postanowieniami normy PN-EN 12453:2000 Bramy – Bezpieczeństwo użytkowania bram z napędem – Wymagania w odniesieniu do:

• p. 5.2.3 „Hydrauliczne jednostki napędowe”, w którym stwierdza się, że jednostki te powinny przede wszystkim spełniać postanowienia normy EN 982, określającej wymagania bezpieczeństwa dotyczących układów hydraulicznych i ich elementów,
• p. 5.2.4 „Pneumatyczne jednostki napędowe”, w którym stwierdza się, że jednostki te powinny przede wszystkim spełniać postanowienia normy EN 983, określającej wymagania bezpieczeństwa dotyczących układów pneumatycznych i ich elementów.

POZOSTAŁE WYMAGANIA

Napędy elektryczne należy zaprojektować, badać i kontrolować zgodnie z zasadami przedstawionymi w normach:

• PN-EN 61000-6-3:2008 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) – Część 6-3: Normy ogólne – Norma emisji w środowiskach: mieszkalnym, handlowym i lekko uprzemysłowionym,
• PN-EN 61000-6-1:2008 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) – Część 6-1: Normy ogólne – Odporność w środowiskach: mieszkalnym, handlowym i lekko uprzemysłowionym.

Bezpośrednio w odniesieniu do okien z napędem automatycznym lub na same takie napędy służące do otwierania/zamykania okien nie ustanowiono dotychczas żadnych norm, chociaż takie dokumenty opracowano na drzwi z napędem (nawet normę wyrobu).

PRZYKŁADOWI PRODUCENCI I ICH WYROBY

FIRMA D+H POLSKA

Firma D+H Polska oferuje dużą gamę napędów, głównie łańcuchowych, służących do otwierania okien uchylnych i rozwieranych albo dachowych (połaciowych), zarówno drewnianych jak i aluminiowych oraz tworzywowych. W swoich materiałach informacyjnych przedstawia rysunki schematyczne poszczególnych rozwiązań tych wyrobów.

Na rys. 1 i 2 pokazano napędy łańcuchowe typu KA otwierające i zamykające drewniane okna uchylne, przy czym na jednym rysunku mechanizm jest zamontowany na ościeżnicy, a  drugi przedstawia napęd zamontowany na ramie skrzydła. Napędy charakteryzują się dużą siłą pchającą i ciągnącą, osiągającą nawet wartość 500 N, oraz prędkością otwierania do 8,5 s/100 mm i zamykania do 10 s/100 mm. Mechanizm pozwala na maksymalny wysuw do 1300 mm oraz pracę w zakresie temperatur od -5 °C do +75 °C. Napędy te są przewidziane także do stosowania w oknach tworzywowych i aluminiowych.

Rys. 1. Napęd łańcuchowy KA montowany na ościeżnicy okna uchylnego

Rys.2. Napęd łańcuchowy KA montowany na ramie skrzydła okna uchylnego

Przedstawione powyżej typy napędów mogą być również przystosowane do otwierania  i zamykania okien rozwieranych, co ilustruje rozwiązanie pokazane na rys. 3. Parametry techniczne tych wyrobów są podobne do osiąganych przez okna uchylne.
Jak  już w publikacji wspomniano, istnieją także napędy mechanizujące pracę okien dachowych. Firma D+H Polska oferuje w tym zakresie napęd łańcuchowy typu KA montowany na ościeżnicy okna obrotowego, co przedstawiono na rys. 4.  Producent informuje, że napęd ten jest szczególnie przystosowany do montażu w dolnej części ramy ościeżnic okien wytwarzanych przez firmę Roto, a także Velux.

Rys. 3. Napęd łańcuchowy KA montowany na ościeżnicy okna rozwieranego

Rys. 4. Napęd łańcuchowy KA montowany na ościeżnicy okna dachowego obrotowego

W przypadku okien dachowych odchylnych oraz klap dachowych, zaleca się stosowanie napędów zębatkowych typu ZA, również montowanych na ramie ościeżnicy. Ten typ napędów charakteryzuje się bardzo dużą siłą pchającą, która może osiągnąć nawet 1500 N. Standardowa długość zębatki wynosi do 1000 mm, przy czym na specjalne zamówienie można ją zwiększyć do 1200 mm. Także zakres temperatur, w których może działać napęd jest bardzo korzystny, gdyż mieści się w granicach od -25 °C do +55 °C. Deklarowana prędkość otwierania okna może wynosić do 12 s/100 mm, a prędkość zamykania do 14 s/100 mm. Przykładowy napęd zębatkowy przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Napęd zębatkowy ZA montowany na ościeżnicy okna dachowego odchylnego 

Katalog produktów firmy D+H Polska zawiera także napęd łańcuchowy typu CDC, charakteryzujący się możliwością jego montażu wewnątrz kształtownika ościeżnicy okna uchylnego. Napęd o wymiarze przekroju poprzecznego 35 x 30 mm jest przystosowany do montażu w aluminiowych kształtownikach większości systemów okiennych. Jest szczególnie zalecany do okien instalowanych w obiektach, w których istotną rolę odgrywa estetyka elementów otworowych. Dodatkową zaletą takiego rozwiązania jest cicha praca napędu oraz możliwość indywidualnego programowania wysuwu łańcucha i uchyłu skrzydła okna, maksymalnie do 600 mm. Przykładowy napęd łańcuchowy typu CDC przedstawiono na rys. 6.

Rys. 6. Napęd łańcuchowy CDC z możliwością montażu wewnątrz kształtownika ościeżnicy okna

FIRMA GEZE

Kolejny producent napędów okiennych – firma Geze wykonuje elektryczne systemy przewietrzania oraz odprowadzania dymu i ciepła, gwarantujące niezawodność oraz bezpieczeństwo działania. W szerokiej ofercie znajdują się łatwe w montażu i obsłudze elektryczne napędy łańcuchowe oraz przylegające do konstrukcji skrzydła elektryczne napędy wrzecionowe o dużej mocy, a także napędy linowe, umożliwiające elektryczne sterowanie nożycowymi otwieraczami naświetli.

Napędy łańcuchowe do systemów elektrycznego przewietrzania typu RWA są nowoczesnym rozwiązaniem stosowanym do bezpośredniego uruchamiania procesów otwierania i zamykania okien uchylnych, odchylnych, rozwieranych, dachowych i kopuł świetlikowych. W zależności od rodzaju zapewniają szerokość otwarcia (tzw. skok) od 200 mm do 900 mm oraz siłę ciągnienia w zakresie od 250 N do 400 N. Napęd może być montowany na ościeżnicy lub na ramie skrzydła okna. Przykładowy napęd łańcuchowy otwierający okno uchylne przedstawiono na fot. 1.

Fot. 1. Napęd łańcuchowy GEZE zamontowany na ościeżnicy okna uchylnego

Nowymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi firmy Geze, zapewniającymi dodatkową ochronę i bezpieczeństwo w trakcie realizacji przewietrzania pomieszczeń, szczególnie z zastosowaniem dużych okien uchylnych lub rozwieranych, są napędy ryglujące typu E905/E906 oraz Power lock.

Napędy te gwarantują spełnienie wymaganych standardów w zakresie odporności na obciążenie wiatrem i skutecznego zachowania szczelności na przenikanie wody opadowej. Dodatkowy układ ryglujący, oprócz siły utrzymującej właściwego napędu, zapewnia bardzo wysoką szczelność zamkniętego okna, również w odniesieniu  do wymagań akustycznych. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu maksymalnie czterech punktów ryglujących i siły zamykania 400 N - w przypadku napędu typu E905/E906 lub maksymalnie sześciu punktów ryglowania i siły zamykania 600 N – przy napędzie typu Power lock. Same napędy mogą być montowane zarówno na ościeżnicy, jak i na ramie skrzydła okna. Przykładowe okno uchylne z zamontowanym napędem ryglującym firmy Geze pokazano na fot. 2.

Fot. 2. Przykładowe okno uchylne z napędem ryglującym GEZE

FIRMA G-U

Firma G-U (Gretsch Unitas) oferuje szeroki program systemów mechanicznego otwierania i zamykania okien oraz naświetli przy pomocy napędów łańcuchowych lub wrzecionowych. Umożliwia to komfortowe codzienne wietrzenie pomieszczeń z zainstalowanymi różnymi typami okien, takimi jak uchylne, odchylne i rozwierane, w kształcie prostokąta, trapezu, trójkąta lub okrągłe, otwierane na zewnątrz albo do wewnątrz pomieszczeń.

Przy pomocy wymienionego powyżej asortymentu napędów można otwierać i zamykać w automatyczny sposób okna drewniane, tworzywowe oraz aluminiowe z poziomu posadzki, a także stosując zdalne sterowanie.

Wartym przedstawienia jest system zamykaczy/otwieraczy okien uchylnych i naświetli typu VENTUS wraz z napędami ELTRAL, które są przeznaczone do stosowania w pionowej zabudowie fasad budynków. Występują napędy łańcuchowe, oznaczone jako ELTRAL K i napędy wrzecionowe, oznaczone jako ELTRAL S. System umożliwia bezstopniowe uchylanie skrzydła okna do szerokości otwarcia 300 mm, co gwarantuje skuteczne przewietrzanie pomieszczeń i może sterować większą ilością napędów okiennych. Przykładowe tego typu rozwiązanie ilustruje fot. 3.

Fot. 3. Przykładowe okno uchylne z zamykaczem VENTUS F 200

Ponadto prezentowane napędy cechują się m.in.:

• większym dociskiem skrzydła, uzyskanym dzięki zastosowaniu automatycznego zaryglowania rozwórki,
• podwyższonym bezpieczeństwem antywłamaniowym, wynikającym z użycia zasuwnic narożnikowych JET w niewidocznej obwiedni centralnej,
• ułatwionym zakładaniem oraz rozpinaniem rozwórki, co pozwala na szybkie umycia okna.

Zamykacze okien i naświetli VENTUS, charakteryzujące się małą wysokością i płaską zabudową wymagają niewiele miejsca, przez co doskonale wpasowują się w architekturę okna. Ponadto, wymienione już w powyższej charakterystyce zalety, zapewniają osiągnięcie przez okno właściwej szczelności, co z kolei umożliwia spełnienie wymagań związanych a oszczędnością energii w budynku. Na fot. 4 przedstawiono wygląd rozwórki stosowanej w zamykaczu typu VENTUS F 200.
Dodać jeszcze należy, iż wszystkie oferowane przez firmę G-U systemy zamykania okien i naświetli umożliwiają bezproblemowe zintegrowanie ich sterowania z istniejącymi systemami zarządzania budynkami.

Fot. 4. Rozwórka stosowana w zamykaczu VENTUS F 200

FIRMA FAKRO

Producent okien dachowych – firma Fakro, posiada w swoim asortymencie wyrobów również napędy, zwane siłownikami, służącymi do otwierania i zamykania okien obrotowych i uchylno-obrotowych o dowolnych, w tym nietypowych wymiarach. Są to siłowniki łańcuchowe typu ZWS 12 i ZWS 230, charakteryzujące się małymi wymiarami gabarytowymi, ale dość dużą siłą. Poleca się je szczególnie do sterowania oknami dachowymi, gdyż są m.in. wyposażone w wewnętrzne zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe, działające jak detektor prawidłowego domknięcia skrzydła okna. Przykładowy siłownik typu ZWS 12 przedstawiono na fot. 5.

Fot. 5. Siłownik (napęd) okienny typu ZWS12 firmy Fakro

Prezentowane wyroby cechują następujące parametry techniczne:

• wysięg łańcucha  - 240 do 360 mm,
• napięcie zasilania  - 15 VDC lub 230 VDC,
• prąd znamionowy  - 0,36 A lub 0,12 A,
• siła wypychania łańcucha  - 200 N,
• prędkość przesuwu łańcucha  - 4,25 mm/s do 9,7 mm/s, 
• zakres temperatur  -9 °C do +50 °C.

Jak już powyżej podano, siłowniki typów  ZWS 12 i ZWS 230 przeznaczone są do stosowania w dachowych oknach obrotowych, jak np. oknach sterowanych elektrycznie Z-Wave. Okna takie są już fabrycznie wyposażone w siłownik oraz centralkę i transformator, co umożliwia ich zdalne otwieranie i zamykanie, w tym przy pomocy pilota. W skład zestawu wchodzą jeszcze czujniki deszczu, które automatycznie uruchamiają funkcję zamykania skrzydeł podczas opadów atmosferycznych. Zainstalowane w połaci dachowej okna Z-Wave z siłownikami ZWS pokazano na fot. 6.

Fot. 6. Okna sterowane elektryczne Z-Wave firmy Fakro

Literatura                                                                                                               
Normy: PN-EN 14351-1:2010, PN-EN 60335-2-103:2005,
PN-EN 12453:200, PN-EN 61000-6-3:2008, PN-EN 61000-6-1:2008
Katalogi i materiały informacyjne firm: D+H Polska, GEZE, G-U, FAKRO

  inż. Zbigniew Czajka

OKNO 2/2015