Balkony oszklone jako systemy szklarniowe

Cz. 1. Zasady konstruowania i funkcjonowania pośrednich systemów pasywnych
dr inż. Magdalena Grudzińska  |  IZOLACJE 7/8/2014  |  19.01.2015  |  1
Balkony oszklone jako systemy szklarniowe. Zasady konstruowania i funkcjonowania pośrednich systemów pasywnych. Cz. 1 | Glazed balconies as greenhouse systems. Part 1: Principles of construction and operation of indirect passive systems
Balkony oszklone jako systemy szklarniowe. Zasady konstruowania i funkcjonowania pośrednich systemów pasywnych. Cz. 1 | Glazed balconies as greenhouse systems. Part 1: Principles of construction and operation of indirect passive systems

W pasywnych systemach pozyskiwania energii słonecznej procesy odbierania i przekazywania energii powinny odbywać się dzięki samej konstrukcji budynku, bez pomocy dodatkowych urządzeń mechanicznych czy elektrycznych.

Zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego nr 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynku [1] państwa członkowskie Unii Europejskiej zobowiązane są do zapewnienia, by wszystkie nowe budynki do 31 grudnia 2020 r. wznoszone były w standardzie budynku o niemal zerowym zużyciu energii.

Ten wymóg związany jest z rosnącymi kosztami energii, wyczerpywaniem się surowców odnawialnych oraz rosnącym zanieczyszczeniem środowiska produktami ich przetwarzania.

Przeczytaj: Balkony – analiza numeryczna parametrów cieplno­-wilgotnościowych w świetle nowych wymagań cieplnych

Nowe regulacje prawne ograniczają zapotrzebowanie na energię pierwotną do ogrzewania, chłodzenia i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach nowo powstających, przy jednoczesnym obowiązku utrzymania izolacyjności cieplnej obudowy na określonym poziomie.

Aby obniżyć zapotrzebowanie na energię, wykorzystuje się m.in. niekonwencjonalne źródła energii, przede wszystkim energię promieniowania słonecznego.

Systemy pasywne pozyskiwania energii słonecznej

Pasywną zamianę promieniowania słonecznego na energię cieplną, tzw. konwersję fototermiczną, uzyskuje się dzięki efektowi szklarniowemu. Słoneczne promieniowanie krótkofalowe przepuszczane jest przez przegrody przezroczyste stanowiące część obudowy pomieszczeń, a następnie pochłaniane na powierzchni elementów budowlanych.

ABSTRAKT

W pierwszej części artykułu dotyczącego pasywnych systemów pozyskiwania energii słonecznej omówiono zjawisko efektu szklarniowego oraz przedstawiono podstawowy podział systemów pasywnych z ich głównymi elementami składowymi. Wymieniono systemy balkonów oszklonych oraz narzędzia do oceny efektywności energetycznej tych rozwiązań.

The first part of the article on passive solar energy gain systems discusses the phenomenon of greenhouse effect and presents the basic division of passive systems, along with their main components. The article contains a list of glazed balcony systems, as well as tools to be used for assessing the energy efficiency of such solutions.

Pochłonięte promieniowanie krótkofalowe powoduje wzrost temperatury – element nagrzewa się i zaczyna emitować długofalowe promieniowanie podczerwone (cieplne). Ze względu na właściwości osłon przezroczystych promieniowanie cieplne częściowo odbijane jest wstecz, co skutkuje dalszym wzrostem temperatury w pomieszczeniu lub w przegrodach budowlanych.

Podstawowymi elementami każdego systemu pasywnego są (RYS. 1):

  • przezroczysta osłona – ze szkła lub tworzyw sztucznych,
  • absorber pochłaniający promieniowanie krótkofalowe, najczęściej ciemnej barwy,
  • element magazynujący pozyskaną energię, mający jak największą pojemność cieplną.

Do grupy systemów pasywnych zalicza się systemy zysków bezpośrednich oraz pośrednich obejmujących systemy szklarniowe i przegrody kolektorowo-akumulacyjne (RYS. 2).

Ich cechą wspólną jest takie zaprojektowanie oszklonych i nieprzezroczystych przegród budowlanych, aby pełniły one funkcję kolektorów promieniowania, elementów pochłaniających i magazynujących energię cieplną oraz przekazujących ją do wnętrza budynku.

Systemy pasywne wykorzystywane są od lat i funkcjonują w każdym budynku, np. w pomieszczeniach z oknami, świetlikami lub dobudowanymi szklarniami czy ogrodami zimowymi. Niestety, w przypadku większości obiektów trudno mówić o świadomym ich projektowaniu.

Podstawowe parametry decydujące o efektywności systemu, jak zdolność transmisji energii słonecznej lub pojemność cieplna obudowy obiektu, na ogół dobierane są intuicyjnie przez projektantów, bez przeprowadzania szczegółowej oceny skuteczności proponowanych rozwiązań.

Taki stan rzeczy może prowadzić do wielu błędów, niepozwalających na pełne wykorzystanie możliwości systemów pasywnych lub powodujących przegrzewanie pomieszczeń.

Wykorzystanie potencjału systemów pasywnych jest bardzo istotne z perspektywy budownictwa niskoenergetycznego. W ostatnich latach znacznie wzrosła liczba publikacji dotyczących tego tematu. W literaturze krajowej i zagranicznej dogłębnie analizowany jest system zysków bezpośrednich, wykorzystujących okna jako kolektory promieniowania słonecznego.

Pierwsze prace z tej dziedziny dotyczyły właściwości izolacyjnych okien oraz ich zdolności przepuszczania promieniowania słonecznego. Badania koncentrujące się na opracowaniu modeli matematycznych opisujących straty i zyski ciepła przez oszklenia prowadziła International Energy Agency [2, 3] w ramach programu „Energy Conservation in Buildings and Community Systems Programme” (task 12).

Dalsze prace dotyczyły kształtowania efektywności systemu przez dobór wielkości oszkleń oraz ich właściwości spektralnych i izolacyjnych [4−7]. W Polsce zagadnienia związane z wpływem okien na bilans energetyczny pomieszczeń oraz projektowaniem systemów zysków bezpośrednich prezentowane są m.in. w pracach D. Chwieduk [8, 9], T. Kisilewicza [10], L. Laskowskiego [11] oraz H. i Ł. Nowaków [12].

Zobacz też: Przegrody przezroczyste – nowe wymagania cieplne

Uwarunkowania związane ze stosowaniem przegród kolektorowo-akumulacyjnych z wykorzystaniem tzw. izolacji transparentnych były przedmiotem prac badawczych prowadzonych m.in. przez Politechnikę Łódzką, Śląską i Lubelską [13−15].

Autorzy badań koncentrowali się na opracowaniu modeli matematycznych transmisji promieniowania słonecznego przez przezroczyste izolacje komórkowe oraz ustaleniu właściwości fizycznych przegród i czynników środowiskowych decydujących o skuteczności rozwiązań.

Badania dotyczące funkcjonowania systemów szklarniowych do tej pory prowadzono w nieco węższym zakresie. Na temat modelowania matematycznego i eksperymentalnej oceny efektywności systemów pisali m.in.: J.M. Mottard, A. Fissore [16], A. Fernandez-Gonzalez [17] czy J.J. Roux, C. Teodosiu, D. Covalet, R. Chareille [18].

W Polsce zagadnienia te były przedmiotem analiz prowadzonych na Politechnice Białostockiej [19], Rzeszowskiej [20] oraz Warszawskiej [21], podczas których opracowano i zweryfikowano doświadczalnie modele matematyczne zjawisk zachodzących w przegrodach sąsiadujących z przestrzenią słoneczną. Z kolei T. Kisilewicz i K. Nowak [22] skupili się na analizie optymalnego rozwiązania przegrody między szklarnią a pomieszczeniem mieszkalnym.

Ogólne zasady funkcjonowania systemów szklarniowych

System szklarniowy to na ogół pojedynczo lub podwójnie przeszklona przestrzeń, przylegająca do ściany budynku i oddzielona od jego wnętrza masywną przegrodą akumulującą ciepło. Zamknięta, oszklona i nieogrzewana przestrzeń stanowi rodzaj kolektora słonecznego, modyfikującego bilans energetyczny przyległych pomieszczeń (RYS. 3) przez:

  • zmniejszenie strat ciepła przez przegrodę między pomieszczeniem ogrzewanym a szklarnią, związane ze wzrostem temperatury we wnętrzu szklarni na skutek efektu szklarniowego;
  • przekazywanie ciepła pochłanianego przez przegrodę akumulacyjną do sąsiednich pomieszczeń wskutek promieniowania i konwekcji;
  • wstępne ogrzanie powietrza wentylacyjnego przepływającego ze szklarni do wnętrza sąsiednich pomieszczeń.

Źródła literaturowe informują o dość dużych możliwościach uzyskania oszczędności energetycznych dzięki przestrzeniom słonecznym [19, 21]. Według badań doświadczalnych prowadzonych w latach 80. i 90. zużycie energii w pomieszczeniu mieszkalnym sąsiadującym z zabudowaną loggią można zmniejszyć od ok. 20% do ok. 50% w zależności od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych obudowy. Z punktu widzenia oszczędności energii celowe jest więc kontynuowanie badań i dokładniejsza analiza potencjału systemów szklarniowych.

Ogólne zalecenia projektowe dotyczące budynków ze szklarniami przedstawione są m.in. w publikacjach R.W. Jonesa, R.D. McFarlanda [23], K. i Z. Kotarskich [24] oraz M.A. Wołoszyna [25].

Przestrzeń słoneczna powinna być zwrócona w stronę południową i oszklona na znacznej powierzchni. Ilość energii przepuszczanej do wnętrza szklarni zależy od kąta padania promieni słonecznych i jest największa, gdy kąt wynosi 0° (tzn. gdy promienie padają prostopadle do powierzchni przeszklenia).

Nachylenie połaci oszklenia wynosi na ogół od 45° do 65° i zależy od wielu czynników, m.in. od klimatu, szerokości geograficznej oraz od ilości ciepła, jaka ma być dostarczona do budynku.

Duże kąty nachylenia (55°–65°) są zalecane w chłodnym, słonecznym klimacie, północnych szerokościach geograficznych oraz kiedy konieczne jest pozyskanie dużej ilości ciepła. Kąty nachylenia w granicach 45°–55° są najkorzystniejsze w łagodnym, pochmurnym klimacie oraz kiedy wystarczające są mniejsze zyski słoneczne.

Konstrukcja oszkleń nachylonych, mimo że korzystna z punktu widzenia zysków energetycznych, ma pewne wady. Największym problemem mogą okazać się przecieki wody deszczowej i topniejącego śniegu oraz zaleganie pokrywy śnieżnej zmniejszające ilość pozyskiwanej energii. Jest to też rozwiązanie wymagające większej powierzchni zabudowy.

Oszklenie pionowe może być mniej wydajne (o 10–20%), ale prostsze w wykonaniu, mniej kosztowne i zajmujące mniej miejsca. Z tych względów często stosowane jest rozwiązanie kompromisowe – oszklenie pionowe do ok. 2/3 wysokości i pochyłe na pozostałej wysokości.

Elementem biorącym główny udział w przekazywaniu ciepła jest przegroda między szklarnią a pomieszczeniem ogrzewanym. Materiały stosowane do jej wykonania powinny charakteryzować się dużą przewodnością i pojemnością cieplną. W tym celu mogą być użyte cegły ceramiczne, klinkierowe, silikatowe lub żelbet.

W klimatach łagodnych ściana ta może być nieocieplona, jednak w polskich warunkach klimatycznych nie jest to rozwiązanie zalecane ze względu na duże straty ciepła zimą i nocą. Izolacja termiczna znacznie ogranicza efektywność przekazywania energii do pomieszczeń – materiał izolacyjny zastosowany od strony szklarni ogranicza wzrost temperatury w przegrodzie pod wpływem promieniowania słonecznego, a od strony pomieszczeń mieszkalnych utrudnia przekazywanie energii cieplnej.

W takim systemie rozprowadzanie ciepła można uzyskać dzięki wykonaniu w przegrodzie między szklarnią a pomieszczeniem mieszkalnym otworów drzwiowych i okiennych oraz otworów wentylacyjnych. Rozwiązanie to pozwala na cyrkulację ciepłego powietrza ogrzewanego w objętości szklarni.

Regulacja ilości ciepła w systemach szklarniowych odbywa się dzięki ograniczeniu transmisji promieniowania przez oszklenie (zastosowaniu okiennic, żaluzji, rolet lub innego rodzaju zasłon) lub kontrolę wentylacji przestrzeni buforowej (zamykanie i otwieranie otworów wentylacyjnych lub oszklenia).

Zalety systemów szklarniowych to połączenie funkcji biernego wykorzystania energii słonecznej z ochroną cieplną budynku – zapewniają dodatkowe zyski cieplne, zmniejszają straty i skracają długość sezonu grzewczego. Przestrzeń buforowa może być traktowana jako atrakcyjna architektonicznie dodatkowa powierzchnia użytkowa, wykorzystywana głównie w okresie wiosennym i jesiennym.

Rozwiązania tego rodzaju stosunkowo łatwo jest wprowadzić do istniejących obiektów w ramach ich termomodernizacji, np. w postaci obudowy balkonu, loggii lub dobudowy szklarni do budynku jednorodzinnego, a ich koszt nie jest na ogół wysoki.

Warto zobaczyć: Ocena stolarki okiennej – aspekt architektoniczny i energooszczędny

Główne problemy związane z eksploatacją szklarni to znaczne wahania temperatury w przestrzeni buforowej, utrudniające jej użytkowanie w okresie letnim i zimowym. W sezonie letnim, czyli w okresie znacznego natężenia promieniowania słonecznego, okresowo może występować przegrzewanie pomieszczeń przyległych, wymagające intensywnego wietrzenia lub nawet klimatyzacji.

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 7/8/2014

Komentarze

(1)
Pegla | 23.01.2019, 13:48

Ciekawe, widziałem kilka artykułów na ten temat. Dużo kłopotów z tym remontem. Dzisiaj przeglądałem i co zrobić szukam dalej informacji. Mam nadzieję, że szybko się z tym uwiniemy.

   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Na czym polega ciepły montaż okien?


Montaż taki pozwala wyeliminować mostki termiczne powstające na łączeniu muru z oknem... ZOBACZ »


Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd »

Jak wykonać ocieplenie w systemie ETICS?

Wszystkie znane obecnie źródła energii, poza energią geotermalną i atomową, są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego... czytaj dalej »

W przypadku budynków istniejących należy dokładnie sprawdzić jakość... czytaj dalej »

Sprawdzone sposoby na ocieplenie i izolację budynku »


Konieczność ocieplania ścian zewnętrznych wynika nie tylko ze względów ekonomicznych – im lepiej izolowane ściany, tym... ZOBACZ »


Na czym polegają prace uszczelniające?

Wszystko o izolacjach technicznych »

Prace uszczelniające mają na celu odcięcie niebezpiecznych materiałów, substancji lub po prostu... czytaj dalej » Produkty przeznaczone do instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych, jak i... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...
czytaj dalej »


Jak zabezpieczyć budynek przed drganiami?

Skuteczna ochrona przed wilgocią »

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających klientów... czytaj dalej » W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i... czytaj dalej »

Chemia budowlana - porady ekspertów »


Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... ZOBACZ »


Czego użyć do izolacji dachu?

Chcesz zaoszczędzić nawet 30% na zużyciu energii?

Rozwiązaniem, które zapewnia optymalne zaizolowanie są... czytaj dalej » Oprócz niższych rachunków za energię mamy zdecydowanie wyższy komfort mieszkania... czytaj dalej »

Jak zrobić spadki na balkonie i tarasie?


Dach, balkon czy taras jest płaski, a więc jak wygląda kwestia odwodnienia? ZOBACZ »


Co warto wiedzieć o systemach natryskowych?

Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Budynek ocieplony pianką jest szczelny akustycznie a przede wszystkim... czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury... czytaj dalej »

Planujesz wymianę dachu? Sprawdź »


Dzięki lekkości dachówek nie ma potrzeby wzmacniania Twojej starej struktury dachowej. W niektórych przypadkach jest nawet... ZOBACZ »


Elewacja, która wygląda jak drewno, marmur czy kamień »

Szukasz pomysłu na wykończenie elewacji? Sprawdź

Ładna fasada stanowi wizerunek budynku. Estetyczny wygląd elewacji często... czytaj dalej »

Tynki cienkowarstwowe tworzą ochronno-dekoracyjną zewnętrzną warstwę o wysokiej odporności na... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

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 »
7/8/2020

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Tarasy wentylowane
  • - Zastosowanie kruszyw lekkich
Zobacz szczegóły
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Flowcrete Polska Sp. z o.o.
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Jesteśmy producentem i dystrybutorem materiałów do wykonywania bezspoinowch posadzek żywicznych -...
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

.