Toplotna izolacija profila
Kod aluminijumskih profila za proizvodnju prozora i vrata razlikujemo dve karakteristične površine, spoljnu i unutrašnju. Spoljna površina profila je izložena spoljnim atmosferskim uticajima, dok je unutrašnja izložena sobnim uticajima. Pošto se kod prenosa toplote, toplota prenosi sa više na nižu temperaturu, kod profila imamo prolaz toplote u oba smera zavisno da li se radi o zimskom ili letnjem periodu.
Leti su spoljne temperature više i toplota prelazi sa spoljnjeg vazduha na profil, prolazi kroz njega i predaje se unutrašnjem vazduhu. Zimi je proces obrnut, unutrašnji topli vazduh predaje toplotu profilu, prolazi kroz profil i predaje toplotnu energiju hladnom vazduhu.
Na slici 1 je dat prikaz prolaza toplotne energije kroz toplotno neizolovan profil. Ako se za proizvodnju prozora i vrata koriste toplotno neizolovani profili, onda su spoljne temperature slične unutrašnjim temperaturama, što značajno remeti komfor stanovanja, veliki su toplotni gubici, odnosno prilivi toplotne energije zavisno da li se radi o letnjem ili zimskom periodu.
Zadatak je smanjiti razmenu toplotne energije. To možemo ostvariti ako između ove navedene površine postavimo termoizolacioni materijal, koji će formirati toplotni prekid.
Na slici 2 je dat prikaz prolaza toplotne energije kroz toplotno izolovan profil. Sa slike je evidentno da se komfor stanovanja značajno popravlja jer se temperature unutrašnjeg vazduha značajno razlikuju od spoljnih temperatura.
Na osnovu toga da li koristimo termoizolacioni materijal između spoljne i unutrašnje površine profila, razlikujemo dve grupe profila za proizvodnju prozora i vrata:
- Profili bez toplotnog prekida,
- Profili sa toplotnim prekidom.
Profili bez toplotnog prekida
Profili bez toplotnog prekida se upotrebljavaju tamo gde prolaz toplotne energije kroz profile nije bitan. To su prozori i vrata koji se ugrađuju u oblasti sa toplom klimom, gde temperatura okolnog vazduha ne pada ispod 0 °C. Takođe su primenu našli i za prozore i lokale, kancelarije i sl. To je unutrašnjost objekta tipa tržni centri, banke, poslovni objekti i sl.
Na slici 3 su dati sistemi profila bez toplotnog prekida za klasično otvaranje, kao i klizno otvaranje. Na slici je pokazan tzv. srednji zaptivač koji sprečava prodor hladnog vazduha i eventualnog prodora kapljica u unutrašnjost objekta.
Profili bez toplotnog prekida se mogu primeniti i za proizvodnju prozora i vrata u kontinentalnoj klimi ili samo za prostorije kod kojih temperatura vazduha nije važna, kao što su magacini, stovarišta, garaže, prolazi, hodnici i sl.
Kod ovih konstrukcija postoji mogućnost da se pojavi kondenzacija vodene pare gde se kondenz sliva niz prozor, i zbog toga treba predvideti sakupljanje te vode u tzv. kondenzacionu kutiju: kondenzaciona kutija se montira na donju ivicu prozora, celom širinom prozora, i kutija je zatvorena na obe strane kako se voda ne bi prosipala.
Na slici 4 je data kondenzaciona kutija. Treba naglasiti da kutija za kondenzaciju značajno opterećuje konstrukciju, ali se za ovaj tip aluminijumskih prozora ne sme izbeći. Ukoliko nje nema onda se kondenz sliva niz zidove na parket i izaziva buđ.
Naročitu pažnju treba obratiti kod kliznih (šiber) prozora i vrata koji imaju sistem zaptivanja pomoću četkica. Ovaj način otvaranja u principu ima smanjen kvalitet zaptivanja, a u zimskom periodu kondenzovana voda se zaledi na četkicama, pa je onemogućeno kvalitetno otvaranje i zatvaranje. Nameće se rešenje sistema profila za klasično otvaranje, ali uz upotrebu okova sa kliznim otvaranjem i delimičnim naginjanjem oko horizontalne ose (kip otvaranje).
Profili sa toplotnim prekidom
Ovi sistemi aluminijumskih profila imaju toplotno izolovani materijal između spoljne i unutrašnje strane profila. U zavisnosti od tipa konstrukcije toplovodnog prekida, razlikujemo tri sistema:
A. sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-aluminijum
B. sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-drvo
C. sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-PVC-U.
Sva tri sistema imaju spoljnu stranu napravljenu od aluminijumskih ekstrudiranih profila i spolja gledano ne mogu se prepoznati kao primenjeni sistem. Spoljni aluminijumski profili mogu biti zaštićeni kako postupkom eloksaže, tako i postupkom pulver plastifikacije, što omogućava dugi niz godina eksploataciju bez bilo kakvog bojenja.
Kvalitet toplotne zaštite zavisi od upotrebljenog sistema. Profili moraju biti ispitivani sa aspekta toplotne zaštite u akreditovanoj laboratoriji EU, ukoliko se žele izvoziti na to tržište. Rezultat se manifestuje odgovarajućim koeficijentom prolaženja toplote (rama), UR [W/m2K].
A. Sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-aluminijum
Toplotni prekid kod ovog sistema je u početku pravljen na nekoliko načina i svaki proizvođač je imao svoje rešenje. Poznati su metodi sa mestimičnim (na svakih 300 mm) postavljanjem poliamidnih distancera u obliku dve strme ravni ili u obliku pravougaonog češlja. Između ovih distancera, duž profila nije bilo ništa osim vazduha. Da u taj prostor ne bi ulazila voda i prljavština sa obe strane su celom dužinom postavljane gumene trake.
Na slici 5 je prikazan toplotni prekid ostvaren poliamidnim mestimičnim distancerima. Drugi proizvođači su postavljali po dužini profila, u žlebove, PVC trake i dobijeni razmak popunjavali ekspandirajućom poliuretanskom penom ili direktno, pomoću specijalnih proizvodnih linija, nalivali neekspandirajuću poliuretansku penu između spoljašnjih i unutrašnjih delova profila.
Na slici 6 je prikazan toplotni prekid ostvaren poliuretanskim penama, levo PVC trake sa ekspandirajućom penom, desno nalivena pena.
Navedeni načini proizvodnje profila sa toplotnim prekidom, se uglavnom više ne koriste jer svaki od njih ima niz nedostataka. Sistem koji je uklonio najveći broj nedostataka i koji se jedini nalazi na tržištu je sistem profila sa krutim lamelama. Ove lamele su napravljene od poliamida 6.6 ojačanog u određenom procentu staklenim vlaknima. U zavisnosti od konstrukcije profila, postoje razne veličine i oblici. Lamele se na specijalnim mašinama sa valjcima, utiskuju i vezuju za spoljašnje i unutrašnje elemente profila. Čvrstoća i međusobno rastojanje ovakvog spoja se ispituju i dobijene vrednosti moraju odgovarati propisanim.
Na slici 7 je dat prikaz utiskivanja poliamidnih lamela. Razlikujemo dve vrste lamela: monolitne i lamele sa ekspandirajućom poliuretanskom penom u nožicama.
Na slici 8 su date vrste poliamidnih lamela, levo monolitne lamele, desno lamele sa ekspandirajućom penom.
Profil se dobija na dva načina. Prvi način je utiskivanjem prethodno obojenih profila a drugi je utiskivanjem sirovih – neobojenih elemenata profila. Obe vrste lamela omogućuju naknadno bojenje sistemom eloksaže jer temperature ne prelaze 100 °C i do te temperature utisnut spoj ostaje nepromenjen.
Jedino lamele sa ekspandirajućom poliuretanskom penom u nožicama omogućuju naknadno bojenje postupkom pulver plastifikacije, jer su temperature tokom ovog postupka od 180–200 °C i olabavljen spoj između aluminijuma i lamela popunjava pena koja ekspandira već na 160 °C.
Kvalitet toplotne zaštite zavisi od veličine lamela. Što su lamele veće, rastojanje između spoljašnjeg i unutrašnjeg elementa profila je veće i toplotna zaštita je veća. Na slici 9 je data zavisnost koeficijenta prolaženja toplote UR od udaljenosti aluminijumskih elemenata kod profila sa toplotnim prekidom ostvarenim pomoću sistema krutih lamela.
Jednostavnom analizom dijagrama se konstatuje da je koeficijent prolaženja toplote UR = 2,4 W/m2K za rastojanja od 24 mm. Ovo je relativno visoko i teško se može koristiti za pasivne kuće, kod kojih se zahteva koeficijent prolaženja toplote prozora UW ≤ 0,8 W/m2K.
Osnovni problem kod aluminijumskih prozora je veza između čelične šarke i aluminijumskog profila čeličnim vijkom. Kada se u kontaktu nađu dva različita materijala (čelična šarka i aluminijumski profil) vremenom dolazi do elektrohemijske korozije što uzrokuje labavljenje spoja.
Na slici 10 je prikazan sistem za klasično otvaranje od profila sa poliamidnim lamelama.
Na slici 11 je prikazan sistem za klizno otvaranje od profila sa poliamidnim lamelama.
B. Sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-drvo
Kod ovog sistema spoljna strana prozora i vrata, koja je izložena atmosferskim uticajima je od aluminijumskih profila, a unutrašnja strana je od drveta. Spoljašnje održavanje nije potrebno dugi niz godina jer aluminijumski profili mogu biti zaštićeni kako eloksažom, tako i pulver plastifikacijom. Unutrašnjost je zadržala vizuelnu lepotu i toplotu drveta. Budući da se drvo nalazi sa unutrašnje strane nije toliko bitan kvalitet drveta, što značajno pojeftinjuje konstrukciju prozora i vrata.
Jedini ozbiljan problem kod ovog sistema je adekvatna primena spoja između aluminijuma i drveta. Poznato je da aluminijum i drvo nemaju iste toplotne dilatacije pa iz toga proizilazi da taj spoj ne sme biti krut. On mora biti takav da dozvoli i aluminijumu i drvetu nesmetano širenje ili skupljanje, a istovremeno ima zadatak da obezbedi međusobni spoj.
U početku su konstruktori, na drvenu konstrukciju prozora i vrata, stavljali spolja aluminijumske profile koji su imali samo funkciju spoljne zaštite. Okov, sistem zaptivanja i sistem zastakljivanja je bio istovetan kao za drvene prozore i vrata. Spoj drveta i aluminijuma je bio, ili preko mestimičnih kliznih odstojnika ili zaliven ekspandirajućom poliuretanskom penom.
Na slici 12 je prikazana konstrukcija sa mestimičnim kliznim odstojnicima.
Na slici 13 je prikazana konstrukcija sa nalivenom poliuretanskom penom. Poliuretanska pena omogućava odgovarajuće dilatacije (širenje i skupljanje) za različite vremenske uticaje.
Danas se na tržištu profila nalaze isključivo sistemi u kombinaciji aluminijum-drvo koji su oslonjeni na aluminijumske profile. Drvo je sada sa unutrašnje strane postavljeno tako da u potpunosti vizuelno pokriva aluminijumski profil. Okov i zaptivanje je identično kao na aluminijumskim prozorima i vratima. U osnovi postoje dva tipa: 1) sa aluminijumskim profilima bez toplotnog prekida i 2) sa aluminijumskim profilima sa toplotnim prekidom.
Na slici 14 je prikazana konstrukcija aluminijum-drvo sa aluminijumskim profilima bez toplotnog prekida.
Na slici 15 je prikazana konstrukcija aluminijum-drvo sa aluminijumskim profilima sa toplotnim prekidom.
Svaka od ovih konstrukcija ima različite koeficijente prolaženja toplote, a koja će se primeniti zavisi od projektovane zaštite koju određuje projektant zgrade. Veoma je važno podići temperaturu sa unutrašnje strane konstrukcije kako bi se izbegla kondenzacija, koja prati klasičnu aluminijumsku stolariju bez toplotnog prekida. Značajan doprinos izbegavanju kondenzacije doprinose tzv. termix lajsne, koje zamenjuju standardne aluminijumske lajsne.
Ovakvi prozori su čak 2,5 puta skuplji od klasičnih PVC-U prozora. U sistemu profila sa toplotnim prekidom aluminijum-drvo nalazi se i sistem za klizno otvaranje prozora i vrata. Ovde je takođe primenjeno rešenje za okov i zaptivanje iz aluminijumskih konstrukcija, a drvo se nalazi sa unutrašnje strane i vizuelno prekriva aluminijumske profile.
Na slici 16 je dat sistem za klizno otvaranje od profila sa toplotnim prekidom aluminijum-drvo.
Na slici 17 je dato savijanje profila za lučne pozicije. Ovo je relativno komplikovan i skup postupak i značajno povećava cenu konstrukcije, u praksi se retko koristi.
C. Sistem profila sa toplotnim prekidom aluminijum-PVC-U
Ovaj sistem se izuzetno retko sreće u praksi. Sastavljen je od dva međusobno spojena profila od kojih je spoljni profil od aluminijuma a unutrašnji od PVC-U. Profili od PVC-U sa unutrašnje strane potpuno prekrivaju aluminijumske profile.
Okov za otvaranje i zatvaranje je preuzet od okova za drvene prozore i vrata i odgovarajući žlebovi se nalaze na PVC-U profilima. Praktično ova kombinacija nema nikakve tehničke prednosti. Jedina prednost je da aluminijum daje jarke boje i eventualno izgleda estetski lepše. Sasvim su zadovoljavajući PVC-U profili.
Na slici 18 je data konstrukcija aluminijum-PVC-U.
Pored cene, vizuelnog izgleda, mogućnosti nabavke i kompletnosti profila i okova pri izboru sistema, veliku pažnju treba obratiti na rezultate ispitivanja u akreditovanoj laboratoriji koju proizvođač treba da ponudi na uvid. Izveštaj ispitivanja mora da sadrži podatke o: vazdušnoj propustljivosti, vodonepropustljivosti, otpornosti na udar vetra, zvučnoj izolacionoj moći, kao i koeficijentu prolaženja toplote. Sve je ovo neophodno da bi se proizvodu pridružio znak CE, koji je neophodan radi izvoza u zemlje EU.
U izveštaju koeficijenta prolaženja toplote daju se podaci o koeficijentima prolaženja toplote termoizolacionog stakla kao i profila rama i krila. U novije vreme sve više se grade pasivne kuće sa potrošnjom toplotne energije manjom od 15 kWh/m2 (1,5 l tečnog goriva po m2 stambene površine).
Za ovo je potrebno obezbediti koeficijent prolaženja toplote prozora UW ≤ 0,8 W/m2K. Posebnu pažnju obratiti i na termoizolaciono staklo, koje nije više najslabija energetska tačka na fasadi. Danas se pravi termoizolaciono staklo sa koeficijentom prolaženja toplote Ug = 0,5 W/m2K.
Autor teksta: Prof. dr Dragan Škobalj
