CUM ALEGEM CORECT FERESTRELE PENTRU CONSTRUCȚIA NOASTRĂ?

Abstract - despre apariția ferestrelor.

Omul primitiv a descoperit sticla în momentul în care a făcut focul pe plaja. Datorita caldurii degajate de foc, nisipul s-a topit. Si spre uimirea oamenilor, cand nisipul lichid si transparent de sub foc s-a racit, s-a si întarit. Bucata transparenta de sticla si-a gasit imediat întrebuintare în viata lui de zi cu zi. Pe langa diferite forme si obiecte de uz, omul si-a dat seama ca poate folosi sticla sa acopere gaura din locuinta lui pe unde ploua, ningea sau batea vantul, dar de care totusi avea nevoie pentru ca sa-i intre lumina. Astfel a inventat prima forma de fereastra.

Odata cu progresul stiintific ferestrele au devenit tot mai bune în rolul pe care îl aveau: sa protejeze interiorul locuintei de intemperiile de afara permitand luminii sa patrunda in interior. În ultimele decenii ferestrele au început sa rezolve tot mai multe probleme legate de separarea celor doua medii: cel exterior necontrolabil si cel interior controlabil.

De ce tinem cont cand alegem ferestrele?

În mod normal o casa pierde aprox. 30% din caldura obtinuta, prin intermediul ferestrelor. În acelassi timp ferestrele au rolul de a capta razele solare, fapt care contribuie la producerea necesarului de energie termica pentru încalzire a unei cladiri si la confortul vizual interior. Acesti trei factori stau la baza performantei unei ferestre. Pierderea de caldura se masoara prin coeficientul U, cantitatea de lumina care trece prin sticla este reprezentata de Vt, iar aportul solar de caldura este factorul g.

În zonele climatice preponderent calde, factorul g este mult mai relevant în selectia tipului de geam, spre deosebire de zonele climatice preponderent reci unde coeficientul U este esential, iar factorul g este aproape nesemnificativ.

Performanta unei ferestre este influentata de: materialele folosite pentru fiecare element de fereastra, de articularea ferestrei, de gradul de etanseitate, de configurarea pachetului de sticla si de perfomanta profilelor ce formeaza rama.

Cand alegem rama trebuie sa fim atenti la materialul din care este produsa. Un material cu o conductivitate termica ridicata, cum ar fi metalele, va permite caldurii din interior sa treaca rapid spre exterior în timpul iernii, iar vara - caldurii din exterior sa treaca rapid spre interior. Un material cu o conductivitate termica mai mica cum ar fi plasticul sau lemnul poate fi mai performant din acest punct de vedere. Sectiunea profilului de rama este foarte importanta. Un numar mai mare de camere de aer dintr-un profil înseamna o eficienta mai ridicata. Daca profilul este plin, atunci o grosime totala mai mare înseamna o performanta mai mare. Daca rama tamplariei este alcatuita din aluminiu sau alt material care este foarte bun conductor de caldura, este esential ca profilul sa fie întrerupt de un material termoizolant între fata interioara si cea exterioara.

Toate aceste mici detalii au impreuna impact foarte mare în performanta ferestrei, si apoi asupra performantei totale a cladirii.

Ce este coeficientul de aport de caldura, si cel de transmitanta vizibila?

Soarele are un anumit spectru de raze pe care le emite si care ajung la pamant. Razele se împart în 3 categorii: raze ultraviolete, razele vizibile si razele infrarosii.

Razele ultraviolete sunt razele ce fac sa se bronzeze pielea, dar pot fi si daunatoare corpului uman. Pot provoca cancer si îmbatranesc pielea daca este expusa prea mult timp.

Razele vizibile sunt cele pe care le percepe ochiul uman. Ele formeaza culorile pe care le percepem în jurul nostru în momentul cand ajung în contact cu obiectele de care se lovesc.

Razele infrarosii sunt razele care în contact cu obiectele din jur le încalzeste prin radiatie.

Pentru a proteja interiorul de aceste tipuri de raze, pe pachetul de sticla se aplica anumite folii. Aceste folii blocheaza partial patrunderea razelor solare în interiorul cladirii. Raportul dintre razele vizibile ce lovesc folia de pe sticla, si cele care trec spre interior se numeste coeficient de transmitanta vizuala. Adica daca toate razele ar trece raportul ar fi 1, iar daca nimic nu ar trece ar fi 0. Similar e si coeficientul de aporturi solare de caldura, doar ca se refera la razele infrarosii. Aplicand o folie care blocheaza razele infrarosii, cum ar fi Low-E, reusim sa pastram o parte din caldura afara - pe timpul verii, si în casa - pe timpul iernii. Însa, acest efect functioneaza la fel si atunci cand avem nevoie de caldura de la soare, cum ar fi pe timpul iernii, cand soarele poate contribui la încalzirea casei. Solutia cea mai optima este sa se calculeze folia în dependenta de insorirea pe timpul iernii a zonei climatice în care se construieste casa. În teorie daca aportul de caldura de la soare, pe timp de iarna, care trece prin sticla spre interior ar fi mai mare decat caldura care poate trece prin sticla din casa spre exterior, ar fi indicat sa renuntam la folie. În practica nu vom avea iarna un aport mai mare din soare prin simplu fapt ca noptile iarna în Romania sunt mai lungi ca zilele, sau perioadele însorite sunt mai scurte decat cele întunecate. O folie Low-E ne ajuta mai sa pastram caldura în interior pe timpul iernii, dar si radiatia din exterior în exterior. În zonele mai calde, folia se poate combina cu o umbrire care pe timpul verii sa opreasca razele directe de la soare, iar pe timpul iernii sa permita soarelui sa încalzeasca casa impreuna cu masele termice pozitionate strategic incalzite pe timpul zilei.

Cum se calculeaza coeficientul U?

Orice material transmite caldura prin el mai repede sau mai încet. Un material care transmite repede caldura provoaca senzatia de rece la atingere într-un mediu normal. Unul prin care caldura trece mai greu da senzatia de cald la atingere. Materialele care transmit repede caldura se numesc conductori de caldura, cum ar fi fierul, aluminiul, cuprul. Aceasta capacitate de a transmite caldura se numeste conductivitate termica, si se masoara cu lambda (λ). Cu cat lambda este mai mare, cu atat caldura trece mai repede prin material. Niste valori de referinta ar fi: aluminiu 205 W/mK, cupru 385 W/mK, otel 50,2 W/mK, beton 0,8-1,7 W/mK, lemn (0,12 – 0,04), sticla 0,8 W/mK, polistiren extrudat 0.029 – 0.039 W/mK, aer 0,023 – 0,024.

Lambda λ impartita la distanta dintre fetele materialului dintre care se întampla trecerea caldurii (adica grosimea materialului) înseamna coeficientul de transfer de caldura U.

O fereastra este alcatuita din mai multe elemente, care la randul lor sunt alcatuite din mai multe material si grosimi diferite, adica au coeficienti de de transfer termic diferiti. Exista 3 elemente care se iau în calcul cand calculam Uw-ul general al ferestrei ( U window):

Uf (U frame) - coeficient de de transfer termic rama

Ug (U glazing) - coeficient de de transfer termic pachet sticla

Ψg (Psi glazing) - coeficient de de transfer termic prin puntea termica care o creaza bagheta pachetului de sticla

Performanta suprafetei vitrate se deduce din coeficientul de transfer al caldurii “valoare U”, care pentru o izolare cat mai buna valoarea trebuie sa fie cat mai mica. Pentru comparatie putem observa diferenta între tipurile de ferestre cele mai întalnite:

Montajul tamplariei.

Performanta unei ferestre poate scadea si de doua ori daca nu sunt montate corect. Este esential ca detaliul de montaj sa fie construit în urma unei simulari virtuale, pentru a putea evalua puntea termica care se creeaza în jurul geamului. Dupa simulare se poate alege pozitia corecta de montaj în adancimea peretelui, aceasta trebuie corelata cu straturile de termoizolare ale peretelui si cele de rezistenta.

Daca din simulare rezulta ca cea mai favorabila pozitie de montaj ar fi termoizolatia din vata, aceata trebuie regandita si din punct de vedere a rezistentei mecanice. Vata nu poate sustine greutatea ferestrei si atunci trebuie gandit un sistem care sa împace termoizolarea cu rezistenta mecanica. Sistemul poate fi un ”super material” care sa posede si proprietati mecanice si termoizolante, sau un ”super sistem” de elemente care impreuna sa raspunda la ambele probleme. Daca o fereastra este montata la dorinta utilizatorului, este foarte probabil ca se vor forma punti termice care au impact asupra performantei ferestrei ca ansamblu, si atunci fereastra nu-si mai justifica investitia.

La calculul final de performanta al ferestrei se mai adauga si puntea termica generata la montaj si formula de calcul devine:

Ψi (Psi installed) - coeficient de de transfer termic prin puntea termica care o creaza montajul ferestrei.