W jaki sposób skład rdzenia drzwi WPC wpływa na ich właściwości izolacyjne termiczne?

Co tak naprawdę znajduje się wewnątrz rdzenia drzwi WPC

Rdzeń drzwi WPC nie składa się z jednego materiału. Jest to materiał kompozytowy zaprojektowany technicznie, łączący włókno lub mączkę drewnianą z matrycą termoplastyczną – najczęściej z PVC – oraz zestawem środków pianotwórczych, stabilizatorów i środków wspomagających proces wytwarzania. Podczas ekstruzji lub formowania w gorącym prasie środki pianotwórcze tworzą strukturę mikrokomórkową w mieszance PVC i drewna. Wielkość komórek, ich rozmieszczenie oraz stosunek komórek zamkniętych do otwartych decydują o tym, jak energia cieplna przemieszcza się przez ten materiał. Rdzeń o gęstych, grubychnych ściankach komórkowych i minimalnej liczbie kieszonek powietrznych przewodzi ciepło łatwiej. Rdzeń zawierający drobne, równomiernie rozłożone komórki zamknięte uwięziona powietrze w milionach małych kieszonek, a nieruchome powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła.

Zawartość mączki drewnianej zwiększa sztywność i nadaje naturalne wrażenie, ale wpływa również na zachowanie termiczne. Drewno samo w sobie ma przewodność cieplną wynoszącą około 0,12–0,15 watów na metr-kelwin. Sztywny PVC ma wartość przewodności cieplnej rzędu 0,19. Po połączeniu tych dwóch materiałów i ich spienieniu uzyskany kompozyt może osiągać przewodność cieplną w zakresie od 0,05 do 0,09, w zależności od gęstości pianki oraz morfologii jej komórek. Ta wartość określa bezpośrednio podstawową wartość izolacji termicznej drzwi przed dodaniem jakichkolwiek powłok zewnętrznych lub wewnętrznych wzmocnień.

Przewodność cieplna oraz istotna wartość współczynnika R

Właściwości izolacyjne są zwykle wyrażane jako wartość R, czyli miara oporu cieplnego. Wyższa wartość R oznacza mniejszy przepływ ciepła. Wartość R oblicza się, dzieląc grubość materiału przez jego przewodność cieplną. Dla standardowej drzwi o grubości trzydzieści pięć milimetrów nawet niewielka zmiana przewodności cieplnej rdzenia powoduje istotną zmianę całkowitej wartości R.

Poniższa tabela przedstawia, jak skład i gęstość rdzenia wpływają na właściwości termiczne drzwi z WPC.

Drzwi z rdzeniem wykonanym z WPC o niskiej gęstości i intensywnie pianowanym zapewniają niemal pięćdziesiąt procent wyższą odporność termiczną niż drzwi o stałej strukturze i minimalnie pianowanym rdzeniu tej samej grubości. Różnica ta przekłada się bezpośrednio na niższe rachunki za energię w pomieszczeniach ogrzewanych lub klimatyzowanych, szczególnie w przypadku drzwi oddzielających ogrzewane wnętrze od nieogrzewanego korytarza lub garażu.

Wpływ stosunku drewna do tworzywa sztucznego oraz struktury komórkowej na właściwości użytkowe

Stosunek drewna do PVC jest kluczowym parametrem formuły. Zwiększenie zawartości mączki drzewnej z dwudziestu do czterdziestu procent wagowych powoduje wzrost gęstości oraz tendencję do powstawania grubszego struktury komórkowej, ponieważ cząstki drewna działają jako miejsca zarodzeniowe konkurujące z środkiem pianotwórczym. Grubsze komórki oznaczają większe puste przestrzenie, a większe puste przestrzenie umożliwiają intensywniejszy wymianę ciepła przez konwekcję wewnątrz rdzenia, częściowo niwelując korzyści izolacyjne wynikające z wyższej gęstości. Zrównoważona formuła z około trzydziestoprocentową zawartością mączki drzewnej, połączona z dobrze kontrolowanym środkiem pianotwórczym o charakterze egzoenergetycznym, zapewnia drobną i jednorodną średnicę komórek w zakresie od stu do trzystu mikrometrów. Zakres ten jest wystarczająco mały, aby hamować cyrkulację powietrza wewnątrz materiału, jednocześnie zapewniając dobrą wytrzymałość mechaniczną.

Warstwy powierzchniowe po obu stronach drzwi również mają wpływ. Gęsta, niepianowana warstwa czapeczkowa z PVC po każdej stronie zapewnia wytrzymałość konstrukcyjną i odporność na wilgoć, ale nieznacznie obniża ogólną wartość współczynnika R, ponieważ stałe PVC przewodzi ciepło łatwiej niż pianowane PVC. Producentom świadomym tego kompromisu udaje się zmniejszyć grubość warstwy czapeczkowej lub zastosować współekstrudowaną warstwę powierzchniową z ASA o lepszej odporności na warunki atmosferyczne w przypadku drzwi zewnętrznych, bez znacznego pogorszenia izolacji termicznej.

Obserwacja terenowa w klimacie zimnym

Jeden z okręgów szkolnych w prowincji północnej wymienił drzwi wewnętrzne w klasach w trzech budynkach. Oryginalne drzwi były wykonane ze stalowego pustego profilu z cienką wkładką polietylenu sztywnego (PS), zapewniającą szacowaną wartość współczynnika R wynoszącą 0,25. Nowe drzwi wykonano z kompozytu drewno-płastik (WPC) z rdzeniem o grubości 35 mm zawierającym pianę o niskiej gęstości, podobną do tej przedstawionej w powyższej tabeli. Warstwa powierzchniowa stanowiła współekstrudowana warstwa z ASA zapewniająca odporność na uderzenia.

W pierwszą zimę po instalacji administrator obiektu monitorował temperatury w korytarzach sąsiadujących z salami lekcyjnymi. Wcześniej korytarze te były o cztery–pięć stopni chłodniejsze niż sale lekcyjne, ponieważ znaczna ilość ciepła uciekała przez stalowe drzwi. Po zamontowaniu drzwi z kompozytu drewno–plastik (WPC) różnica temperatur między korytarzami a salami lekcyjnymi nie przekraczała jednego stopnia. Zużycie energii na potrzeby ogrzewania przez dystrykt zmniejszyło się o około dwanaście procent, choć część tej poprawy wynikała również z lepszych uszczeleń drzwi. Personel techniczny zauważył także, że drzwi wydają się subiektywnie cieplejsze w dotyku – co miało znaczenie w szkole, gdzie małe dzieci opierają się o drzwi, czekając w kolejce.

Inne elementy projektowe wzmacniające lub osłabiające podstawową izolację

Najlepszy rdzeń z WPC traci swoją zaletę termiczną, jeśli pominięte zostaną framuga i uszczelki drzwi. Ramka aluminiowa bez przerwy termicznej stanowi bezpośrednią ścieżkę przewodzenia ciepła od strony ciepłej do zimnej. Jednomilimetrowa szczelina wokół nieprawidłowo zawieszonego drzwi może powodować taką samą utratę powietrza, jak otwór o powierzchni pięćdziesięciu centymetrów kwadratowych. Określenie dobrze uszczelnionej instalacji z ramkami wypełnionymi pianką oraz magnetycznymi lub kompresyjnymi uszczelkami znacznie zwiększa wartość izolacyjnego rdzenia.

Armatura drzwiowa stanowi również mosty termiczne. Metalowy korpus zamka lub ciagła zawiasa przebiegająca na całej wysokości drzwi przewodzi ciepło przez grubość drzwi. Zastosowanie armatury termicznie izolowanej lub umieszczenie uszczelki termicznej pomiędzy skrzydłem zawiasy a płytą drzwi zachowuje wkład rdzenia izolacyjnego. Te szczegóły decydują o tym, czy drzwi wyglądają na energooszczędne w dokumentacji technicznej, czy rzeczywiście zapewniają niższe koszty ogrzewania.

Spójna produkcja rdzenia i przewaga produkcyjna

Liczby dotyczące wydajności termicznej podane w katalogu nie mają żadnej wartości, jeśli gęstość rdzenia i struktura komórek różnią się od partii do partii. Drzwi produkowane w zakładzie, który obsługuje ponad pięćdziesiąt zautomatyzowanych linii produkcyjnych i wytwarza codziennie dwa tysiące drzwi z WPC, dysponują danymi pozwalającymi na wczesne wykrycie odchylenia od procesu produkcyjnego. OFWPC, prowadząca własne zakłady produkcji drzwi z WPC oraz płyt z PVC, kontroluje całą formułę – od przyjęcia surowców po końcowe nadmuchiwanie. Takie zintegrowanie oznacza, że wilgotność mączki drewnianej – zmienna, która w sposób cichy niszczy jakość pianki, jeśli nie jest kontrolowana – jest monitorowana i korygowana jeszcze przed dotarciem do ekstrudera. Dla kupujących określających wartości izolacyjne w przetargu projektowym taki poziom dyscypliny produkcyjnej przekształca specyfikacje termiczne z marzeń w rzeczywiste zobowiązanie do ich realizacji.