Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 1/2017 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Energetyczno-ekonomiczny aspekt okien w budynkach niskoenergetycznych

Izolacyjność okien | Stolarka okienna | Wymagania cieplne | Montaż okien

Dość powszechnie współczynnik przenikania ciepła U pakietu szklanego utożsamiany jest z jakością termiczną całego okna. Sprzyja temu podawanie w materiałach reklamowych współczynnika U na poziomie 0,9 W/(m2·K) lub niższym bez wyraźnego zaznaczenia, że są to przeważnie parametry oszklenia, a nie całego okna (współczynnik całego okna jest często znacznie wyższy).

Wprowadzenie w 2009 r. obowiązku sporządzania świadectw charakterystyki energetycznej budynków spowodowało wyraźny wzrost znaczenia jakości wyrobów budowlanych w zakresie ich cech wpływających na charakterystykę energetyczną budynku. Dotyczy to również stolarki okiennej.

Czynniki, od których zależy izolacyjność okien

Izolacyjność okien wzrasta przy zastosowaniu większej liczby szyb i wypełnieniu przestrzeni międzyszybowej gazami szlachetnymi, takimi jak argon czy krypton. Inny zabieg polega na pokrywaniu szyb powłokami selektywnymi, co ma na celu zmniejszenie przepuszczalności promieni słonecznych, a dzięki temu ograniczenie przegrzewania budynku w okresie letnim (zmniejsza koszty ewentualnej klimatyzacji) i jest dodatkowo walorem estetycznym.

Trzeba też wspomnieć o pojęciu „ciepła ramka”, czyli o zastosowaniu międzyszybowych ciepłych ramek polimerowych, które także wpływają na poprawę termiki okna.

ABSTRAKT

W artykule omówiono nowe wymagania cieplne dotyczące stolarki okiennej zamieszczone w rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Wykonano obliczenia energetyczne i ekonomiczne w odniesieniu do przykładowego projektu budynku jednorodzinnego. Przeanalizowano trzy warianty możliwych do zastosowania okien przy zasilaniu budynku różnymi źródłami ciepła.

The article discusses new thermal requirements concerning window joinery, which have been published in the Ordinance of the Minister of Transport, Construction and Maritime Economy of 5 July 2013, amending the regulation on the technical conditions which are to be met by buildings and their location. The article contains calculations within the scope of energy and economy, which have been performed with regard to an exemplary design of a single-family residential building. It also includes an analysis of three types of windows possibly appropriate for use in the case in question, taking into consideration the fact of supplying the building from different heat sources.

Na izolacyjność termiczną całego okna mają wpływ nie tylko parametry izolacyjne oszklenia czy ramy, lecz także szczelność stolarki, jakość montażu, izolacyjność termiczna osłony przeciwsłonecznej.

Zastosowanie osłon (żaluzji, rolet) podwyższa opór cieplny okna i obniża wartość współczynnika przenikania ciepła. Zastosowanie rolet może być w niektórych przypadkach sposobem na spełnienie wysokich wymagań dotyczących okien (np. w budynkach o standardzie NF15 dla IV i V strefy).

W naszym umiarkowanym klimacie najważniejsze znaczenie ma znalezienie kompromisu pomiędzy ochroną przed nadmiernym wpływem zysków słonecznych na bilans cieplny budynku a wysokim poziomem dostępu naturalnego światła dziennego.

Parametry okien

Współczynnik przenikania ciepła U

Metodę obliczania współczynnika przenikania ciepła okien i drzwi podaje norma PN-EN ISO 10077-1:2007 [1]. Według jej zapisów wartość współczynnika U oblicza się z następującego wzoru:

gdzie:
Ag – pole powierzchni oszklenia [m²],
Af – pole powierzchni ramy [m²],
lg – całkowity obwód oszklenia [m],
Ug – współczynnik przenikania ciepła oszklenia [W/(m²·K)],
Uf – współczynnik przenikania ciepła ramy [W/(m²·K)],
Ψg – liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka cieplnego na styku szyby z ramą okna [W/(m·K)].

Wymagania dotyczące wartości współczynnika U okien zawarte są w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], znowelizowanym rozporządzeniem z 5 lipca 2013 r. [3]. Wymagane wartości współczynnika przenikania ciepła Uc(maks.) obniżone od stycznia 2014 r., w kolejnych latach będą jeszcze niższe.

Dopuszcza się (w odniesieniu do budynku produkcyjnego, magazynowego i gospodarczego) większe wartości współczynnika U niż U(maks.). Warunkiem jest uzasadnienie tego rachunkiem efektywności ekonomicznej inwestycji, obejmującym koszty budowy i eksploatacji budynku [3].

Daje to inwestorom dodatkowe możliwości manewru i ewentualne odłożenie w czasie dostosowania się do nowych wymagań, pod warunkiem wykazania opłacalności takiej decyzji.
Nowe wymagania cieplne zostały zestawione w TABELI 1.

Współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g

Wpółczynnik U charakteryzuje straty ciepła przez okno, lecz należy zwrócić uwagę, że przez oszklenie pozyskujemy energię od promieniowania słonecznego.

Istotny jest więc współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g. Im wyższa wartość g, tym zyski od słońca większe. Im niższa wartość współczynnika U, tym trudniej zachować wysoką wartość g. Na wielkość współczynnika g ma wpływ również zastosowanie osłon przeciwsłonecznych.

Całkowitą wartość współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego według rozporządzenia z 5 lipca 2013 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3], oblicza się ze wzoru:

g = fc·gn

gdzie:
fc – współczynnik redukcji promieniowania ze względu na zastosowanie urządzenia przeciwsłonecznego w okresie letnim nie może być większy niż 0,35,
gn – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego.

Jeśli w deklaracji właściwości użytkowych okna nie ma podanych wartości współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego, należy skorzystać z tabeli 2.1.5. podanej w rozporządzeniu z 5 lipca 2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [3], gdzie zestawiono wartości współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego gn.

Zależą one od typu przeszklenia i wahają się od 0,5 dla okien potrójnie szklonych z powłoką selektywną do 0,85 dla okien szklonych pojedynczo.

Współczynnik redukcji promieniowania słonecznego fc

Bardziej skomplikowany jest dobór wartości współczynnika redukcji promieniowania ze względu na zastosowanie urządzeń przeciwsłonecznych.
Poszczególne jego wartości zostały podane w rozporządzeniu z 5 lipca 2013 r. [3], a przestawiono je w TABELI 2.

Pole powierzchni okien Ao

Ze względu na możliwość zwiększonych strat ciepła oraz nadmierne przegrzewanie pomieszczeń w miesiącach letnich nie można w budynku zaprojektować zbyt dużej powierzchni okien.

Według rozporządzenia [3] pole powierzchni Ao, wyrażone w m², okien oraz przegród szklanych i przezroczystych o wartości współczynnika przenikania ciepła nie mniejszej niż 0,9 W/(m²·K), obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może przekraczać wartości Aomaks:

Aomaks = 0,15·Az + 0,03·Aw

gdzie:
Az – suma pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (po zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szer. 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych,
Aw – suma pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odjęciu.

Poprawny montaż

Od kilkunastu lat w krajach zachodniej Europy standardowo stosowany jest tzw. ciepły montaż. Jest to trójwarstwowy system uszczelnienia okien, w Polsce stosowany w zasadzie wyłącznie w budynkach niskoenergetycznych (np. w budynkach o standardzie NF 15, NF 40).

Jeśli chodzi o standardowe budynki, nadal niewiele mówi się o wytycznych dotyczących poprawnego montażu i uszczelnień okien, a klienci sugerują się częściej wyborem tańszego rozwiązania, czyli montażu tradycyjnego (z użyciem pianki lub silikonu), który skutkuje stratami ciepła oraz zawilgoceniem warstwy izolacji. W efekcie rosną koszty ogrzewania i powstaje ryzyko pojawienia się niebezpiecznego dla zdrowia zagrzybienia [4].

Podstawowym celem ciepłego montażu jest polepszenie jakości montażu dzięki wyeliminowaniu mostków termicznych, zabezpieczeniu warstwy izolacji termicznej przed degradacją i zlikwidowaniu przewiewów. Jednoczesne zabezpieczenie izolacji przed wilgocią i zapewnienie jej stałej wentylacji pozwala na utrzymanie spoiny w stanie suchym.

Przy doborze materiałów do ciepłego montażu trzeba wiedzieć o wykonaniu wewnętrznej warstwy z materiału paroszczelnego, środkowej z materiału termoizolacyjnego, a zewnętrznej z paroprzepuszczalnego. Zgodnie z zasadą: wewnątrz szczelniej niż na zewnątrz, zapewniamy spoinie optymalne warunki, które wpływają na jej trwałość i jakość.

Założenia do przykładu obliczeniowego

Do obliczeń przyjęto dom jednorodzinny, parterowy z poddaszem nieużytkowym o:

  • powierzchni zabudowy – 105 m²,
  • kubaturze ogrzewanej – 210 m³,
  • wentylacji naturalnej.

Budowa przegród zewnętrznych:

  • ściana z cegły ceramicznej gr. 25 cm, ocieplenie styropianem gr. 15 cm, współczynnik U = 0,236 W/(m²·K);
  • strop pod nieogrzewanym poddaszem: płyta żelbetowa gr. 15 cm, styropian gr. 22 cm, chudy beton gr. 3 cm, 2×papa asfaltowa, współczynnik U = 0,173 W/(m²·K);
  • podłoga na gruncie: płyta żelbetowa gr. 15 cm ocieplona styropianem gr. 15 cm, wylewka betonowa gr. 3 cm, posadzka dębowa gr. 2 cm, współczynnik U = 0,16 W/(m²·K).

W budynku na elewacji od strony północnej nie ma okien, natomiast na elewacjach pozostałych znajdują się po 2 okna o wymiarach 1280×1450 mm. Jako ścianę frontową przyjęto tę na kierunku południowym i tam znajdują się drzwi o wartości U = 1,7 W/(m2·K). Budynek jest nieosłonięty, dane meteorologiczne jak dla stacji Białystok.

Przyjęto do obliczeń zastosowanie 3 typów okien:

  • typ 1 – okna o wartości Uw =1,7 W/(m²·K),
  • typ 2 – okna o wartości Uw = 1,3 W/(m²·K),
  • typ 3 – okna o wartości Uw =0,7 W/(m²·K).

Okna typu 1 przyjęto w związku z tym, że inwestorzy, którzy uzyskali pozwolenie na budowę przed styczniem 2014 r., mogą w swoich budynkach zastosować okna spełniające wymagania podane w rozporządzeniu z 6 listopada 2008 r. [5].

Okna typu 2 spełniają obecne wymagania, zawarte w rozporządzeniu z 5 lipca 2013 r. [3], natomiast okna typu 3 spełniają wymagania dotyczące budynków o standardzie NF15 dla IV i V tej strefy. Przedstawione obliczenia mają pokazać różnicę wynikającą z zastosowania założonych typów okien.

Obliczenia wykonano w jednym z przeznaczonych do tego programów komputerowych. Wyniki zamieszczono w TABELACH 3, 4 oraz na RYS. 1, 2, 3, 4, 5.

Energia użytkowa charakteryzuje samą bryłę budynku i pozwala na porównanie efektów energetycznych uzyskanych dzięki zastosowaniu okien o lepszych parametrach (TABELA 3).

W celu podania efektu istotnego z punktu widzenia użytkownika w TABELI 4 zestawiono odpowiadające energiom użytkowym wartości energii końcowej oraz ceny poszczególnych paliw. Wartości współczynników nakładu instalacji w odniesieniu do różnych źródeł ciepła przyjęto na podstawie rozporządzenia z 6 listopada 2008 r. [5].

Analizowano następujące warianty inwestycji, w odniesieniu do których obliczono wartości wskaźników NPV i SPBT:

wariant 1, polegający na zastosowaniu zamiast okien typu 1 okna typu 2,

wariant 2, polegający na zastosowaniu zamiast okien typu 1 okna typu 3.

Wartości wskaźników NPV i SPBT obliczono na podstawie wzorów:

gdzie:
ΔN – różnica wartości nakładu dla odpowiednich typów okien,
ΔQ – różnica wartości zapotrzebowania na energię dla odpowiednich typów okien,
ci – cena energii z wybranego źródła,
ΔK – przewidywane wpływy finansowe w kolejnych latach [zł/rok],
n – liczba lat funkcjonowania przedsięwzięcia inwestycyjnego; przyjęto 15 lat,
r – stała stopa dyskonta; przyjęto 3%.

Do obliczeń przyjęto planowany czas zwrotu inwestycji wynoszący 15 lat oraz stopę dyskonta równą 3%. Wyniki przedstawiono w TABELACH 5 i 6.

Jak wynika z RYS. 1, przy zastosowaniu lepszych okien następuje znaczne zróżnicowanie zapotrzebowania bryły budynku na energię użytkową. Wraz ze wzrostem parametrów cieplnych zastosowanych okien w budynku, zapotrzebowanie na energię użytkową spada nawet dwukrotnie dla okien typu 3.

Zmiany w wielkości energii końcowej (ta, za którą płacimy) zależą od rodzaju paliwa i sprawności instalacji grzewczej budynku, dlatego zróżnicowanie jej wartości nie jest aż tak znaczne jak w przypadku energii użytkowej.

Na podstawie analizy RYS. 3 i 4 można zauważyć, że dla okien typu 2 i 3 zyski od słońca przeważają straty przez okna, jedynie dla okna typu 1 wartości te są zbliżone.

Takie wyniki uzyskano dzięki korzystnej orientacji budynku (południowej) i wyeliminowaniu okien na elewacji północnej. Istotne znaczenie w tym wypadku ma także współczynnik wykorzystania zysków słonecznych, który w sezonie wynosi 0,933. Polepszanie izolacyjności cieplnej okna powoduje obniżenie strat, przy jednoczesnym obniżeniu zysków (przy czym straty maleją szybciej niż zyski).

W budynku poddanym analizie dominujące są straty wentylacyjne, natomiast w odniesieniu do nich straty przez okna są dwa razy mniejsze (okna typu 1, 2), a w odniesieniu do okien typu 3 – nawet 4-krotnie mniejsze.

PODSUMOWANIE

Przy wyborze okien do budynku należy zwrócić uwagę na to, że:

  • izolacyjność okien zależy od udziału szyby w całkowitej powierzchni okna i liczby podziałów (np. szprosów). Im mniej podziałów i większy udział szyby, tym lepsze właściwości izolacyjne okien;
  • najlepszym rozwiązaniem są okna o najniższej wartości współczynnika przenikania ciepła U oraz o stosunkowo wysokiej wartości współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego g. Trzeba też zdawać sobie sprawę, iż wzrost liczby szyb w profilu okiennym obniża wartość współczynnika przenikania ciepła U okna, lecz jednocześnie powoduje obniżenie wartości współczynnika g (zmniejszenie ilości przepuszczanej do pomieszczenia energii słonecznej);
  • lokalizacja i orientacja okien w budynku wpływają na wielkość zysków od słońca. Zaleca się umieszczanie znacznej liczby okien od strony południowej, unikanie zaś otworów okiennych od strony północnej (zwracając uwagę na eliminację nadmiernych zysków ciepła).

Na efektywność energetyczną i ekonomiczną inwestycji polegającej na montażu okien o lepszych parametrach termicznych wpływa w istotnym stopniu również rodzaj ogrzewania (paliwo i jego cena).

Z przytoczonego przykładu obliczeniowego wynika, iż czasy zwrotu dodatkowego nakładu na lepsze okna są dość długie, jednak oszczędności energetyczne, jakie taka zmiana przynosi, są znaczące w bilansie energetycznym budynku. Przy odpowiedniej trwałości okien oraz w warunkach ciągle rosnących cen energii inwestycja staje się opłacalna.

Okna o bardzo dobrych parametrach termicznych mogą przy odpowiednim rozmieszczeniu w budynku względem stron świata być pozytywnym składnikiem bilansu cieplnego budynku.

Autorzy składają podziękowania za współpracę firmie Prestige z Łap, która udostępniła dane do obliczeń

Literatura

  1. PN-EN ISO 10077-1:2007, „Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła”.
  2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, ze zm.).
  3. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2013 r., poz. 926).
  4. Strona internetowa: www.empol.pl.
  5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2008 r. nr 201, poz. 1238).
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 7/8/2014

Komentarze

(1)
Center | 04.08.2016, 10:50

Bardzo się cieszę, że ten temat został poruszony. Energooszczędne okno to nie tylko szyba która lepiej chroni przez stratami ciepła, a bardzo szerokie zagadnienie. Kwestia właściwego zainstalowania okien i unikania strat ciepła spowodowanych wadliwym osadzeniem okna jest kluczowa i, zbyt często, przemilczana. Producenci okien prześcigają się w osiągach swoich produktów, ale nieświadomy inwestor i tak traci krocie przez błędne zainstalowanie.

   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


"Nie truj sąsiada!" - poznaj szczegóły ogólnopolskiej akcji


Mechanizm akcji jest bardzo prosty – jeżeli Twój sąsiad nieustannie spala śmieci, dymi i truje wszystkich dookoła... czytaj dalej »

 


Osuszanie murów metodą cięcia - jakie ma zalety?


Osuszanie murów metodą cięcia to 100% gwarancja odcięcia wilgoci podciąganej kapilarnie, do końca trwałości technicznej budynku. czytaj dalej »

 


Termoizolacja ścian od wewnątrz - na co zwrócić uwagę?

Innowacyjne rozwiązania w zakresie termoizolacji »

Paroc adaptacja poddasza nieużytkowego

Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań do termoizolacji, jednak wyzwaniem staje się termoizolacja ścian zewnętrznych od wewnątrz. czytaj dalej »

Nowoczesne materiały izolacyjnych do ocieplania stropów można stosować zarówno w nowych, jak i remontowanych budynkach. czytaj dalej »

Przełom w walce ze smogiem?


Stropy.pl - montaż

Smog realnie zagraża naszemu zdrowiu i życiu. Tu i teraz możemy zmniejszyć jego szkodliwe działanie filtrując powietrze dostające się domu. czytaj dalej »

 


Poznaj przyczyny wilgoci w swoim domu »

Wełna mineralna - wszystko, co powinieneś o niej wiedzieć »

Istnieje 5 głównych rodzajów wilgoci występującej w budynkach. Każdy z nich ma inne przyczyny i wymaga innego sposobu osuszania. Aby skuteczne pozbyć się wilgoci trzeba najpierw rozpoznać jej rodzaj oraz przyczyny występowania. czytaj dalej » Dzięki termomodernizacji zwiększamy energooszczędność budynku i obniżamy wysokie koszty ogrzewania. Gdy nie musimy tak mocno dogrzewać domu, ograniczamy także wydzielanie toksyn do środowiska. czytaj dalej »

Hydroizolacje dopasowane do konkretnych wymagań »


Sezonowe obfite opady jak również wysoki poziom wód gruntowych stanowią zagrożenie zarówno na etapie budowy, jak i dla funkcjonowania już ukończonej inwestycji. czytaj dalej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
PPHU POLSTYR Zbigniew Święszek PPHU POLSTYR Zbigniew Święszek
POLSTYR- Pełny system dociepleń Jesteśmy producentem pełnego systemu dociepleń w tym najwyższej jakości wyrobów budowlanych takich...
10/2017

Aktualny numer:

Izolacje 10/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Naprawa i wzmocnienie stropów
  • - Szary styropian do izolacji fundamentów
Zobacz szczegóły
Zamów bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.