Wyobraźnia architektów i pomysły inwestorów nie mają granic. To bardzo dobrze – one zapewniają postęp, rozwój i ulepszanie świata, w którym żyjemy. Problem pojawia się wtedy, gdy przepisy i wyobraźnia znacznie wyprzedzają możliwości techniczne, a nie ma w rękach producentów stolarki argumentów na tyle silnych, by zabezpieczyć się przed problemami, wynikającymi z tego pędu do ulepszania, który takie „ulepszanie” zamienia w pogarszanie.
Problemem – który będzie wpływał na pogorszenie jakości stolarki i zwiększał ilość reklamacji - stało się ostatnio połączenie tej wyobraźni z wymaganiami przepisów.
Znowelizowane – z datą obowiązywania od 1 stycznia 2014 roku - Rozporządzenie Min. Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie ustala wymagania dla stolarki budowlanej. Załącznik 2, punkt 1.2, określa wartości współczynnika przenikania ciepła U okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych, a punkt 1 tabeli w tym punkcie podaje maksymalne jego wartości dla okien (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowych i powierzchni przeźroczystych nieotwieranych w pomieszczeniach przy ti >= 16°C
od 01.01.2014 U(max) = 1,3 [W/m2K]
od 01.01.2017 U(max) = 1,1 [W/m2K]
od 01.01.2021 U(max) = 0,9 [W/m2K]
Ta coraz bardziej korzystna dla użytkownika wartość współczynnika U(max) nie powstaje na skutek zapisu w rozporządzeniach, lecz wynika z użytych materiałów i konstrukcji stolarki. Najogólniej rzecz traktując wynika ona z właściwości trzech głównych elementów składowych stolarki – części nieprzezroczystej (ram okna), szyby (lub wypełnienia) oraz ramki szyby zespolonej. Dla tych elementów składowych okna określa się współczynniki przenikania ciepła (Uf, Ug, i ψ). Na współczynnik U(max) wpływają one proporcjonalnie do ich udziału w konstrukcji. Najlepiej więc, aby wszystkie te współczynniki miały możliwie niskie wartości – a najlepiej poniżej wartości wymaganej przepisami. Czy daje się to uzyskać – a jeśli tak, to przy jakich innych wymaganiach technicznych i przy jakim poziomie kosztów?
Odbywa się obecnie wytężona praca dawców systemów nad poprawą izolacyjności profili – dostrzec można już sukcesy, uzyskiwane przez zmianę wzmocnień, zmianę konstrukcji profili, wypełnianie komór materiałem izolacyjnym.
Największy wpływ na izolacyjność okna wywiera szyba – zajmująca przeważającą powierzchnię okna. Poprawa właściwości pakietu szybowego staje się kluczowym elementem poprawy izolacyjności całego okna. Na jakiej drodze można uzyskać tę poprawę?
Przy obecnym poziomie techniki, szyba jednokomorowa (4/16/4) charakteryzuje się współczynnikiem przenikania ciepła na poziomie 1,0 [W/m2 K]. Aby całe okno wyposażone w taką szybę uzyskało współczynnik przenikania ciepła poniżej wartości 0,9 [W/m2 K], ramy okna musiałyby uzyskać współczynniki przenikania ciepła dużo poniżej tej wartości, ramka szyby również powinna lepiej izolować niż obecnie najlepsze ramki.
Zastosowanie szyby dwukomorowej (np. 4/16/4/16/4) o współczynniku przenikania ciepła na poziomie 0,5 – 0,6 [W/m2 K] pozwala na stosowanie w oknie, które spełni wymagania przepisów po 1 stycznia 2021 konstrukcji ram, mających współczynnik przenikania ciepła na poziomie 1,1 – 1,3 1,0 [W/m2 K]. Takie rozwiązanie posiadają obecnie niektórzy producenci okien.
Pojawia się jednak coraz częściej zaniedbywany dotąd problem zachowania okien z tak ciężką szybą. Problem był zaniedbywany, gdyż przy szybach jednokomorowych nie były przekraczane nośności okuć i zgrzewów (ogólnie - połączeń naroży skrzydeł) w skrzydłach zawieszonych pionowo. Pojawiają się tez problemy z oknami przesuwnymi, w których nieprawidłowo podparta szyna jezdna uniemożliwia ich funkcjonowanie.
Graniczne rozmiary skrzydeł podaje każdy producent profili. Obszar dozwolonych rozmiarów skrzydeł mieści się w polu wielokąta o charakterystycznym kształcie. Kształt ten wynika z właściwości mechanicznych elementów
Długość odcinka AB określa maksymalną wysokość skrzydła. Ograniczona jest ona właściwościami cieplnymi tworzywa skrzydła. Dość znaczny współczynnik rozszerzalności liniowej PVC ogranicza prawidłowe funkcjonowanie skrzydła, zwiększającego pod wpływem ogrzewania swoje wymiary w stosunku do ościeżnicy – częściowo schowanej w murze i w obróbce montażu okna, a więc nie ogrzewanej tak mocno przez słońce.
Długość odcinka BC ogranicza maksymalną szerokość skrzydła przy maksymalnej jego wysokości. Przy tak połączonej wysokości (odcinek AB) i szerokości (odcinek BC) osiąga się dopuszczalną nośność okucia.
Zwiększenie szerokości skrzydła (odcinek dD) zmusza do zmniejszenia jego wysokości (według odcinka CD), aby nie przekraczać nośności okucia.
Maksymalna szerokość skrzydła (odcinek dD) w połączeniu z dopuszczalną dla tej szerokości jego wysokością (odcinek Ad) wynika z nośności naroży (np. dla profili PVC z nośności zgrzewów) i jest różna dla poszczególnych profili nawet tego samego systemu.
Minimalna wysokość skrzydła (odcinek Ae) przy jego maksymalnej szerokości wynika z momentu siły jaki działa na górny zawias, mogącego wyłamać skrzydło z ościeżnicy.
Z tego samego powodu dalsze zmniejszanie wysokości skrzydła musi wiązać się ze zmniejszaniem jego szerokości. To ograniczenie określa odcinek AE.
Diagramy takie jak powyższy powstawały w czasie, gdy zespolona szyba jednokomorowa wydawała się maksymalnym osiągnięciem technicznym, a problem wzrostu jej wagi nie zaprzątał uwagi techników.
Co stało się z wagą szyby montowanej do skrzydeł? Jaką masę unoszą okucia? Przeanalizujmy na przykładzie drzwi balkonowych o niewielkich wymiarach 1,1m x 2,2m (szyba 1,0 m x 2,1m) Przyjęto masę profili, wzmocnień i okucia – ok. 20 kg.
Masa skrzydła:
- z szybą 4/16/4 (20 kg/m2) 62 kg
- z szybą 4/16/4/16/4 (30 kg/m2) 83 kg
- z szybą 6/16/4/16/4 (35 kg/m2) 93,5 kg
- z szybą 44.1/14/4/14/6 (45 kg/m2) 114,5 kg
Okucia i konstrukcje, których nośność określano na 100 kg, dla szyby jednokomorowej posiadały 38% „zapasu” (nośności przewyższającej obciążenie).
Dla szyby dwukomorowej (4/16/4/16/4) „zapas” zmalał do 17%, dla szyby dwukomorowej o nieco podwyższonej izolacyjności akustycznej – zmalał do 6,5%, a dla bezpiecznej – nośność zostaje przekroczona. A przecież obecnie drzwi balkonowe o wysokości 2,5 m i szerokości skrzydła 1,4 czy 1,5 m, a więc większe i cięższe niż wyżej opisane – to drzwi często spotykane.
Problem jest znany – ale pomijany lub zaniedbywany. Gdy dokładnie przeczyta się katalogi dostawców okuć – ograniczenia masy skrzydeł dla poszczególnych garniturów okuć są w nich zamieszczone. Ale może zapisane są zbyt małymi literami. A może wszyscy przyzwyczajeni do dotychczasowych rozwiązań, są przekonani, że nic się nie zmieniło. Dzwonek alarmowy odzywa się po pierwszej poważnej reklamacji.
Jakie są objawy przeciążenia skrzydła? Pierwszy – zauważalny, to pogorszenie pracy okuć (silne zacieranie się rolek o zaczepy) i niemożliwość wyregulowania skrzydeł po montażu okna w budynku. Poddane większym obciążeniom skrzydło deformuje się ciągle, zmieniając swój kształt i utrudniając otwieranie. Kolejna regulacja nie rozwiązuje problemu, gdyż skrzydło zmienia swój kształt (a przecież wpływ na funkcjonowanie skrzydła mają tu pojedyncze milimetry), tak długo, aż oprze się o dolną część ościeżnicy. Równocześnie może następować deformacja nożycy górnego zawiasu i częściowe przekrzywienie wkrętów jakimi zamocowano zawias w ościeżnicy.
Nie do pominięcia jest również zmiana właściwości mechanicznych samego tworzywa – jakim jest twarde PVC. Poprawa składu mieszanki, zwiększająca izolacyjność termiczną, odbija się w niektórych przypadkach na wytrzymałości mechanicznej. Aprobaty Techniczne ITB dla stolarki wymagały kontroli nośności zgrzewów. Obecnie, norma „okienna”, nawet nie wymienia numeru normy opisującej badanie nośności narożników – pozostawiając badanie całkowicie w gestii producenta stolarki i jego zakładowej kontroli produkcji. Zanika w ten sposób kolejne źródło informacji o właściwościach mechanicznych, które byłoby ostrzeżeniem przed przeciążaniem skrzydła.
W skrajnym przypadku – przy niektórych sposobach montażu ościeżnicy w murze - może następować wygięcie górnego naroża ościeżnicy w płaszczyźnie okna, powodujące ocieranie skrzydła o ościeżnicę, na skutek jego przekoszenia.
W dłuższym okresie, nawet gdy objawy przeciążenia nie pojawiają się natychmiast po montażu okna – to zmniejszenie „zapasu” nośności odbije się na trwałości okucia.
W technice – zmiana jednej z właściwości, łączy się ze zmianą pozostałych, jak się okazuje nie mniej ważnych. Poprawa izolacyjności termicznej okna poprzez dodane drugiej komory do szyby zespolonej, obok wymienionych powyżej trudności powoduje:
- rosnące wymagania dla słupka stałego lub ruchomego, ze względu na większą powierzchnię okna podawanego obciążeniu wiatrem,
- konieczność ponownego określenia właściwości użytkowych okien i drzwi dla deklarowania ich w sposób wymagany przez przepisy prawa.
- konieczność mechanizacji prac transportowych i montażowych z ciężarami przekraczającymi możliwości człowieka (o często łamanych tu przepisach nawet nie wspominam).
Równocześnie z poprawą izolacyjności termicznej stolarki poprawiana jest izolacyjność złącza stolarki z konstrukcją budynku („montaż”). Tu pojawia się następna gama problemów – podłożenie pod okno materiałów izolacyjnych („ciepłe parapety” w najróżniejszych ich formach), stawia dla tych materiałów izolacyjnych również wymagania mechaniczne. Okno przesuwne, jadące po wadliwie wykonanym podłożu zachowuje się jak kołyszący się i zacinający wagonik kolejki wąskotorowej.
Konieczne jest opracowanie metody oceny posadowienia okien o dużym ciężarze skrzydeł, aby montażyści mogli unikać reklamacji z powodu wad montażu. Laboratorium Techniki Budowlanej z Dąbrowy Górniczej dopracowuje metody pomiarów i oceny tych rozwiązań. Jest to ważne tym bardziej, że równolegle pojawiają się najdziwniejsze dokumenty, podające – chyba trzeba powiedzieć „bałamutne” – wyniki badań, nie odnoszące się do rzeczywistych właściwości tych rozwiązań, a sugerujące użytkownikowi ich prawidłowość.
Andrzej Żyła
OKNO nr 2/2016
