Toplinska izolacija profila
Kod aluminijskih profila za proizvodnju prozora i vrata razlikujemo dvije karakteristične površine, vanjsku i unutarnju. Vanjska površina profila izložena je vanjskim atmosferskim utjecajima, dok je unutarnja izložena utjecajima prostorije. Budući da se pri prijenosu topline toplina prenosi s više na nižu temperaturu, kod profila imamo prolaz topline u oba smjera, ovisno o tome je li zima ili ljeto. Ljeti su vanjske temperature više i toplina se prenosi s vanjskog zraka na profil, prolazi kroz njega i prenosi se na unutarnji zrak. Zimi je proces obrnut, unutarnji topli zrak prenosi toplinu na profil, prolazi kroz profil i prenosi toplinsku energiju na hladni zrak.
Slika 1 prikazuje prolaz toplinske energije kroz toplinski neizolirani profil. Ako se za proizvodnju prozora i vrata koriste toplinski neizolirani profili, tada su vanjske temperature slične unutarnjim temperaturama, što značajno narušava udobnost stanovanja, dolazi do velikih toplinskih gubitaka, tj. izmjene toplinske energije, ovisno o tome je li ljeto ili zima.
Zadatak je smanjiti izmjenu toplinske energije. To možemo postići ako između navedene površine postavimo toplinski izolacijski materijal koji će formirati toplinski prekid.
Slika 2 prikazuje prolaz toplinske energije kroz toplinski izolirani profil.
Iz slike je vidljivo da je udobnost stanovanja značajno poboljšana jer se temperature unutarnjeg zraka značajno razlikuju od vanjskih temperatura.
Na temelju toga koristimo li termoizolacijski materijal između vanjske i unutarnje površine profila, razlikujemo dvije skupine profila za proizvodnju prozora i vrata:
- Profili bez toplinskog prekida,
- Profili s toplinskim prekidom.
Profili bez toplinskog prekida
Profili bez toplinskog prekida koriste se tamo gdje prolaz toplinske energije kroz profile nije važan. To su prozori i vrata koji se ugrađuju u područjima s toplom klimom, gdje temperatura okolnog zraka ne pada ispod 0 °C. Primjenu su pronašli i za prozore i barove, urede i sl. Riječ je o unutrašnjosti objekata poput trgovačkih centara, banaka, poslovnih objekata i sl. Slika 3 prikazuje profilne sustave bez toplinskog prekida za klasično otvaranje kao i za klizno otvaranje. Slika prikazuje tzv. srednju brtvu koja sprječava prodiranje hladnog zraka i moguće prodiranje kapljica u unutrašnjost objekta.
Profili bez toplinskog prekida mogu se koristiti i za izradu prozora i vrata u kontinentalnoj klimi ili samo za prostorije gdje temperatura zraka nije važna, poput spremišta, skladišta, garaža, prolaza, hodnika i sl. Kod ovih konstrukcija postoji mogućnost kondenzacije vodene pare gdje kondenzacija teče niz prozor, te je stoga potrebno predvidjeti skupljanje te vode u tzv. kondenzacijskoj kutiji: kondenzacijska kutija montira se na donji rub prozora, preko cijele širine prozora, a kutija je zatvorena s obje strane kako se voda ne bi prolijevala.
Slika 4 prikazuje kondenzacijsku kutiju.
Treba naglasiti da kondenzacijska kutija značajno opterećuje konstrukciju, ali se kod ove vrste aluminijskih prozora ne može izbjeći. Ako je nema, kondenzacija se slijeva niz zidove na parket i uzrokuje plijesan. Posebnu pozornost treba posvetiti kliznim prozorima i vratima koji imaju sustav brtvljenja pomoću četkica. U principu, ovaj način otvaranja ima smanjenu kvalitetu brtvljenja, a zimi se kondenzirana voda smrzava na četkicama, pa je onemogućeno kvalitetno otvaranje i zatvaranje. Nameće se rješenje sustava profila za klasično otvaranje, ali uz upotrebu okova s kliznim otvaranjem i djelomičnim naginjanjem oko horizontalne osi (kip otvaranje).
Profili s toplinskim prekidom
Ovi aluminijski sustavi profila imaju toplinski izolirani materijal između vanjske i unutarnje strane profila. Ovisno o vrsti konstrukcije prekida tople vode, razlikujemo tri sustava:
- A. sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-aluminij
- B. sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-drvo
- C. sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-PVC-U.
Sva tri sustava imaju vanjsku stranu izrađenu od aluminijskih ekstrudiranih profila i izvana se ne mogu prepoznati kao primijenjeni sustav. Vanjski aluminijski profili mogu se zaštititi i postupkom eloksiranja i postupkom plastifikacije prahom, što omogućuje dugogodišnju eksploataciju bez ikakvog bojenja. Kvaliteta toplinske zaštite ovisi o korištenom sustavu. Profili moraju biti ispitani s gledišta toplinske zaštite u akreditiranom laboratoriju EU, ako se žele izvoziti na to tržište. Rezultat se očituje odgovarajućim koeficijentom prijenosa topline (okvir), UR [W/m2K].
A. Sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-aluminij
Toplinski prekid u ovom sustavu u početku je izveden na nekoliko načina i svaki je proizvođač imao svoje rješenje. Poznate su metode s isprekidanim (svakih 300 mm) postavljanjem poliamidnih odstojnika u obliku dvije strme ravnine ili u obliku pravokutnog češlja. Između tih odstojnika, duž profila nije bilo ništa osim zraka. Kako bi se spriječio ulazak vode i prljavštine u taj prostor, gumene trake su postavljene cijelom dužinom s obje strane.
Slika 5 prikazuje toplinski prekid postignut isprekidanim poliamidnim odstojnicima.
Drugi proizvođači su postavljali PVC trake po dužini profila u utore i ispunjavali nastali razmak ekspandirajućom poliuretanskom pjenom ili izravno, koristeći posebne proizvodne linije, izlijevali neekspandirajuću poliuretansku pjenu između vanjskog i unutarnjeg dijela profila.
Slika 6 prikazuje toplinski prekid postignut poliuretanskim pjenama, lijevo PVC trake s ekspandirajućom pjenom, desno ulivena pjena. Navedeni načini proizvodnje profila s toplinskim prekidom uglavnom se više ne koriste jer svaki od njih ima niz nedostataka. Sustav koji je uklonio najveći broj nedostataka i jedini je na tržištu je sustav profila s krutim lamelama. Ove lamele izrađene su od poliamida 6.6 ojačanog u određenom postotku staklenim vlaknima.
Ovisno o konstrukciji profila, postoje različite veličine i oblici. Lamele se utiskuju na posebnim strojevima s valjcima i pričvršćuju na vanjske i unutarnje elemente profila. Ispituje se čvrstoća i međusobni razmak takvog spoja, a dobivene vrijednosti moraju odgovarati propisanim.
Slika 7 prikazuje otisak poliamidnih lamela. Razlikujemo dvije vrste lamela: monolitne i lamele s ekspandirajućom poliuretanskom pjenom u nožicama.
Slika 8 prikazuje vrste poliamidnih lamela, monolitne lamele s lijeve strane, lamele s ekspandirajućom pjenom s desne strane.
Profil se dobiva na dva načina. Prvi način je utiskivanjem prethodno obojenih profila, a drugi je prešanjem sirovih – neobojenih elemenata profila. Obje vrste lamela omogućuju naknadno bojanje sustavom eloksiranja jer temperature ne prelaze 100°C i do te temperature utisnut spoj ostaje nepromijenjen. Samo lamele s ekspandirajućom poliuretanskom pjenom u nožicama omogućuju naknadno bojanje postupkom plastifikacije prahom, jer su temperature tijekom ovog postupka 180-200°C, a labavi spoj između aluminija i lamela ispunjava pjena koja se širi već na 160°C. Kvaliteta toplinske zaštite ovisi o veličini lamela. Što su lamele veće, to je veći razmak između vanjskih i unutarnjih elemenata profila i veća je toplinska zaštita.
Slika 9 prikazuje ovisnost koeficijenta prijenosa topline UR o udaljenosti aluminijskih elemenata kod profila s toplinskim prekidom izrađenih pomoću sustava krutih lamela. Jednostavnom analizom dijagrama se utvrđuje da je koeficijent prijenosa topline UR = 2,4 W/m2K za razmake od 24 mm. Ovo je relativno visoko i teško se može koristiti za pasivne kuće, kod kojih se zahtijeva koeficijent prijenosa topline prozora UW ≤ 0,8 W/m2K.
Osnovni problem s aluminijskim prozorima je spoj između čelične šarke i aluminijskog profila čeličnim vijkom. Kada dva različita materijala dođu u kontakt (čelična šarka i aluminijski profil), s vremenom dolazi do elektrokemijske korozije, što uzrokuje labavljenje spoja.
Slika 10 prikazuje sustav za klasično otvaranje izrađen od profila s poliamidnim lamelama.
Slika 11 prikazuje sustav za klizno otvaranje izrađen od profila s poliamidnim lamelama.
B. Sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-drvo
Kod ovog sustava vanjska strana prozora i vrata, koja je izložena atmosferskim utjecajima, izrađena je od aluminijskih profila, a unutarnja strana od drva. Vanjsko održavanje nije potrebno dugi niz godina jer se aluminijski profili mogu zaštititi eloksiranjem ili plastifikacijom prahom. Unutrašnjost je zadržala vizualnu ljepotu i toplinu drva. Budući da je drvo s unutarnje strane, kvaliteta drveta nije toliko važna, što značajno snižava cijenu izrade prozora i vrata.
Jedini ozbiljniji problem kod ovog sustava je adekvatna primjena spoja između aluminija i drva. Poznato je da aluminij i drvo nemaju isto toplinsko širenje pa iz toga slijedi da spoj ne smije biti krut. Mora biti takav da omogućuje i aluminiju i drvetu nesmetano širenje ili skupljanje, a istovremeno ima zadatak osigurati međusobnu povezanost. U početku su konstruktori na drvenu konstrukciju prozora i vrata postavljali aluminijske profile koji su imali samo funkciju vanjske zaštite. Okovi, sustav brtvljenja i sustav ostakljenja bili su isti kao i kod drvenih prozora i vrata. Spoj drveta i aluminija bio je, ili preko isprekidanih kliznih odstojnika ili ispunjen ekspandirajućom poliuretanskom pjenom.
Slika 12 prikazuje konstrukciju s isprekidanim kliznim odstojnicima.
Slika 13 prikazuje konstrukciju s lijevanom poliuretanskom pjenom. Poliuretanska pjena omogućuje odgovarajuće dilatacije (širenje i skupljanje) za različite vremenske utjecaje.
Danas na tržištu profila postoje isključivo sustavi s kombinacijom aluminij-drvo oslonjeni na aluminijske profile. Drvo se u ovom slučaju postavlja s unutarnje strane tako da vizualno u potpunosti prekriva aluminijski profil. Okov i brtvljenje identični su aluminijskim prozorima i vratima. U osnovi postoje dvije vrste: 1) s aluminijskim profilima bez toplinskog prekida i 2) s aluminijskim profilima s toplinskim prekidom.
Slika 14 prikazuje konstrukciju aluminij-drvo s aluminijskim profilima bez toplinskog prekida.
Slika 15 prikazuje aluminij-drvo konstrukciju s aluminijskim profilima s toplinskim prekidom.
Svaka od ovih konstrukcija ima različite koeficijente prolaska topline, a koji će se primijeniti ovisi o projektiranoj zaštiti koju određuje projektant zgrade. Vrlo je važno povisiti temperaturu s unutarnje strane konstrukcije kako bi se izbjegla kondenzacija, koja prati klasičnu aluminijsku stolariju bez toplinskog prekida. Značajan doprinos izbjegavanju kondenzacije daju tzv. termix lajsne, koje zamjenjuju standardne aluminijske lajsne.
Takvi su prozori čak 2,5 puta skuplji od klasičnih PVC-U prozora. U sustavu profila s toplinskim prekidom aluminij-drvo, postoji i sustav za klizno otvaranje prozora i vrata. Ovdje je također primijenjeno rješenje za okov i brtvljenje od aluminijskih konstrukcija, a drvo se nalazi s unutarnje strane i vizualno prekriva aluminijske profile.
Slika 16 prikazuje sustav za klizno otvaranje izrađen od profila s toplinskim prekidom aluminij-drvo.
Slika 17 prikazuje savijanje profila za lučne položaje. Ovo je relativno kompliciran i skup postupak koji značajno povećava troškove gradnje, u praksi se rijetko koristi.
C. Sustav profila s toplinskim prekidom aluminij-PVC-U
Ovaj se sustav izuzetno rijetko susreće u praksi. Sastoji se od dva međusobno povezana profila, od kojih je vanjski profil izrađen od aluminija, a unutarnji od PVC-U. PVC-U profili u potpunosti prekrivaju aluminijske profile s unutarnje strane. Okov za otvaranje i zatvaranje preuzet je od okova za drvene prozore i vrata, a odgovarajući utori nalaze se na PVC-U profilima. Praktično, ova kombinacija nema tehničkih prednosti. Jedina prednost je što aluminij daje jarke boje i eventualno izgleda estetski ljepše. PVC-U profili su sasvim zadovoljavajući.
Slika 18 prikazuje aluminij-PVC-U konstrukciju.
Uz cijenu, vizualni izgled, dostupnost i potpunost profila i okova pri odabiru sustava, veliku pozornost treba posvetiti rezultatima ispitivanja u akreditiranom laboratoriju, koje bi proizvođač trebao ponuditi na uvid. Izvješće o ispitivanju mora sadržavati podatke o: propusnosti zraka, vodonepropusnosti, otpornosti na udar vjetra, zvučnoj izolacijskoj moći, kao i koeficijentu prijenosa topline.
Sve je to potrebno kako bi se proizvodu pridružila CE oznaka, što je potrebno za izvoz u zemlje EU.
Izvješće o koeficijentu prijenosa topline daje podatke o koeficijentima prijenosa topline termoizolacijskog stakla, kao i profila okvira i krila. U novije vrijeme sve se više gradi pasivnih kuća s potrošnjom toplinske energije manjom od 15 kWh/m2 (1,5 l tekućeg goriva po m2 stambene površine). Za navedeno je potrebno osigurati koeficijent prijenosa topline prozora UW ≤ 0,8 W/m2K. Posebnu pažnju valja obratiti i na termoizolacijsko staklo, koje nije više najslabija energetska točka na fasadi. Danas se proizvodi termoizolacijsko staklo s koeficijentom prijenosa topline Ug = 0,5 W/m2K.
Autor teksta: Prof. dr Dragan Škobalj
