Kiedy wreszcie nadejdzie koniec aluminium w zespoleniu krawędzi szyby? Ciepła ramka przyczynia się do obniżenia kosztów energii

Wiele osób z pewnością pamięta: światowy kryzys energetyczny w roku 1973 po raz pierwszy skierował uwagę na wydajność energetyczną budynków. Wraz z wprowadzonym w roku 1977 rozporządzeniem w sprawie izolacji termicznej wszedł w życie zakaz pojedynczych szyb okiennych, szkło powlekane stało się niejako natychmiastowym standardem, a wartość U_w spadła przeciętnie z 4,7 W/(m²K) do 2,7 W/(m²K) [1].

Dzisiaj horrendalne wzrosty cen energii wywołane wojną w Ukrainie, niedoborami w zaopatrzeniu spowodowanymi koronawirusem i napiętą sytuacją podaży, wyniosły energetyczną optymalizację budynków ponownie na pierwszy plan programu działań ustawodawców i przemysłu budowlanego. Co w tej sytuacji może wnieść ciepła ramka? Christoph Rubel zajmujący stanowisko European Technical Manager w firmie Edgetech Europe GmbH, która w Heinsberg (Niemcy) produkuje z pianki silikonowej elastyczne ramki dystansowe Super Spacer® dla wielu państw europejskich, podsumował najbardziej istotne fakty. Jego wniosek: Ciepła ramka jest koniecznością, ponieważ rozpatrując cały okres użytkowania okna, nawet małe pożeracze energii sumują się w olbrzymią jej stratę. 

Dla poprawy wartości współczynnika U_w istnieje jeszcze solidny potencjał.

Nowoczesne izolacyjne szyby zespolone jako potrójnie oszklone z termicznie zoptymalizowaną krawędzią osiągają wartości do 0,5 W/(m²K). Z badania organizacji VFF„Verband Fenster + Fassade” wynika [1]: Przeciętna wartość 1,1 współczynnika U_w dla ostatnio wykazanego okresu czasu pomiędzy rokiem 2017 i 2020 jest ciągle jeszcze daleka o standardu budynku pasywnego, który wymaga oszklenia potrójnego z współczynnikiem przenikania ciepła U_w< 0,8 W/(m²K). Tak więc dla termicznej optymalizacji szyb zespolonych istnieje jeszcze znaczny potencjał. Przy tym ciepła ramka jest rozwiązaniem najłatwiejszym do zrealizowania i nie są tu wymagane kosztowne powłoki czy też zmiany w konstrukcji profilu.

Dlaczego jeszcze ciągle są stosowane aluminiowe ramki dystansowe?

To, że konwencjonalne aluminiowe ramki dystansowe tworzą mostki cieplne w zespoleniu krawędzi, które powodują straty cennej energii cieplnej, jest wiadomym od dawna. Ponadto w sezonie zimowym, gdy występują duże różnice temperatur pomiędzy pomieszczeniem i zewnętrznym otoczeniem, powierzchnia szkła w obszarze krawędzi okna z ciepłą ramką jest znacznie cieplejsza; skutkiem tego, prawie wcale nie tworzy się tam kondensacja pary wodnej co znacząco poprawia komfort w pomieszczeniu. Dlaczego więc tak wielu wytwórców okien ciągle jeszcze decyduje się na aluminium? Powodu tego należy szukać przede wszystkim w konkurencji cenowej, a po części powodem jest również to, że niektórzy partnerzy nie są jeszcze świadomi tego, jak znacząca jest przewodność ramki dystansowej szyby zespolonej. Przekonanie, że przewodność ramki dystansowej szyby zespolonej w połączeniu krawędzi współokreśla parametry izolacji termicznej okna, jeszcze nie całkowicie ugruntowało się na rynku. Strata cieplna kwantyfikowana jest wielkością Ѱg (psi g), liniowym współczynnikiem przenikania ciepła w jednostce W/mK. Opisuje on moc strat ciepła na metr mostka cieplnego na stopień różnicy temperatury. Dla poszczególnych ciepłych ramek różnice te są nieznaczne, natomiast rezultaty są jednoznaczne w porównaniu z aluminiową ramką dystansową.

I tak na przykład pianka silikonowa z przewodnością ciepła o wartości tylko 0,15 W/mK posiada 1000 razy mniejszą przewodność ciepła od aluminium. A wzrost ceny za metr bieżący dla ramki dystansowej Super Spacer® wynosi zaledwie kilka eurocentów. Tak więc argument cenowy jest łatwy do obalenia.

Ponadto zautomatyzowana produkcja szyb zespolonych ze wspomaganą robotami aplikacją ramki dystansowej stwarza dodatkową możliwość uzyskania oszczędności po stronie wytwórcy. Elastyczne ramki dystansowe pobierane z rolki są już prefabrykowane w wymaganej szerokości i kolorze. Podczas gdy jedna rolka odwijana jest z aplikatora, oprogramowanie sześć metrów przed końcem sygnalizuje jaki materiał będzie potrzebny jako następny i druga głowica aplikacyjna może zostać zaopatrzona w nową rolkę.

Nie ma czasu oczekiwania na materiał i wymiana rolki w aplikatorze jest również odbywa się szybko: obydwa końce zostają połączone przy użyciu folii samoklejącej i produkcja może być kontynuowana. Ponieważ elastyczne ramki dystansowe już dysponują środkiem osuszającym, izolacją przed przenikaniem pary i klejem akrylowym, w związku z tym odpadają czasochłonne prace przygotowawcze wymagające nakładów personalnych i dodatkowej pracy maszyn. 

W przyszłości jedynie okna z ciepłą ramką będą się kwalifikowały do dotacji finansowych.

Przy zbliżających się decyzjach inwestycyjnych nie należy zapominać o uwarunkowaniach prawnych. W opublikowanym w maju 2022 r. „Planem prac nad wydajnością energetyczną” (Arbeitsplan Energieeffizienz) Federalne Ministerstwo Gospodarki i Ochrony Klimatu w Niemczech wyraźnie zaznaczyło, że w centrum uwagi przy dofinansowywaniu budynków znajdzie się w szczególności wymiana starych okien i drzwi. Jest to sygnał, który powinien się pozytywnie przełożyć na ilość zamówień, ponieważ zgodnie z obliczeniami organizacji VFF „Verband Fenster + Fassade” w powyżej wspomnianym badaniu, ok. 235 milionów okien w zasobach budowlanych wymaga renowacji. Potrójne szyby zespolone mają obecnie ponad 60% udziału w rynku. A udział sprzedanych w roku 2020 okien z „ciepłą ramką” (wielkość psi g = 0,06) szacuje się na 74%.

Co prawda niemiecka Ustawa o energetycznej jakości budynków (Gebäudeenergiegesetz) wprowadza wartość U_w 1,3 W/(m²K) jako minimalne wymaganie dla nowych okien. Jeżeli jednak inwestor chce sobie zapewnić dofinansowanie i dopłaty z niemieckiego Federalnego Urzędu Gospodarki i Kontroli Eksportu (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle – BAFA), wygląda to już zupełnie inaczej. Przy zabudowie potrójnych termoizolacyjnych szyb zespolonych wartość U_w musi wynosić 0,95 W/(m²K) lub być lepsza. Podwójne termoizolacyjne szyby zespolone aktualnie w ogóle nie są dofinansowywane (stan na wrzesień 2022 r.). Jak obrazuje to Ilustracja 2, aluminiowa ramka dystansowa dla większości materiałów ram okiennych nie jest już praktycznym wariantem i z pewnością żadnym długookresowym rozwiązaniem.

Przewidującym jest ten, kto jako producent okien działając perspektywicznie zautomatyzuje produkcję i wprowadzi ciepłą ramkę jako standard. Ponieważ jedno jest pewne: wymogi ze strony ustawodawcy nigdy nie ulegną złagodzeniu.

Jakie korzyści wnosi ciepła ramka w zakresie izolacji cieplnej i kosztów ogrzewania?

Ogólna zasada mówi: różnica 0,04 W/mK wartości psi g oznacza poprawę wartości U_w o 0,1 W/mK. Ilustracja 2 pokazuje, jakie zmiany są możliwe tylko poprzez zmianę konwencjonalnych ramek dystansowych na ciepłą ramkę, w tym przypadku z ramki aluminiowej na ramkę z pianki silikonowej.

Badanie przeprowadzone przez Institut Passivhaus z Darmstadt dla Edgetech Europe GmbH w grudniu 2019 r. dokumentuje zrównoważony rozwój i efektywność ekonomiczną popartą konkretnymi oszczędnościami przy rocznym zapotrzebowaniu na ciepło grzewcze i ślady CO₂ (patrz podsumowanie w Ilustracji 3). Ponieważ od tego czasu ceny energii rosły wykładniczo i są trudno przewidywalne, w tym miejscu nie dokonujemy prognozy pieniężnej wartości oszczędności w czasie eksploatacji okna.

W budynku nisko energetycznym z podwójnym oszkleniem, zgodnie z niemieckim rozporządzenie o oszczędzaniu energii (EnEV) 2016 roczne zapotrzebowanie na ciepło grzewcze zmniejsza się o 5,8%. Uwzględniając lepszą izolację oszklenia potrójnego oszczędność może wzrosnąć do 8,2%. W przypadku aluminiowej ramki dystansowej w budynku pasywnym, w praktyce raczej mało prawdopodobnym, możliwa oszczędność energii przy maksymalnie dopuszczalnym rocznym zapotrzebowaniu na ciepło grzewcze w wysokości 15 kWh/(m²a) wynosi około 22%.

Przyjmując jako podstawę do porównania 11 ton ekwiwalentu CO₂ na mieszkańca i rok za przeciętny ślad CO₂ w Niemczech (dane Federalnego Urzędu Ochrony Środowiska z roku 2021), sama ciepła ramka w oszkleniu potrójnym budynku nisko energetycznego redukuje tę wartość o 1,43%.  Przy zmieniającym się w Niemczech miksie energetycznym na korzyść odnawialnych źródeł energii, te możliwości oszczędzania ulegają zmniejszeniu, ponieważ zmniejsza się także współczynnik emisji ekwiwalentu CO₂. Wartość poniżej jednej tony ekwiwalentu CO₂ na głowę mieszkańca uznaje się ogólnie jako odporny na zmiany klimatu globalny ślad CO₂. Tak więc przed nami jeszcze długa droga, na której ważny jest każdy zaoszczędzony kilogram.

Ponieważ roczne zapotrzebowanie budynku na ciepło grzewcze zależne jest od bardzo wielu czynników takich jak wiek, sprawność izolacyjna, lokalizacja, ustawienie okien, temperatury zewnętrzne i osobiste preferencje użytkowników, nie jest możliwa kalkulacja uzyskania oszczędności przez ciepłą ramkę za pomocą prostej wartości średniej.

Pozostaje wniosek: Energetyczna modernizacja budynków jest sumą wielu drobnych elementów. Ponad 8% możliwych oszczędności energii budynku nisko energetycznym poprzez samą ciepłą ramkę to potencjał, którego nie należy ignorować. Ponadto minimalizacja powstawania rosy i pleśni jak również odczuwalny wzrost komfortu są bezspornym argumentem po stronie termicznie zoptymalizowanej krawędzi szyby. I ostatnia, choć nie mniej ważna sprawa, to olbrzymi potencjał, jaki w sumie daje 235 milionów okien wymagających renowacji.

Materiały źródłowe:

[1] Mehr Energie sparen mit neuen Fenstern (Większa oszczędność energii z nowymi oknami); aktualizacja z maja 2021 r. pracy badawczej „Im neuen Licht: Energetische Modernisierung von alten Fenstern“ (W nowym świetle: Energetyczna modernizacja starych okien), Verband Fenster + Fassade, Frankfurt am Main, i Bundesverband Flachglas e. V., Troisdorf

[2] Energy, CO₂ and cost savings by using Edgetech Super Spacer® TriSeal™ | T-Spacer™ Premium in comparison to aluminium and stainless steel spacer bars in different climates, opublikowane przez Passivhaus Institut Darmstadt na zlecenie Edgetech Europe GmbH, 2019 r.