Zapraszamy do przeczytania artykułu:

7.1 Wpływ okien na bilans energetyczny budynku

Okna i drzwi zewnętrzne są elementem budynków, przez które traci się zwykle od 20 do 25% dostarczanej do budynku energii cieplnej. Udział strat zwiększa się w przypadku budynków energooszczędnych. Dobierając okna dla budynku należy pamiętać, że:
•    Wielkość strat ciepła zależy głównie od izolacyjności cieplnej okien,
•    Orientacja i lokalizacja okien wpływa na wielkości zysków ciepła od słońca,
•    Izolacyjność  okien  zależy  od  udziału  szyby w całkowitej powierzchni okna i liczby podziałów (np. szprosy). Im większy udział i mniejsza liczba podziałów, tym lepsze właściwości izolacyjne okien,
•    Wybrane szklenie wpływa na wielkość zysków ciepła i przepuszczalność światła dziennego,
•    Okna wpływają na komfort cieplny. Nieszczelne, słabo izolowane mogą prowadzić do zbyt intensywnego przepływu powietrza (przeciąg). Izolacyjność cieplną okien można poprawić w wyniku zastosowania rolet izolowanych lub okiennic. Najlepiej jeśli są sterowane automatycznie, w oparciu o przyjęty schemat działania, w którym przez 80% czasu w sezonie grzewczym, od zachodu słońca do 7 rano są zamknięte. Niewłaściwy montaż kasety rolet może spowodować powstanie dodatkowych mostków cieplnych.

Rysunek 7.1 Schemat okna dla budynku energooszczędnego w standardzie NF15

Im  wyższy  współczynnik  przenikania  ciepła przez okna (UW ), tym większa strata ciepła (QP). Od współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego (g) uzależnione są zaś zyski od promieniowania  słonecznego.  Łatwo  więc  zauważyć, że w budynku energooszczędnym powinno się stosować  okna  o  jak  najmniejszym  współczynniku przenikania ciepła oraz o stosunkowo wysokim współczynniku przepuszczalności promieniowania słonecznego (g) dla pozyskania zysków od słońca. Warto dodać, że promieniowanie słoneczne dzielimy na bezpośrednie – z kierunku położenia słońca na horyzoncie (QDIR) oraz rozproszone – bezkierunkowe (QDIF). Określają one, jaka część promieniowania słonecznego dociera do wnętrza budynku (QZ), a jaka jego część jest przez szybę odbijana i absorbowana (QR). Łatwo więc zauważyć, że w budynku energooszczędnym powinno się stosować okna o jak najmniejszym współczynniku przenikania ciepła oraz o stosunkowo wysokim współczynniku g dla pozyskania zysków od słońca.

Rysunek 7.2 Uproszczony bilans energetyczny okna: QP- straty ciepła, QZ- zyski ciepła, QDIR- promieniowanie bezpośrednie, QDIF- promieniowanie rozproszone, QR- promieniowanie odbijane

Obok ograniczenia strat ciepła przez przenikanie, okno w budynku energooszczędnym powinno zapewniać możliwie dużo zysków ciepła od słońca, ale tylko w okresie ogrzewczym. Dostępna ilość promieniowania słonecznego w Polsce nie dorównuje ilości promieniowania w krajach śródziemnomorskich, jednak w okresie zimy na jeden metr kwadratowy południowo zorientowanej fasady budynku zlokalizowanego w Warszawie pada około 385 kWh energii. Jest to ilość ciepła, która odpowiada ilości energii uzyskanej ze spalenia 38 litrów oleju opałowego. Niestety można wykorzystać w sposób efektywny jedynie część zysków ciepła od słońca. Wpływ na to mają następujące straty promieniowania cieplnego:
•    Przeciętnie około 20% strumienia promieniowania słonecznego nie dociera do powierzchni okna z uwagi na jego zacienienie spowodowane zagłębieniem w świetle murów bądź też przez okap czy przesłaniające horyzont budynki, drzewa.
•    Kolejne 5% promieniowania jest tracone z powodu zanieczyszczenia powierzchni szyby.
•    Około 15% promieniowania słonecznego odbija się od powierzchni szyby (przy wysokich wartościach kąta padania promieni słonecznych).
•    Przeciętnie około 30% całkowitej powierzchni okna stanowi rama okienna.
•    50%  promieniowania  słonecznego  zostanie zatrzymane przez szybę ze względu na jej właściwości fizyczne (współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego g).
•    Ilość padającej na powierzchnię okna energii należy jeszcze pomniejszyć o 5% z uwagi na to, iż słoneczne zyski ciepła nie są całkowicie wykorzystywane w okresach przejściowych.

Ostatecznie efektywnie wykorzystane w sezonie grzewczym słoneczne zyski ciepła przez okno od strony południowej przewyższą nieznacznie straty ciepła przez przenikanie. Dla okna o współczynniku przenikania ciepła (UW ) równym 0,80 W/(m K), zysk wynosi około 8 kWh/m2  okna. Wydaje się, że jest to wartość niewielka, jednak przy tak niskim sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło w budynku energooszczędnym NF15 (15 kWh/m2), nawet niewielki zysk ciepła netto ma duże znaczenie dla „zamknięcia” bilansu energetycznego.
Prowadzone badania dowiodły, że jedynie okna usytuowane od strony południowej oraz południowo-wschodniej i południowo-zachodniej mogą mieć pozytywny bilans energetyczny. Straty ciepła w wyniku przenikania przez 1m2 okna na każdej z fasad będą miały taką samą wartość, natomiast słoneczne zyski ciepła są mocno uzależnione od orientacji okna. Dlatego w budownictwie energooszczędnym stosuje się fasady południowe z dużymi powierzchniami przeszkleń w celu zwiększenia zysków ciepła od słońca, natomiast w miarę możliwości unika się stosowania okien na pozostałych fasadach budynku. Choć okna na pozostałych fasadach będą miały ujemny bilans energetyczny w okresie grzewczym, przy projektowaniu budynku nie należy zapominać o zapewnieniu dostępu światła dziennego i walorach estetycznych okien. Rysunek 7.3 przedstawia bilans energetyczny okna w budynku pasywnym w sezonie grzewczym (dane pogodowe dla Warszawy), o współczynniku przenikania ciepła 0,70 W/(m2K), współczynniku g = 0,5 oraz wymiarach 1,23 × 1,48 m, w zależności od jego orientacji.

PARTNERZY