Necesitatea rezolvarii puntilor termice in cazul ferestrelor, din faza de proiectare. Ferestrele de tip Passivhaus

Eficienta termica a sistemelor vitrate reprezinta un factor important de luat in considerare atunci cand arhitectii si echipa de proiectare aleg ferestrele si usile pentru un proiect. In urma cu 20 de ani, se considera ca ferestrele reprezinta cauza unor pierderi uriase de caldura si exista astfel tendinta micsorarii suprafetei vitrate din anvelopa constructiilor. Odata cu progresele in tehnologia tamplariilor si a ferestrelor, acestea pot fi proiectate pentru a avea niveluri ridicate de eficienta termica si pentru a ajuta la scaderea costurilor pentru utilitati.

Ferestrele si usile sunt adesea incastrate intr-un perete sau instalate la acelasi nivel cu exteriorul peretelui. In ambele cazuri, cadrul ferestrei, inclusiv al unei usi, poate ajunge in fata sau in spatele stratului de control termic al peretelui. Tamplariile care prezinta o rupere termica nu sunt apoi aliniate corect in deschiderea peretelui, creand o cale de pierdere a caldurii sau o punte termica la conexiunile cadrului.

Cand tamplaria este pozitionata coliniar cu izolatia exterioara a cladirii, fereastra trebuie sustinuta de un element structural. Acest suport structural pentru fereastra trebuie sa aiba si o conductivitate termica scazuta, pentru a preveni puntea termica si pentru a asigura o izolatie continua. Aceasta este o practica obisnuita in proiectarea casei pasive.

Standardul international Passivhaus ajuta la crearea unor cladiri foarte bine izolate, care sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic si contribuie la un consum redus de energie. In acelasi timp, standardul Passivhaus asigura gradul de confort al cladirilor, cu medii interioare sanatoase. Passivhaus presupune anumite principii stabilite in proiectarea cladirilor, printre care putem enumera:

• Izolatie termica superioara pe intreaga structura a cladirii;
• Constructie etansa;
• Ferestre si usi de inalta performanta;
• Reducere a puntilor termice;
• Recuperare de caldura si ventilatie corespunzatoare pentru o calitate superioara a aerului interior, acordand totodata o atentie speciala eficientei energetice a sistemelor de introducere a aerului proaspat in interior.

Ferestrele sunt afectate de transmisia luminii, pierderile de caldura si aportul solar. Specificatiile ferestrelor Passivhaus tin cont de toti acesti factori naturali din jurul oricarui element vitrat dintr-o cladire, si conduc la abordarea lor corecta in proiectare. In mod ideal, o fereastra va lasa sa patrunda multa lumina naturala, dar va preveni pierderile de caldura si va permite, de asemenea, cantitatea potrivita de aport solar. In cele mai multe cazuri, ferestrele din aluminiu cu geam triplu reprezinta o alegere potrivita pentru a respecta standardul Passivhaus, insa si mai indicata este optiunea ferestrelor hibride, care folosesc aluminiu la exterior si lemn in interior pentru o performanta superioara.

Pentru a evalua o fereastra Passivhaus, un architect trebuie sa ia in considerare anumite caracteristici. Aportul solar este denumit valoarea G, iar pierderea de caldura – valoare U. Pentru a introduce in proiect o fereastra Passivhaus, confortabila si eficienta din punct de vedere energetic, se va avea in vedere echilibrul dintre valoarea U (pierderea de caldura) si valoarea G (aportul de caldura). Pentru ferestrele si usile obisnuite, pierderea de caldura reprezinta unul dintre factorii-cheie in relatie cu valoarea U si evaluarea energetica a ferestrei. O fereastra Passivhaus analizeaza mai mult decat pierderile de caldura prin sticla si ia in considerare, de asemenea, cadrul, distantierele din sticla si chiar modul in care fereastra este montata pe structura cladirii.

Alegerea ferestrelor Passivhaus de catre echipa de proiect include urmatoarele obiective:

• Minimizarea curentilor reci (pentru care amplasam adesea calorifere sub ferestre);
• Pastrarea temperaturii constante intr-un spatiu;
• Gasirea unui echilibru intre pierderea de caldura si aportul solar;
• Reducerea drastica a consumului de energie al intregii cladiri;
• Asigurarea unui mediu fara condens, obtinut inca predominant pe geamurile duble uzuale;
• Reducerea mucegaiului si a condensului de pe ramele ferestrelor;
• Durata de viata mai mare decat a altor ferestre tipice;
• Etanseitate si lipsa puntilor termice.

Majoritatea ferestrelor si usilor standard se bazeaza pe un panou central din sticla cu o valoare U de 1,2 W/m2K. Ferestrele Passivhaus permit o valoare scazuta U a sticlei, de 0,8 W/(m2K). In cele mai multe cazuri, ferestrele Passivhaus prezinta geam triplu, cu gaz krypton sau argon, un strat cu emisivitate scazuta si distantiere termice la margini.

In concluzie, ce sunt ferestrele pentru case pasive?

Nu exista un tip de fereastra „de casa pasiva”. Standardul Passivhaus se bazeaza pe performanta, nu pe o lista cu componente specifice de achizitionat. In general, aceste ferestre se caracterizeaza prin faptul ca prezinta rupere termica, sunt etansate si, de obicei, sunt triplu vitrate, cu golurile dintre foile de sticla umplute cu gaz de tip argon sau kripton. Astfel, orice fereastra care are o valoare U de 0,8 W/(m²K) sau mai putin este potrivita pentru o casa pasiva. In ceea ce priveste ferestrele pasive si performanta lor termica, Institutul german Passivhaus recomanda ca ramele ferestrelor sa fie bine izolate si prevazute cu geamuri de tip Low-E (emisivitate scazuta) umplute cu argon sau kripton pentru a preveni transferul de caldura. Pentru majoritatea climatelor temperate, aceasta reprezinta o valoare U de 0,80 W/(m2K) sau mai putin, cu valori G in jur de 50%. Indiferent de clima, o casa pasiva va mentine temperaturile interioare constante si va asigura o stare de confort. Cei din zonele cu o clima calda vor dori sa reduca aportul solar, in timp ce la cladirile din zonele reci proiectantii vor dori sa-l maximizeze.

Deoarece valoarea U defineste valoarea totala a sistemului de tamplarii si ferestre, inclusiv foile de geam si rama, intreaga fereastra este importanta pentru eficienta si performanta energetica, nu doar sticla in sine.

Pozitionarea optima a ferestrei

In ceea ce priveste pozitionarea ferestrei, experienta standardului Passivhaus recomanda ca metoda optima de abordare a puntilor termice plasarea acesteia in centrul izolatiei termice a peretelui. Pozitionarea ferestrei la jumatatea cavitatii inseamna ca izolatia termica a golului se poate plia partial in jurul ferestrei. Pentru cladirile Passivhaus, cu o eficientizare a consumului de energie, este mai usoara proiectarea unei ferestre cu deschidere spre interior decat a unei ferestre traditionale cu deschidere spre exterior, pentru ca astfel cadrul ramane in mai mare procent in exterior si poate fi izolat prin infasurare. Desigur, dezavantajul pozitionarii ferestrelor in mijlocul golului peretelui determina arhitectul sa dezvolte o modalitate de a etansa cavitatea.

In timp ce instalarea ferestrelor standard (in stratul portant, in fata izolatiei termice) prezinta in aproape toate cazurile un nivel extrem de ridicat de punte termica, majoritatea ferestrelor de tip Passivhaus demonstreaza rezultate foarte bune de eficienta, prin instalarea in sau partial in stratul de izolatie cu rama acoperita de izolatia termica a peretelui. Se evidentiaza astfel necesitatea unei instalari foarte bine proiectate si rolul maiestriei constructorilor in ceea ce priveste eliminarea puntilor termice.

Institutul german Passivhaus, prin proiectul Windows for the Future, a analizat cinci solutii diferite pentru instalarea ferestrelor:

1. Instalare cu profiluri din otel: profilurile din otel au fost insurubate pe peretele din beton, precum si la tocul ferestrei. Datorita conductibilitatii ridicate a otelului, profilurile pot conduce catre un nivel ridicat de punte termica. In plus, este necesara potrivirea corecta a izolatiei termice la profiluri, pentru a evita golurile cauzate de acestea si de suruburile dintre izolatie, perete si cadru. Daca profilurile sunt plasate in stratul de lipire, daca nu patrund in stratul izolator al tocului ferestrei si sunt utilizate suruburi la montare, pierderile de caldura suplimentare vor fi intr-un interval acceptabil. In unele cazuri, sectiunea de jos a ferestrei este sustinuta de o grinda de lemn.
2. Instalare cu placaj din lemn: placajul este conectat la cadrul ferestrei si este fixat de stratul portant, devenind pervaz al ferestrei si dezvaluind totodata placajul. In acest fel, cadrul poate fi pozitionat in stratul izolator, provocand doar punti termice neglijabile. Deoarece placajul este vizibil, trebuie instalat foarte atent. Fara alte masuri, suruburile raman vizibile. In ferestre mai mari ar putea fi utilizate elementele de armare. Aceasta metoda poate fi folosita si la inlocuirea ferestrelor vechi cu altele noi.
3. Instalare prin cadru orb: un cadru orb, de exemplu din spuma foarte rigida de tip EPS, se lipeste si se insurubeaza in stratul de izolatie, pe stratul de constructie. Cadrul orb actioneaza ca o suprafata curata pe care se poate monta fereastra si la care se poate conecta stratul de etanseizare. Fereastra poate fi inlocuita cu usurinta cu una noua, cand va fi necesar. In plus, spuma EPS de inalta densitate prezinta un nivel suplimentar de protectie fonica. In ferestre de dimensiuni mai mari ar putea fi utilizate elementele de armare.
4. Instalare partiala in stratul de constructie: daca rama este adanca si izolata la exterior, este posibila instalarea partiala in stratul portant. Cadrul poate fi apoi montat direct in stratul portant fara elemente suplimentare, ceea ce face instalarea usoara si ieftina. Este important ca straturile de izolatie ale cadrului si ale peretelui sa se suprapuna pe cat de mult posibil.
5. Blocare in stratul de constructie: pentru a imbunatati si mai mult instalarea (partiala) in stratul portant, exista o solutie practica: o bara, compusa din spuma rezolica si blocuri din cherestea, poate fi folosita ca parte a cofrajului de beton pentru a realiza o izolatie cadru in jurul deschiderii ferestrei, de aceasta fiind apoi conectata fereastra. Solutia ofera posibilitatea de a instala fereastra in stratul portant, fara un nivel ridicat de punte termica. Este de remarcat, insa, ca fereastra va trebui umbrita mai mult din cauza expunerii mai adanci si a iesirii in afara.

Proiectarea ferestrelor prin prisma gestionarii puntilor termice de catre echipa de proiectare poate fi eficientizata prin BIM (software pentru Building Information Modeling) si prin modelarea energetica. Proiectarea integrata, in care arhitectii si inginerii colaboreaza din faza de concept, folosind modelarea energetica drept instrument de verificare a eficientei masurilor alese, poate duce la un proiect gandit corect din punctul de vedere al performantei in sustenabilitate. Anvelopa cladirii reprezinta un factor-cheie de avut in vedere in proiect inca din faza de concept, deoarece masurile alese pentru suprafata vitrata pot optimiza de la inceput eficienta energetica a unei cladiri, inainte de alegerea oricaror altor solutii existente.

In concluzie, ferestrele optime pentru a da raspunsul imperios la schimbarile climatice si pentru a crea un climat interior ideal este necesar a fi proiectate in detaliu inca din faza de concept. Sistemul nu este doar unul ales, ci trebuie sa fie unul atent gandit de intreaga echipa de proiect.

Bibliografie:

https://passiv.de/en

Autor:
arh. Laura Gabureanu – LEED AP BD+C, O+M, ID+C, ND |BREEAM NC Assessor | WELL AP | EDGE Expert | SITES AP | Fitwel Ambassador

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 196 – octombrie 2022, pag. 48