Θερμική Αγωγιμότητα Κουφώματος

Η ροή της θερμότητας

Η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος U, όπως έχουμε προαναφέρει και στο άρθρο Παράγοντες Καθορισμού Ποιότητας Κουφωμάτων, μας δίνει την ροή θερμότητας μέσα από αυτό, σε μονάδες W/m²K. Όσο η τιμή αυτή είναι πιο κοντά στο μηδέν τόσο καλύτερη απόδοση έχει το κούφωμα, αντίθετα όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή τόσο μεγαλύτερη ροή θερμότητας έχουμε, οπότε τόσο περισσότερη ενέργεια χάνουμε από το κούφωμα μας. Πριν προχωρήσουμε πρέπει να αναφέρουμε ότι πολλές φορές η θερμική αγωγιμότητα των κουφωμάτων αναφέρεται και ως θερμοπερατότητα. Επίσης κάποιες φορές μπορεί να συναντήσουμε το όρο θερμική αντίσταση R = 1/U που είναι το αντίστροφο της θερμικής αγωγιμότητας και έχει μονάδες m²K/W.
Η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος χωρίς εξωτερική σκιάση υπολογίσετε από την σχέση

σχέση 1

όπου:
U_w : Η θερμική αγωγιμότητα του κουφώματος. Μονάδες (W/m²K)
U_f : Η θερμική αγωγιμότητα του πλαισίου του κουφώματος. Μονάδες (W/m²K)
A_f : Το συνολικό εμβαδόν του πλαισίου του κουφώματος. Μονάδες (m²)
U_g : Η θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα. Μονάδες (W/m²K)
A_g : Το συνολικό εμβαδόν του υαλοπίνακα. Μονάδες (m²)
L_g : Το συνολικό περιμετρικό μήκος του υαλοπίνακα. Μονάδες (m)
Ψ_g : Η γραμμική θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα. Μονάδες (W/mK)
A_w : Το συνολικό εμβαδόν του κουφώματος. Μονάδες (m²)

Ανοιγόμενο
Μονόφυλλο

Με βάση την παραπάνω σχέση για την περίπτωση ενός μονόφυλλου ανοιγόμενου με πλάτος 0.80m και ύψος 1.20m, έχουμε το εμβαδόν του κουφώματος A_w=0.960m², το εμβαδόν του πλαισίου του κουφώματος A_f=0.373m² (γκρι περιοχή του κουφώματος, εξαρτάται από τις διατομές του υλικού κατασκευής), το εμβαδόν του υαλοπίνακα A_g=0.584m² (γαλάζια περιοχή του κουφώματος A_f=A_w – A_g). Το μήκος της περιμέτρου του υαλοπίνακα L_g=3.228m. Αυτές οι τιμές είναι εύκολο να μετρηθούν, οι λοιπές τιμές θα πρέπει να μας δοθούν και είναι αποτελέσματα εργαστηριακών μετρήσεων ή προκύπτουν μέσω ειδικών εξισώσεων εάν βέβαια ξέρουμε λεπτομέρειες για τα υλικά κατασκευής. Μπορούμε να λάβουμε τις τιμές για τα U_f, U_g, Ψ_g, από κατάλληλους πίνακες.

Αν υποθέσουμε ότι έχουμε U_f=2.5 W/m²K, U_g=1.6 W/m²K, Ψ_g=0.07 W/mK, τότε η σχέση 1 γίνεται

Προσοχή! H τιμή αυτή του U_w μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για αυτό τον τύπο κατασκευής και μόνο για τις παραπάνω διαστάσεις. Μάλλον θα ήταν προτιμότερο να δίνονταν η ροή θερμότητας U_w•A_w με μονάδες W/K.

Για να δούμε την αλλαγή του U_w σε σχέση με τις διαστάσεις του κουφώματος, αλλάζουμε το πλάτος σε 1.00m και το ύψος 2.20m, έτσι έχουμε A_w=2.200m², A_g=1.441m², A_f=0.759m² και L_g=5.428m. Τώρα ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας γίνεται U_w=2,08 W/m²K. H μείωση αυτή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας οφείλετε στη αλλαγή αναλογίας μεταξύ πλαισίου και υαλοπίνακα, ενώ την προηγούμενη περίπτωση είχαμε 38,83% πλαίσιο και 61.17% υαλοπίνακα, τώρα έχουμε 34,50% πλαίσιο και 65.50% υαλοπίνακα, αυτό σε συνδυασμό με το ότι U_g < U_f, έχουμε ως αποτέλεσμα την μείωση αυτή.

Ανοιγόμενο
Δίφυλλο

Ας δούμε την περίπτωση μιας δίφυλλης κατασκευής με πλάτος 1.00m και ύψος 2.20m, έχουμε A_w=2.200m², A_g=1.257m², A_f=0.947m². Το μήκος της περιμέτρου του συνόλου των δυο υαλοπινάκων είναι L_g=10.114m. Ενώ ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας γίνεται U_w=2,31 W/m²K. Εδώ η αύξηση της τιμής του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας οφείλετε και πάλι στη αλλαγή αναλογίας μεταξύ πλαισίου 42,87% και υαλοπίνακα 57,13%, δηλαδή σε σχέση με την προηγούμενη περίπτωση αύξηση του εμβαδού του πλαίσιο και μείωση του εμβαδού του υαλοπίνακα.

Για να γίνει περισσότερο κατανοητό πως μεταβάλλεται η θερμική αγωγιμότητα σε σχέση με τις διαστάσεις ενός κουφώματος θα διατηρήσουμε σταθερά τα εξής χαρακτηριστικά.
Τύπος κουφώματος: Ανοιγόμενο Δίφυλλο.
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου: U_f=2.5
Θερμική αγωγιμότητα υαλοπίνακα: U_g=1.6
Η γραμμική θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα: Ψ_g=0.07
Αλλάζοντας τώρα, το πλάτος και το ύψος του κουφώματος, κατασκευάζουμε τον παρακάτω πίνακα τιμών.

Πλάτος (m)	Ύψος (m)	Af (m2)	Ag (m2)	Aw (m2)	Lg (m)	Uw (W/m2K)
0,900	1,000	0,479	0,421	0,900	5,11	2,48
1,000	1,000	0,500	0,500	1,000	5,31	2,42
1,000	1,200	0,574	0,626	1,200	6,11	2,39
1,200	1,200	0,616	0,824	1,440	6,51	2,30
1,300	1,200	0,636	0,924	1,560	6,71	2,27
1,400	1,200	0,657	1,023	1,680	6,91	2,24
1,400	1,400	0,731	1,229	1,960	7,71	2,21
1,200	2,200	0,985	1,655	2,640	10,51	2,21
1,400	2,200	1,026	2,054	3,080	10,91	2,15
1,600	2,200	1,068	2,452	3,520	11,31	2,10

Με βάση τον πίνακα αυτό, δημιουργούμε το γράφημα που ακολουθεί.

Παρατηρώντας το γράφημα, αλλά και τον πίνακα τιμών (σκιασμένες γραμμές) βλέπουμε ότι μπορεί για κάποιες διαφορετικές διαστάσεις κουφώματος, να έχουμε ίδια τιμή θερμικής αγωγιμότητας, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο λόγος A_f/A_g και για τις δυο αυτές περιπτώσεις είναι ο ίδιος (τιμή 0,595 στην περίπτωση μας). Βέβαια η τιμές αυτές του U_w διαφοροποιούνται στο τρίτο δεκαδικό ψηφίο που εδώ δεν φαίνεται. Ο λόγος διαφοροποίησης είναι ότι στη σχέση 1 υπάρχει και ο όρος L_g•Ψ_g, που επηρεάζει το αποτέλεσμα, αλλά όπως καταλαβαίνουμε σε μικρότερο βαθμό.

Συνεχίζοντας θα μελετήσουμε πως μεταβάλλεται η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος αλλάζοντας μόνο το υλικό κατασκευής του πλαισίου και άρα μόνο την θερμική αγωγιμότητα του πλαισίου. Για την μελέτη μας θα θεωρήσουμε ένα μονόφυλλο ανοιγόμενο πλάτους 1.000m και ύψους 2.200m με συμβατικό διπλό υαλοπίνακα με U_g=2.8 W/m²K. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του κουφώματος έχουν ως εξής: A_f=0.759m², A_g=1.441m², A_w=2.200m², L_g=5,428m.

Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από PVC: U_f (PVC) = 1.5 W/m²K
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από Ξύλο: U_f (wood) = 1.7 W/m²K
Θερμική αγωγιμότητα θερμοδιακοπτόμενου πλαισίου αλουμινίου: U_f (al-th) = 2.5 W/m²K
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από αλουμίνιο: U_f (al) = 7 W/m²K

Οι παραπάνω τιμές με την βοήθεια της σχέσης 1 μας δίνουν τον επόμενο πίνακα από τον οποίο έχουμε το διπλανό γράφημα.

Uf	Uw
7	4,42
2,5	2,87
1,7	2,59
1,5	2,52

Πρέπει να επισημανθεί ότι το A_f που θεωρείται σταθερό, στην πραγματικότητα μεταβάλλεται εξαρτώμενο από το υλικό του πλαισίου (ο λόγος μεταβολής ξεφεύγει από τα όρια αυτής της μελέτης).

Τέλος θα δώσουμε ένα γράφημα με συνδυασμούς διάφορων υλικών πλαισίου και υαλοπινάκων για ένα μονόφυλλο ανοιγόμενο πλάτους 1.000m και ύψους 2.200m.

Αυτό που παρατηρούμε από το γράφημα αυτό είναι ότι η τιμή του U_w είναι αρκετά συνδεδεμένη με αυτή του U_g και αυτό γιατί το κούφωμα μας το A_g είναι σχεδόν διπλάσιο από το A_f.

Όπως πιθανότατα θα έχετε παρατηρήσει η παραπάνω συζήτηση περιστρέφεται στις ανοιγόμενες κατασκευές. Για τα επάλληλα και τα συρόμενα κουφώματα τα πράγματα είναι πιο σύνθετα στους υπολογισμούς και δίνουν και χειρότερα αποτέλεσμα για το U.

Ως κατακλείδα παραθέτουμε ένα πίνακα με μερικές χρήσιμες θερμικές αγωγιμότητες.

Είδος	U	Παρατηρήσεις
Αλουμίνιο συμβατικό Profil	7	Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
Αλουμίνιο θερμοδιακοπτόμενο Profil	2 ~ 4,5	Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil, αλλά και από το υλικό της θερμοδιακόπης.
Ξύλινο Profil	1,5 ~ 1,8	Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
PVC Profil	1,3 ~ 1,7	Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 5mm	5,8
Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 6mm	5,7
Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 10mm	5,6
Διπλός συμβατικός υαλοπίνακας	2,5 ~ 3,4	Η τιμή εξαρτάται από πάχος των επιμέρους τζαμιών, από το διάκενο μεταξύ αυτών, αλλά και το αέριο πλήρωσης του διάκενου. Περισσότερες πληροφορίες Τύποι Υαλοπινάκων
Τριπλός συμβατικός υαλοπίνακας	1,7 ~ 2,0
Διπλός ενεργειακός υαλοπίνακας	1 ~ 2	Η τιμή εξαρτάται από πάχος και το είδος των επιμέρους τζαμιών, από το διάκενο μεταξύ αυτών, αλλά και το αέριο πλήρωσης του διάκενου.
Τριπλός ενεργειακός υαλοπίνακας	0,5 ~1,2
Panel με styrofoam	1,4

Γενικά οι παραπάνω τιμές του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας δεν παραμένουν σταθερές αλλά βαίνουν μειούμενες καθώς εξελίσσεται η τεχνολογία.

Σε επόμενο άρθρο, θα δούμε τι μας κοστίζουν αυτές οι απώλειες ενέργειας. Επίσης θα δούμε πως μεταβάλλεται ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας U_w σε ένα κούφωμα που έχει εξωτερική σκίαση.