Energooszczędność to współcześnie jeden z najważniejszych parametrów stolarki okiennej. O tym, jakie straty ciepła wystąpią po zamontowaniu okien informuje współczynnik przenikania ciepła okien  „U”. Im niższa jest wartość tego współczynnika, tym więcej energii można zaoszczędzić.

Przy wyborze okien do domu, warto mieć wiedzę na temat ich termoizolacyjności, czyli współczynnika przenikania ciepła okien. Dobrze również wiedzieć, w jaki sposób wylicza się tę wartość oraz jakie elementy składają się na współczynnik przenikania ciepła. Warunki i normy – to kolejne zagadnienie, które jest bardzo istotne w tym temacie i którym należy koniecznie wiedzieć.

Czym jest współczynnik przenikania ciepła okna „U”?

Aby wyjaśnić, czym jest współczynnik przenikania ciepła „U” należy rozpocząć od tego, iż jest to parametr, który ma zastosowanie w wielu dziedzinach budownictwa. Zwłaszcza w czasach, gdy budownictwo pasywne i energooszczędne coraz prężniej się rozwijają, a stosowane technologie w produkcji materiałów budowlanych i elementów budynków – jak np. stolarki okiennej – dają niespotykane dotąd możliwości. Współczynnik przenikania ciepła jest zatem parametrem, określającym ilość energii cieplnej, która ucieka poprzez określone przegrody termiczne w danym budynku.

Współczynnik przenikania ciepła dla całego okna – Uw

Współczynnik przenikania ciepła dla całego okna wylicza się na podstawie energii – tą wyraża się w watach – w odniesieniu do powierzchni danej przegrody – na 1 m2 – oraz przy uwzględnieniu różnicy temperatur po obydwu jej stronach – wynoszącą 1 Kelwin. Współczynnik przenikania ciepła jest określany symbolem Uw, a wyraża się go w jednostkach W/(m²·K). Należy w tym miejscu zaznaczyć, iż aby określić wartość współczynnika Uw w przypadku okien oraz drzwi okiennych ma zastosowanie specjalny wzór matematyczny. Uwzględnia on:

• wielkość okna;
• całkowitą powierzchnię przeszklenia;
• powierzchnię ramy okiennej;
• współczynnik przenikania ciepła każdego z wymienionych wyżej elementów;
• liniowy współczynnik przenikania ciepła termicznego mostka na styku szyby oraz ramy.

W odniesieniu do tego współczynnik przenikania ciepła okien Uw informuje o przenikaniu ciepła przez szybę oraz ramę okienną. Im wartość ta będzie niższa, tym dane okno będzie bardziej energooszczędne. Z kolei energooszczędność będzie oznaczać mniejsze straty ciepła wewnątrz pomieszczeń, a co za tym idzie – mniejsze zużycie energii koniecznej do wytworzenia tego ciepła.

Współczynnik przenikania ciepła przez szybę okienną – Ug

Współcześnie ograniczanie strat ciepła przez szkło okna nie stanowi już dużego problemu dla producentów stolarki okiennej. Aby obniżyć współczynnik przenikania ciepła okien stosuje się np. szyby zespolone, natomiast przestrzeń pomiędzy tymi szybami często wypełniana jest gazami, które mają właściwości izolacyjne znacznie lepsze niż powietrze. W tym miejscu należy jednak zwrócić uwagę na fakt, iż na skuteczność izolacyjności cieplnej przeszkleń wpływa kilka czynników, wśród których wymieniania się:

• rodzaj szkła;
• grubość szkła;
• ilość tafli szkła zastosowanych w danym zestawie;
• szerokość przestrzeni pomiędzy szybami;
• rodzaj gazu, który wypełnia przestrzenie między szybami;
• sposób uszczelnienia pakietu szybowego;
• rodzaj użytych materiałów.

Przy uwzględnieniu powyższych czynników istnieje współcześnie możliwość wyprodukowania zestawu szybowego, którego współczynnik przenikania ciepła wynosi 0,5 W/(m²K). Współczynnik taki  ma np. lita przegroda szybowa w postaci ściany jednowarstwowej.

Aby osiągnąć jak najlepszą termoizolacyjność stosuje się obecnie trzyszybowe szkło izolacyjne, a jako wypełnienie krypton – jest on gazem, którego parametry są jeszcze lepsze od tych, które ma standardowo stosowany argon. Bardzo korzystnie na poprawę izolacyjności cieplnej szyb wpływa również stosowanie tzw. powłok niskoemisyjnych. Takie innowacyjne powłoki wpływają na możliwość uzyskania jeszcze niższej wartości parametru Ug, lecz także pozwalają na to, aby  promienie słoneczne przenikały do wnętrz w zimie, z kolei w lecie uniemożliwiają nadmierne promieniowanie słoneczne do wnętrza.

Uzyskanie bardzo niskiego współczynnika przenikania ciepła dla samych szyb (Ug) jest znacznie łatwiejsze w porównaniu do poprawy parametrów termicznych ramy okna. Ważna jest również kwestia powierzchni zajmowanej przez przeszklenie. Powierzchnia szyby jest, rzecz jasna, niewspółmiernie większa w stosunku do powierzchni ramy. Należy w związku z tym podkreślić, że im okna jest większe i większa jest powierzchnia jego przeszklenia, tym wartość parametru Uw (współczynnik przenikania ciepła dla okna jako całości) będzie korzystniejsza – w przypadku zestawów o takich samych ramach.

Współczynnik przenikania ciepła przez ramy okienne – Uf

Wyliczając współczynnik przenikania ciepła okien, bierze się również pod uwagę współczynnik przenikania ciepła przez jego ramy okienne – Uf. Przy obliczeniach parametru Uf największe znacznie ma szerokość zastosowanych profili. To szerokość profili ma w głównej mierze decyduje o wartości współczynnika Uf, nie zaś liczba komór – jak sądzi powszechni wiele osób. Warto w tym miejscu posiłkować się przykładem. Profile 73 mm w systemie pięciokomorowym okażą się cieplejsze od profili 65 mm w systemie sześciokomorowym.

Poza tym na termoizolacyjność ram okiennych bardzo duży wpływ ma również materiał, który został zastosowany do nadania im oczekiwanej, odpowiedniej sztywności – chodzi tu o wzmocnienie, które znajduje się w środku. Najczęściej stosowana w standardowych oknach jest stal – poprawia ona wytrzymałość mechaniczną plastiku, lecz nie jest ona najlepszym izolatorem ciepła. W celu polepszenia termoizolacyjności ram okiennych, coraz częściej sięga się po wypełnienia wykonane z kompozytów poliestrowo-szklanych, które dodatkowo są izolowane pianą poliuretanową. Może to przynieść poprawę parametru Uf o blisko 30 proc. w przypadku takiego okna. Współczynnik przenikania ciepła ram okiennych Uf w przypadku okien energooszczędnych oscyluje w okolicach 1,1 W/(m²K) – to zaś oznacza, że mamy dany model posiada z profile z tzw. ciepłym wypełnieniem.

Liniowy współczynnik przenikania ciepła – Ѱg

Ostatnim z elementów składowych, które są istotne przy wyliczaniu współczynnika przenikania ciepła jest liniowy współczynnik przenikania ciepła – Ѱg. Dotyczy on liniowego mostka termicznego w oknie. Należy zaznaczyć, iż jest to współczynnik, nastręczający najwięcej kłopotów przy obliczeniach wartości współczynnika ciepła okien – natomiast uwzględnianie go jest konieczne. Przyjrzyjmy się mu zatem dokładniej.

Liniowy współczynnik przenikania ciepła charakteryzuje dodatkowe straty ciepła tam, gdzie występuje liniowy mostek cieplny, straty te odniesione są do metra bieżącego danego mostka. Wspomniana wielkość Ѱg jest przede wszystkim zależna od tego, jaki rodzaj materiału został zastosowany do izolacji dystansów szyby. W oknach energooszczędnych stosuje się do tego celu stal nierdzewną albo tworzywo sztuczne. W takich sytuacjach można mamy do czynienia z tzw. ciepłą ramką dystansową, a wartość współczynnika Ѱg powinna wynosić na poziomie około 0,04 W/(mK).

Współczynnik przenikania ciepła – normy i warunki dla okien

Obecnie deklarowanie współczynnika Uw jest obowiązkowe dla producentów okien, co nakazuje norma PN-EN 14351-1+A1. Należy jednak zaznaczyć, iż często informacje na ten temat u producentów bywają podawane nierzetelnie – może się bowiem zdarzyć, że sprzedawcy podają współczynnik przenikania ciepła – wartość dotyczącą samej tylko szyby albo współczynnik dla okna referencyjnego – zamiast współczynnika przenikania całego okna.

W kontekście zagadnienia współczynnik przenikania ciepła warunki ustala tutaj również Unia Europejska. Dyrektywa Unii Europejskiej coraz bardziej zaostrza wymagania związane z bilansem energetycznym w budynkach mieszkalnych. W związku z tym powinno się wybierać okna, które mają prawidłowo wyliczony współczynnik przenikania ciepła i powinien on być jak najniższy.

Współczynnik przenikania ciepła normy WT 2021:

• w przypadku okien zwykłych oraz drzwi balkonowych współczynnik przenikania ciepła powinien wynosić Uw = 0,9 W/(m²·K);
• w przypadku okien połaciowych współczynnik przenikania ciepła powinien wynosić Uw = 1,1 W/(m²·K).

Od roku 2021 można zatem montować tylko i wyłącznie okna, których współczynnik U nie jest wyższy niż 0,9 W/(m²K). Obecnie na rynku dostępne są nawet dużo bardziej szczelne okna. Współczynnik przenikania ciepła może nawet schodzić poniżej 0,6 W/(m²K).

Okna spełniające normy WT 2021 to okna z pakietami trzyszybowymi, które wypełnione są argonem. Lecz w sprzedaży się też okna z pakietami czteroszybowymi, które są wypełnione kryptonem – współczynnik przenikania ciepła takich okien wynosić może nawet 0,3 W/(m2·K). Sprawdzają się do domów pasywnych, czyli o bardzo wysokim standardzie energooszczędności.