Прозоречни системи

Прозоречните технологии с всяка изминала година стават все по-интелигентни. Площта на стъклото ще е още по-забележима при прозорците в жилищните сгради. Профилните системи ще стават все по-тънки и лъскави, като отстъпват повече пространство на стъклопакета. Това спомага за постигане на по-голяма осветеност на помещенията. Тя влияе на естетиката на интериора и на пестенето от изкуствено осветление през светлата част от денонощието. Високата енергийна ефективност в съчетание с якост, дълготрайност и естетически показатели е отличителна характеристика за съвременните прозоречни системи от висок клас. Нововъведението с вграждане на фибростъкло в PVC-прозорците пък отговаря на нуждата от по-висока якост, така важна за увеличаването на размерите на остъклението. Прозорците с вградено фибростъкло могат да са много по-големи от тези, изработени само от PVC, без това да води до технически проблеми. Става възможно вграждането на големи прозорци и използване на тройни стъклопакети. Една такава прозоречна система може да постигне до 76% намаляване на енергийните загуби през прозорците в сравнение със старите дървени прозорци, благодарение на енергоефективните си характеристики. Осигурява се много нисък коефициент на топлопроводност, което в съчетание с качествен стъклопакет може лесно да покрие стандарта за нулево енергийна сграда от 2018 година. От друга страна се създава уют, намалява се шума, запрашеността и се повишава сигурността на дома. При висококачествените прозорци се достига до 50dB шумоизолация. Уплътняването пък значително намалява проникването на прахови частици в домовете.

Изисквания за енергийна ефективност
Предизвикателството с прозоречните системи в нулево енергийните сгради в Западна Европа е огромно. Все повече се говори за прозорците на Pаssivhaus - „Пасивната къща“-къща с пасивно отопление, която е развитие на концепцията за т.нар. нискоенергийна къща. Прозорецът е „ахилесовата пета“ на топлоизолацията. Това е мястото, откъдето се губи най-много топлина. Загубите на топлина в сградите през прозорците са от 40% до 60% от общите загуби в зависимост от климатичните условия. При прозорците топлопроводимостта се осъществява чрез следните три вида топлообмен. Топлопроводимост в непрозрачните конструктивни елементи - рамки, каси, крила и др. Конвекция във въздушното пространство между стъклата и по външната и вътрешната им повърхност. Лъчеизпускане от повърхността на стъклата и от газовия слой между тях. За да се повишат топлоизолационните качества на прозорците, трябва да се понижат топлофизичните стойности на всяка една от величините на топлообмена, поотделно за двата конструктивни елемента-профилна част и остъкляване. В строителството за стойностно определяне на преминалата топлина през съответния елемент на ограждаща конструкция, се използва коефициента на топлопреминаване - U (W/m2.K). Коефициентът показва колко добре даден материал предотвратява топлинните загуби, т.е. движението на топлината отвътре навън. Колкото по-нисък е той, толкова по-добра е прозоречната система. За да се оцени вярно топлотехническото поведение на системата от профил и остъкляване, трябва да се измерят индивидуалните стойности и да се изчисли общия коефициент. Стойностите на коефициентите се доказват от производителя или вносителя на конструкцията-остъкляването, с декларация за съответствие от изпитване на типа за доказване на съответствието на продукта със синхронизираните български стандарти - БДС EN. Тя съдържа следната информация. Коефициент на топлопреминаване на сглобения образец - Uw. Коефициент на топлопреминаване на остъкляването - Ug. Коефициент на топлопреминаване на рамката - Uf. Коефициент на енергопреминаване на остъкляването - g. Радиационни характеристики - степен на светлопропускливост и спектрална характеристика. Въздухопропускливост на образеца. Водонепропускливост. Защита от шум.

Съгласно последните изменения в „Наредбата за енергийната ефективност на сгради“ от 2015 година, референтните стойности на коефициента за топлопреминаване на прозоречни системи - Uw, е 1,4W/m2.K за прозорци от PVC и 1,7W/m2.K за алуминиеви прозорци.

Стъклопакети
Стъклопакетите започват да се произвеждат още през 30-те години на миналия век заради високите им топло- и звукоизолационни свойства. Днес те намират широко приложение в строителството. Стъклопакетът е конструкция от две или три стъкла, разделени едно от друго чрез промеждутъчно разстояние. В формираните кухини между стъклата се помества изолиращ газ, който може да бъде изсушен въздух или инертен газ-аргон или криптон. Стъклата са херметически затворени по краищата в една обща конструкция. Стъклопакетите имат различна дебелина, която се определя от дебелината на стъклата и разстоянието между тях. За обезпечаване на надеждността на конструктивния елемент, от голямо значение е качествената херметизация на стъклопакета. За остъкляване на прозорци най-често се използват стъклени плоскости с дебелина от 2.5mm до 4mm. За прозорците с по-голяма площ се препоръчва дебелина от 6 до 10mm. Колкото по-високо е разположен един прозорец, толкова по-голяма трябва да е дебелината и по-малка площта на стъклото. От гледна точка на енергийната ефективност по-често в стъклопакетите се използва нискоемисионно стъкло. То представлява флоатно стъкло със специално прозрачно, нискоемисионно покритие, нанесено по пиролитичен или вакуумен метод от едната страна на листа по време на производството. Покритието е от калаени и сребърни оксиди. В зависимост от технологията на нанасяне то бива - Hard coating - „твърдо“ при К-стъклото, и Soft coating - „меко“ - при I-стъклото. И двата типа са разработени с цел да съхраняват топлината през зимата и прохладата през лятото. Тези стъкла обезпечават навлизането в помещението на късите слънчеви лъчи и в същото време възпрепятстват излизането навън на дългите топлинни вълни от отоплителните тела или от трансформираната слънчева светлина. Заради тази избирателност нискоемисионните стъкла се наричат още селективни. Благодарение на тях разходите за електроенергия се намаляват с 30-60%. Двата типа стъкла се отличават по метода на получаване и топлопоглъщащата си способност.

Слънцезащитните стъкла намаляват пропускането на светлината в помещенията. За постигането на тази цел в разтопената изходна смес са включени специални добавки - пигментни метални оксиди. Последните определят цвета на стъклото, както и неговите светлопропускащи, светлоотразяващи и енергийни свойства. Тонираните стъкла частично поглъщат слънчевите топлинни лъчи. Те пропускат 65-75% от светлината и 30-35% от ултравиолетовите лъчи. При еднакъв химичен състав, способността на слънцезащитните стъкла да пропускат, поглъщат и отразяват светлината зависи от дебелината им. Слънцезащитните стъкла се разделят на две групи-избирателно отразяващи и избирателно поглъщащи топлинното излъчване.

Избирателно отразяващите представляват безцветни или тонирани стъклени плоскости. При тях върху едната страна при производството им е нанесен тънък прозрачен слой от метални оксиди, керамични или полимерни химични съединения. Той определя свойството на стъклото да отразява по-голяма част от попадащите върху него лъчи. При избирателно поглъщащите стъкла върху разтопената стъклена маса са нанесени кристали от метал или метални оксиди, поглъщащи част от слънчевите лъчи. Високият процент на пропускане на светлината и ниския на инфрачервените лъчи в зависимост от дебелината на стъклата, създават уют и комфорт през летните месеци в помещенията. Намаляват се също и разходите за охлаждане.

Ефективно остъкляване се постига и с високо енергийните ламинирани-пластови, стъкла. Те представляват две или повече стъкла, които са слепени по между си с еластично и устойчиво на разкъсване ламиниращо фолио с дебелина 0,38mm или 0,76mm. Отделните пластове може да са направени от стъкло от един или от друг вид. Например, равно или огънато, в зависимост от формата. Фолийното ламиниране е двустадиен процес. След сглобяването стъклените плоскости се подлагат на предварително ламиниране-„студено изправяне“ в специална ролкова машина. След това се нагряват до 80-90°C за да се осъществи „термично изправяне“. Ламинирането не увеличава механичната здравина на стъклото. Напротив, прави го по безопасно. При счупване отделните парчета стъкла остават да висят, защото са свързани с еластично ламиниращо фолио. Основните предимства са защита и безопасност, добра звукоизолация, спиране на ултравиолетовите лъчи. Енергийните загуби намаляват още повече, ако металното фолио на селективното стъкло се нанесе върху вътрешните повърхности на двете стъкла от стъклопакета. Енергийната ефективност се получава и чрез заместване на въздуха от пространството на стъклопакета с инертен газ с ниска топлопроводимост-аргон. Той е по-плътен газ в сравнение с въздуха. В резултат на конвекцията и топлоотдаването в стъклопакета се намаляват топлинните загуби. С газовете криптон и ксенон се получава още по-добра изолация. Причината е по-доброто влияние на топлопроводността и плътността на тези газове, върху топлопроводността на пространството между стъклата. Нискоемисионните стъкла също подобряват действието на инертния газ между стъклата в стъклопакета. Енергийното ефективно остъкляване зависи не само от вида на стъклото. Основни приоритети при прозоречните технологии в Европа, са по-високите изисквания за коефициента на топлопроводност(U) отнасящ се за прозрачни ограждащи конструкции за жилищни и нежилищни сгради. Това е коефициентът на топлопреминаване на завършената прозоречна система - Uw. Той може да бъде 1,9-0,8W/m2.K. Съвременните прозоречни системи трябва да допринасят за намаляване на енергийните загуби и за увеличаване използването на възобновяеми енергийни източници. При високоенергийното ефективно остъкляване коефициентът на топлопреминаване е 0.8-1,2W/m2.K. При „Пасивната къща“ в Германия изискването е коефициентът на топлопреминаване през прозорците - стъклопакет и рамка, да бъде под 0,80W/m2.K. Използваните там стъклопакети задължително са трислойни и запълнени с инертен газ - аргон или криптон. За вътрешно и междинно стъкло се използват, т.нар. К-стъкла със специално повърхностно покритие. Те имат свойството да отразяват инфрачервените лъчи обратно към помещението, а не да ги пропускат безпрепятствено към околното пространство. Профилите са с пет или повече камери.

Най-разпространен в строителството е еднокамерният стъклопакет - две стъкла по 4mm на разстояние 16mm помежду им. В двукамерния стъклопакет - три стъкла, разстоянието между стъклата може да бъде еднакво, но когато е необходимо завишено ниво на звукоизолация се препоръчва използването на различни дебелини на стъклата и разстояния между тях. При тях разстоянието между стъклата в стъклопакета се поддържа постоянно от дистанционер. До него непосредствено е разположено хигроскопично вещество за поемане на влагата, т.нар. молекулярно сито. Дистанционерите се изработват от алуминий и поцинкована стомана, а по-рядко и от пластмаса. Поставени са в долния край на стъклопакета и имат специални дифузионни отвори. В тях е разположено молекулярното сито. То абсорбира най-малките количества влага, преминала в пространството между стъклата. Получават се много ниски температурни точки на оросяване - обикновено около 60°С. Така през зимата се предотвратява образуването на конденз във вътрешността на стъклопакета. За да не се получават температурни мостове, в производството на стъклопакети все повече се използват пластмасови дистанционери. В състава на термопластичната екструдирана пластмаса са включени и изсушаващите хигроскопични вещества.

С херметизацията на стъклопакета се цели осигуряване на здравина и спиране проникването на водна пара в пространството между стъклата. Добро качество се постига с двойна херметизация. За първи херметизиращ състав най-често се използва бутил. Той има най-доброто съпротивление срещу проникването на водна пара. Добрата дифузионна плътност се постига благодарение на малката ширина на бутиловата фуга и ниската газопроницаемост на уплътняващия състав при притискане на стъклата. Но бутиловият херметик не създава необходимата здравина при свързването и запечатването на стъклопакета по ръбовете. Затова се поставя втори херметик от външната страна на стъклопакета. Такива вторични ефективни херметизиращи продукти са силиконите и полиуретаните. Те създават допълнителна дифузионна плътност. Вследствие на еластичността си позволяват съвсем малки конструктивни премествания, предизвикани от температурните промени. С увеличаването на дебелината им се намаляват възможностите за проникване на водна пара в стъклопакета, влияеща на топлоизолационните му свойства.

Профили
Различните материали, от които са направени профилите на прозорците имат различни стойности на топлопроводност. Най-разпространените типове прозоречни системи в момента са системите от многокамерен профил от поливинилхлорид, подсилен със стоманени вложки в комбинация със стъклопакет. Поливинилхлоридът се състои 43% от етилен и 57% от свързан хлор. Екструдираните PVC профили се произвеждат като три-, четири- и пет-камерни. Броят на камерите определя топлоизолационните качества на профила. С увеличавне броя на камерите се увеличава съпротивлението на топлоотдаване и се повишават топлоизолационните характеристики на пластмасовите прозоречни системи. В камерите се осъществява топлопроводимост, конвекция и излъчване. Всяка една от тях изпълнява определена функция - основна, дренажна и монтиране на допълнителни аксесоари. В основната камера се разполага армиращ стоманен профил, който осигурява здравина и стабилност на прозоречната рамка. Дренажната камера отвежда водата, евентуално проникнала през уплътненията при силен дъжд и вятър. Основното й предназначение е запазване на експлоатационните качества на профила. За осигуряване на топлинната изолация и херметичността на прозоречната система по контурите на крилата и рамката се поставят порести уплътнители - EPDM-Ethylene Propylene Diene. Дебелината на стените на профилите, в зависимост от структурата им, може да бъде от 1,5 до 3mm. Ширината на пластмасовия профил може да бъде от 60 до 120mm. Колкото по-широк е профила, толкова той е топлотехнически по стабилен във времето. Коефициентът на топлопроводност на твърдо PVC е 0,15 - 0,20W/m.К.

Добри топлозащитни качества имат и алуминиевите едно- и многокамерни прозоречни профили. Те се произвеждат от трикомпонентна сплав - алуминий, магнезий и силиций. Алуминият определя ниското тегло. Магнезият се използва за повишаване на якостта, а силиция подобрява обработваемостта на сместа.

Алуминиевите прозоречни профили се разделят на студени - за неотопляеми помещения и топли - за отопляеми помещения. Топлият профил се отличава от студения с наличието на термоизолираща вложка, разделяща външната от вътрешната част на профила. В най-разпространения вариант тази вложка представлява две положени полиамидни пластини с дебелина 30mm, армирани със стъкловлакна. Празното пространство между тях е изпълнено с пенополиуретан. Този топъл алуминиев профил има коефициент на топлопреминаване 0,47W/m2K.

Стъклоармираният полиамид спада към групата на слоисто-влакнестите конструктивни композитни материали. Най-използвани като пълнители са стъклото, керамиката и полимерите. Якостта им е от 2 до 32GPa. Съвременна тенденция при алуминиевите профили е намаляване дебелината на стените им и влагане на усилващи фиброкомпозитни материали под формата влакна, нишки, мрежи, ленти и др. Така топлите алуминиеви профили се характеризират с по-нисък коефициент на топлопреминаване - 0.35-0.45W/m2.K, в сравнение с 0.5-0.7W/m2.K за PVC профилите.

Освен пластмасовите и алуминиевите профили в строителството са намерили приложение и дървените. Последните имат най-добри топлоизолационни качества. Коефициентът на топлопроводност на бора и елата с напречно разположени влакна, от които се произвеждат прозорци, е 0,18W/m.К. Дървените прозоречни конструкции се характеризират с по-малка трайност в сравнение с пластмасовите и алуминиевите. Причината е чувствителността на дървото към промените на температурата и относителната влажност в околната среда. Установено е, че дървесните видове лесно се поддават на гниене при конденз по стъклата, т.е. при влажност на материала по-голяма от 18-20%. Този проблем производителите на съвременни дървени прозоречни системи са го решили с използването на технологията на специална слепена дървесина състояща се от три ламели. Прилага се също и развита система от уплътнения и отвори за отвеждане на атмосферната влага по подобие на PVC профилите. Така се изключва възможността за деформация на дървената прозоречната система поради изменение на влажността й през експлоатационния период.

С цел използване предимствата на различните материали и намаляване техните недостатъци, в строителството са намерили приложение комбинираните, прозоречни системи. Най-разпространената комбинирана прозоречна система се състои от дърво и алуминий. Тя съчетава в себе си ниската топлопроводност на дървото и защитните свойства на алуминия.