Dlaczego pęka szyba zespolona: co mówią badania

Szyba zespolona, w literaturze technicznej nazywana IGU (insulating glass unit), pęka bez uderzenia z dwóch głównych powodów, które normy i badania opisują od dziesięcioleci: przez różnicę temperatur w obrębie jednej tafli i przez ciśnienie gazu zamkniętego w komorze. Trzeci powód, wtrącenie siarczku niklu, dotyczy wyłącznie szkła hartowanego. Ten wpis zbiera, co o każdym z nich piszą publikacje zagraniczne i dokumenty producenta. Praktyczną listę rzeczy w mieszkaniu, które podnoszą ryzyko (rolety, folie, grzejniki), ma osobny wpis o tym, dlaczego szyba pęka sama.

Skąd bierze się naprężenie termiczne

Mechanizm jest ten sam we wszystkich źródłach, od biuletynu technicznego Pilkington North America ATS-123 (2013), przez artykuł BRE (Beasley, 2013), po referat AGC na konferencji Challenging Glass (Poláková, Schäfer, Elstner, 2018). Słońce nagrzewa środek tafli. Krawędź schowana pod ramą nie dostaje promieniowania i zostaje chłodna. Ciepły środek chce się rozszerzyć, chłodna krawędź go trzyma, więc krawędź jest rozciągana. Szkło znosi ściskanie bardzo dobrze, a rozciąganie słabo, i to na krawędzi, nie w polu tafli, zaczyna się pęknięcie.

Środek ciepły, krawędź chłodna: naprężenie rozciągające powstaje tam, gdzie szkło jest najsłabsze.

Referat AGC dodaje rzecz ważną dla każdego, kto ma okno w cieniu balkonu albo sąsiedniego budynku: cień, który przez dłuższy czas stoi na części tafli (autorzy nazywają go statycznym), jest najgroźniejszym przypadkiem, bo część zacieniona długo pozostaje chłodna, a nasłoneczniona się grzeje. Cień ruchomy, przesuwający się razem ze słońcem, nie zdąży wytworzyć dużej różnicy. Biuletyn ATS-123 podaje dla obu przypadków przybliżone przyrosty naprężenia względem tafli bez cienia i wymienia „pułapki ciepła": żaluzje izolujące, sufit podwieszony poniżej górnej krawędzi szyby, nalepki i dekoracje pochłaniające ciepło, a także nawiew ogrzewania lub klimatyzacji skierowany prosto w szkło.

Uwaga: skala zjawiska według dokumentu Viridian Glass „Thermal Stress & Glass Strength" (patrz źródła na końcu wpisu): każdy stopień różnicy między środkiem a krawędzią daje w szkle około 0,62 MPa naprężenia, więc różnica 20-30°C oznacza 12-19 MPa, a wytrzymałość zwykłego szkła odprężonego na krawędzi bywa bliska 20 MPa. Riou Glass podaje, że szkło hartowane znosi różnicę temperatur do 200°C wobec 25°C dla zwykłego. To wielkości orientacyjne z dokumentów przetwórców, nie z normy.

Dlaczego zawsze krawędź

Wytrzymałość szkła na rozciąganie nie jest stałą materiału, tylko wypadkową tego, jak bardzo uszkodzona jest jego powierzchnia. Krawędź cięta ma mikroskopijne rysy z cięcia, a każda z nich skupia naprężenie. BRE pisze wprost: niedoskonałości krawędzi działają jak miejsca koncentracji naprężeń. Biuletyn ATS-123 wymaga krawędzi czysto ciętej, bez wyszczerbień, i zaznacza, że krawędź w pełni polerowana ma wyższą odporność na pęknięcie termiczne. Brytyjskie CWCT poświęciło temu osobną notę techniczną nr 65 „Thermal fracture of glass"; według BRE to właśnie ta nota podaje dopuszczalne uszkodzenia krawędzi dla szyb od strony południowej i zachodniej.

Dokumenty producenta nie wiążą jakości krawędzi z pękaniem wprost, ale określają, co na krawędzi jest dopuszczalne. Kryteria oceny jakości (2020, pkt 3.3) mówią, że na nieszlifowanych krawędziach uszkodzenia są dopuszczalne do 2 mm i 20 % grubości szkła, pojedyncze odpryski do 6 mm, natomiast pęknięcia, nawet niewielkie, są niedopuszczalne i powinny być zgłaszane w momencie odbioru. Standardy wykonania (2021, poz. 25) dodają, że standardem jest brak obróbki krawędzi, z wyjątkiem szkła hartowanego, wzmacnianego termicznie i wygrzewanego, które jest zatępiane mechanicznie na wszystkich krawędziach. Inne sposoby obróbki, szlifowanie czy polerowanie, wymagają ustalenia przy zamówieniu.

Uwaga: to ma skutek praktyczny przy odbiorze. Obejrzyj krawędzie tafli, zanim szyba trafi do okna. Odprysk mieszczący się w tolerancji producenta nie jest wadą, ale pęknięcie już tak, i wpisuje się je do protokołu odbioru. Źródło: kryteria oceny jakości, pkt 1 i 3.3.

Dlaczego pakiet pęka częściej niż pojedyncza szyba

To jest punkt, w którym szyba zespolona różni się od zwykłej tafli w starym oknie. BRE stwierdza, że szkło w pakiecie jest bardziej narażone na pęknięcie termiczne, bo nagrzewa się szybciej i mocniej niż w szkleniu pojedynczym. Biuletyn ATS-123 tłumaczy, dlaczego: podwójne szklenie zmienia ilość ciepła pochłanianego przez każdą taflę przez odbicia między nimi, tak że efektywna absorpcja tafli zewnętrznej rośnie ponad jej wartość z pojedynczego szklenia. Powłoka niskoemisyjna, która w pakiecie jest po to, żeby zatrzymać ciepło w pokoju, ogranicza też oddawanie ciepła z tafli, i przez to podnosi jej temperaturę oraz naprężenie. Dla pakietu trzyszybowego ten sam biuletyn dodaje, że środkowa tafla ma z obu stron nieruchomy gaz, więc jej temperatura może wyraźnie wzrosnąć, a zwykła tafla środkowa z powłoką niskoemisyjną z reguły wymaga obróbki termicznej.

Producent pisze o tym samym z drugiej strony, od ciśnienia: w informacji o szybach dwukomorowych (2016) czytamy, że obecność dwóch powłok niskoemisyjnych i bardzo niska wartość współczynnika U powodują utrzymywanie się w trakcie eksploatacji wyższej temperatury wewnątrz szyby zespolonej, i w konsekwencji podwyższenie ciśnienia w szybie. Litewski producent SKP Stiklas podaje z kolei prosty próg praktyczny: gdy szkło pochłania więcej niż połowę energii słonecznej, ryzyko naprężeń termicznych trzeba policzyć, a wynik najczęściej oznacza dodatkową obróbkę szkła.

Tafle w pakiecie nie są też od siebie niezależne. Zespół z University of Science and Technology of China (Wang i inni, Applied Thermal Engineering, 2017) badał podwójne szklenie w warunkach pożaru, więc to inny zakres temperatur niż okno w słońcu, ale wniosek ogólny się przenosi: tafla po stronie odwróconej od źródła ciepła wytrzymuje znacznie dłużej, a pęknięcie jednej tafli zmienia warunki cieplne drugiej. Pakiet trzeba oceniać jako całość, tafla po tafli.

Drugi mechanizm: komora zamknięta przy produkcji

Norma EN 1279-1 (załącznik C.2) opisuje to jednym zdaniem: zmiany temperatury gazu w komorze oraz zmiany ciśnienia atmosferycznego i wysokości sprężają albo rozprężają gaz, przez co tafle się uginają, a odbity obraz się zniekształca; tych ugięć nie da się uniknąć, zmniejszają je natomiast małe wymiary, grube szkło i wąska komora. Referat AGC nazywa to warunkiem izochorycznym: objętość gazu jest zamknięta między taflami, a że tafle nie są idealnie sztywne, rzeczywisty stan leży między stałą objętością a stałym ciśnieniem.

Pakiet jest w równowadze z warunkami z hali produkcyjnej. Każda zmiana pogody na zewnątrz to obciążenie tafli.

Producent opisuje to samo w informacji o szybach dwukomorowych: pakiet pozostaje w równowadze z otoczeniem przy temperaturze i ciśnieniu z hali produkcyjnej, a potem reaguje na każdą zmianę, tworząc nadciśnienie albo podciśnienie i naprężenia w taflach. Nadciśnienie częściowo kompensuje wybrzuszenie tafli, podciśnienie ich wklęśnięcie, a szyba pozostaje stabilna, dopóki naprężenia nie przekroczą wartości dopuszczalnych; po ich przekroczeniu następuje pękanie szkła. Kryteria oceny jakości (pkt 4) dodają, że w skrajnych przypadkach zbyt wysokie ciśnienie wewnątrz szyby zespolonej może powodować samoczynne pękanie szyb składowych.

Z listy czynników w tym dokumencie wynika paradoks, o którym warto wiedzieć przed zamówieniem małej szyby: im większa i bardziej kwadratowa tafla, tym łatwiej się ugina i kompensuje różnicę ciśnień. Mała, wąska tafla ugiąć się nie może, więc całe obciążenie idzie w naprężenie. Dlatego producent wymienia wśród zastosowań o wyraźnie zwiększonym ryzyku pęknięcia pakiety dwukomorowe, których mniejszy wymiar jest krótszy niż 650 mm, pakiety o różnej grubości tafli zewnętrznej i wewnętrznej, pakiety pracujące w wysokiej temperaturze (gorący klimat albo zasłony, żaluzje i folie za szybą) oraz pakiety użytkowane wysoko nad poziomem morza. Dlaczego przy dwóch komorach ryzyko jest wyższe, tłumaczy wpis o tym, dlaczego pakiet dwukomorowy się ugina.

Uwaga: wysokość ma znaczenie także w Polsce. Standardy wykonania (2021, poz. 2) ogólnie nie rekomendują instalowania szyb powyżej 650 m n.p.m., a dla pakietów dwukomorowych mówią, że przekroczenie 400 m n.p.m. może już wymagać konsultacji. Użytkowanie szyb wyżej niż miejsce ich produkcji zwiększa ryzyko pęknięcia lub utraty szczelności. Dla terenów górskich producent ma osobną wersję pakietu z zaworkiem w ramce dystansowej (informacja z października 2016, dokument do pobrania niżej); przy takim zamówieniu trzeba podać przybliżoną wysokość montażu.

Trzeci mechanizm: szkło hartowane i siarczek niklu

Szkło hartowane rozwiązuje problem naprężeń termicznych, ale wnosi własny, rzadki mechanizm pękania. Andreas Kasper opisał go w czteroczęściowym cyklu „Spontaneous cracking of thermally toughened safety glass" w czasopiśmie Glass Structures & Engineering (część pierwsza: tom 4, 2019, online 2018). W masie szkła zdarzają się mikroskopijne wtrącenia siarczku niklu. Podczas hartowania, w wysokiej temperaturze, przyjmują one postać alfa, a gwałtowne chłodzenie zamraża je w tej postaci. W oknie, latami, wtrącenie powoli przechodzi w postać beta, która zajmuje więcej miejsca. Jeśli siedzi w rozciąganej strefie środkowej tafli hartowanej, ten przyrost objętości może rozsadzić szkło bez żadnej przyczyny zewnętrznej.

Dokument Vitro TD-138 podaje, że przyrost objętości wynosi około 2-4 %, że w szkle odprężonym i wzmacnianym termicznie wtrącenia mają czas przejść przemianę podczas powolnego chłodzenia i dlatego te szkła praktycznie nie pękają samoistnie, oraz że test wygrzewania (heat soak, wg EN 14179-1) usuwa wiele tafli z wtrąceniami, ale nie daje stuprocentowej gwarancji. Wniosek biuletynu ATS-123 jest zbieżny: tam, gdzie przepisy pozwalają, preferuje się szkło wzmacniane termicznie, bo ryzyko samoistnego pęknięcia, które zdarza się w hartowanym, jest w nim mniejsze.

Producent ma to w standardach wykonania (2021, poz. 35): test HST jest oferowany dla wszystkich szkieł hartowanych i zalecany w celu zminimalizowania teoretycznie możliwego samoczynnego pęknięcia szkła hartowanego spowodowanego wtrąceniami siarczku niklu. Wykonanie testu zależy od zamówienia klienta. W naszym sklepie szkło hartowane idzie wyłącznie ścieżką zapytania, co tłumaczy wpis o tym, czego nie zamówisz z kalkulatora.

Jak rozpoznać pęknięcie termiczne

Dokumenty producenta nie opisują wyglądu pęknięcia termicznego, więc tu opieramy się na opracowaniach przetwórców szkła z Australii (Viridian, National Glass) i Francji (Riou Glass), które są w tym zgodne. Pęknięcie termiczne zaczyna się zawsze na krawędzi, pod kątem prostym zarówno do krawędzi, jak i do powierzchni szkła. Przez pierwsze kilka centymetrów biegnie prostopadle do krawędzi, dopiero potem skręca i meandruje. Przy małym naprężeniu jest to jedna linia, często wychodząca z drobnego odprysku albo uszkodzenia krawędzi. Przy dużym naprężeniu linia po krótkim odcinku rozgałęzia się na kilka. Pęknięcie od uderzenia wygląda inaczej: ma punkt, z którego linie rozchodzą się promieniście, i ten punkt leży zwykle w polu tafli, nie na krawędzi.

Start na krawędzi pod kątem prostym kontra punkt uderzenia z promieniami. Tego nie widać po zdjęciu całego okna, trzeba obejrzeć krawędź.

W pakiecie jest jeszcze jedna wskazówka: która tafla pękła. National Glass pisze, że szklenie wielotaflowe daje wyższe naprężenie termiczne tafli zewnętrznej, a biuletyn ATS-123, że w pakiecie rośnie efektywna absorpcja tafli zewnętrznej; ciśnienie w komorze obciąża natomiast obie tafle jednocześnie. To nie jest dowód, tylko poszlaka, i przy sporze rozstrzyga ekspertyza, nie zdjęcie.

Co z tego wynika dla zamawiającego

Najważniejsze zdanie stoi w kryteriach oceny jakości (pkt 4): pęknięcia termiczne i samoczynne pękanie od ciśnienia są tam wymienione wśród zjawisk fizycznych towarzyszących eksploatacji szyb zespolonych, których wystąpienie nie jest związane ze złą jakością wykonania. Gwarancja producenta (2014, pkt 3 i 5) obejmuje wyłącznie szczelność i nie obejmuje szyby, w której utrata szczelności występuje jednocześnie z pęknięciem. Standardy wykonania (poz. 12) mówią wprost, że producent nie ponosi odpowiedzialności za prawidłowość doboru konstrukcji szyby oraz jej wymiarów, grubości i typu użytego szkła do miejsca i warunków zastosowania. Referat AGC opisuje ten sam stan od strony norm: w Europie nie ma jednej normy liczącej naprężenia termiczne, pełną metodę ma tylko francuska NF DTU 39 P3, a norma amerykańska dotyczy wyłącznie pojedynczego szklenia. Ta norma to ASTM E2431 i jej własny zakres mówi, że obejmuje tylko szkło odprężone, bez powłok niskoemisyjnych, i nie uwzględnia nawiewów, izolujących osłon okiennych ani sufitów podwieszonych. Druga norma amerykańska, ASTM E1300, liczy nośność szyby pod wiatrem i śniegiem i dzieli obciążenie między tafle pakietu proporcjonalnie do ich sztywności, ale naprężeń termicznych nie dotyczy. Dobór szkła do warunków jest więc decyzją zamawiającego albo jego projektanta, a nie czymś, co dzieje się samo.

Co zrobić, żeby ta decyzja była świadoma:

1. Przejdź listę z wpisu o tym, dlaczego szyba pęka sama: roleta zatrzymywana w połowie, folia, plakat, mebel przy szybie, nawiew w szkło, cień stale stojący na części okna. Standardy wykonania (poz. 5) wymieniają żaluzje, folie, naklejane ozdoby, sufity podwieszane i meble zasłaniające część szyby jako elementy, które mogą powodować konieczność użycia szkła hartowanego lub wzmacnianego termicznie; kryteria oceny jakości (pkt 4) dodają grzejniki i klimatyzatory skierowane na szkło, a cień statyczny pochodzi z referatu AGC.
2. Jeśli którykolwiek punkt pasuje, opisz to w zapytaniu zamiast zamawiać z kalkulatora. Źródła zgodnie wskazują wtedy szkło wzmacniane termicznie albo hartowane; jaką taflę da się w danym przypadku dostarczyć, ustalimy przy wycenie.
3. Montujesz w górach albo wyraźnie wyżej niż leży zakład produkcyjny: podaj wysokość montażu. Oba dokumenty producenta odnoszą ryzyko do wysokości miejsca produkcji, a informacja o pakietach górskich wymaga podania wysokości przy zamówieniu.
4. Zamawiasz pakiet dwukomorowy z krótkim bokiem: przeczytaj wpis o tym, dlaczego się ugina, i rozważ jednokomorowy, jeśli szyba jest mała.
5. Przy odbiorze obejrzyj krawędzie i wpisz do protokołu każde pęknięcie, nawet włosowate. Potem będzie już tylko Twoje.
6. Wymiar zmierz według instrukcji pomiaru. Szyba jest cięta na wymiar i nie podlega zwrotowi, a źle dobrany wymiar z za płytkim albo za głębokim osadzeniem w ramie też zmienia to, jak krawędź się grzeje.

Źródła

Publikacje i normy, na których stoi ten wpis. Kilka z nich krąży w sieci pod błędnymi nazwiskami albo tytułami; poniżej dane sprawdzone w rejestrach wydawców 31.08.2026.

• M. Poláková, S. Schäfer, M. Elstner (AGC), „Thermal Glass Stress Analysis
  • Design Considerations", Challenging Glass 6, Delft 2018, proceedings.challengingglass.com. Mechanizm, cień statyczny i ruchomy, brak jednej normy europejskiej, warunek izochoryczny komory.
• Y. Wang, K. Li, Y. Su, W. Lu, Q. Wang, J. Sun, L. He, K.M. Liew, „Determination of critical breakage conditions for double glazing in fire", Applied Thermal Engineering, tom 111, 2017, sciencedirect.com. Badanie pożarowe; tafle w pakiecie oddziałują na siebie.
• A. Kasper, „Spontaneous cracking of thermally toughened safety glass. Part one: Properties of nickel sulphide inclusions", Glass Structures & Engineering, tom 4, 2019 (online 2018), s. 279-313, doi.org/10.1007/s40940-018-0083-8. Siarczek niklu, przemiana alfa-beta, test heat soak.
• CWCT, Technical Note 65 „Thermal fracture of glass", Centre for Window and Cladding Technology, Bath, cwct.co.uk. Dopuszczalne uszkodzenia krawędzi szkła narażonego termicznie.
• J. Beasley (BRE), „How to avoid glass cracking in insulated glazing units", 2013, bregroup.com. Krawędź jako miejsce koncentracji naprężeń; pakiet grzeje się mocniej niż pojedyncza tafla.
• Pilkington North America, Technical Bulletin ATS-123 „Thermal Stress", 14.01.2013, pilkington.com. Cienie, pułapki ciepła, powłoki niskoemisyjne, pakiety trzyszybowe.
• Vitro Architectural Glass, Technical Document TD-138 „Heat Treated Glass for Architectural Glazing", vitroglazings.com. Szkło odprężone, wzmacniane i hartowane; siarczek niklu; heat soak.
• Viridian Glass, TechDirect „Thermal Stress & Glass Strength" oraz National Glass, „Thermal Breakage" (Australia). Wygląd pęknięcia termicznego, wielkości orientacyjne naprężeń.
• Riou Glass, „What is thermal breakage?", 2024, riouglass.com. Absorpcja, odległość żaluzji od szyby, kształt pęknięcia.
• SKP Stiklas, „Thermal cracks", skpstiklas.lt. Próg absorpcji dla stref zacienionych, katalog kształtów pęknięć.
• G. Smith, „How to avoid thermal breakage", Building Connection, 2016, buildingconnection.com.au. Jakość krawędzi, cień pod okapem, żaluzje odbijające ciepło.
• EN 1279-1 „Glass in building - Insulating glass units - Part 1", załącznik C.2 o ugięciu tafli od temperatury i ciśnienia. ASTM E2431-12(2020) „Standard Practice for Determining the Resistance of Single Glazed Annealed Architectural Flat Glass to Thermal Loadings". ASTM E1300 „Standard Practice for Determining Load Resistance of Glass in Buildings", z podziałem obciążenia między tafle pakietu proporcjonalnie do ich sztywności.
• Dokumenty producenta: kryteria oceny jakości (16.06.2020), standardy wykonania (marzec 2021), informacja o szybach dwukomorowych (01.09.2016), informacja o szybach do terenów górskich (październik 2016), ogólne warunki gwarancji (26.03.2014). Wszystkie do pobrania pod tym wpisem.