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
Ciąg dalszy artykułu...

Balkony oszklone jako systemy szklarniowe

Zabudowane balkony coraz częściej można zobaczyć w budynkach nowo powstających i istniejących, szczególnie na obszarach miejskich o dużym natężeniu ruchu. Spełniają one nie tylko funkcje związane z oszczędnością energii, lecz także chronią przed hałasem. Balkony można zabudować na różne sposoby. Wśród systemów dostępnych na rynku można wyróżnić zabudowę ramową lub bezramową.

W zabudowie ramowej pojedyncze szyby gr. 4 mm, 5 mm lub 6 mm osadzane są w obwodowych profilach aluminiowych. Elementy oszklone mogą być przesuwane lub otwierane przez obrót skrzydła względem krawędzi pionowej. W systemach bezramowych stosuje się szyby hartowane o większej grubości – na ogół od 6 mm do 12 mm. Osadzane są one jedynie w profilach dolnych i górnych, bez widocznych połączeń pionowych między szybami.

Jest to rozwiązanie o dużych walorach estetycznych, ale mające również wyższą cenę. W obu systemach wentylacja przestrzeni balkonu odbywa się dzięki kilkumilimetrowym szczelinom między szybami. W niektórych systemach oferowane są także dodatkowe zabezpieczenia, np. przed otwarciem z zewnątrz lub otwarciem przez wiatr.

W zabudowie balkonów można też wykorzystać profile okienne, o większej izolacyjności termicznej niż profile aluminiowe, w połączeniu z zestawami dwu- lub trzyszybowymi. W tej wersji elementy oszklone otwierane są w sposób tradycyjny, podobnie jak okna – przez otwarcie lub uchylenie skrzydła.

W porównaniu z systemami ramowymi lub bezramowymi rozwiązania te charakteryzują się większym udziałem powierzchni ram w obudowie, ale też wyższą izolacyjnością cieplną i szczelnością (FOT. 1–2).

Ocena efektywności energetycznej

Zwiększenie zysków słonecznych i zmniejszenie strat ciepła w sezonie grzewczym jest niewątpliwie korzystne z punktu widzenia oszczędności energii. Konsekwencją przystosowania budynków do pasywnego pozyskiwania energii słonecznej może być jednak przegrzewanie pomieszczeń latem lub znaczne straty ciepła w okresach o mniejszym nasłonecznieniu.

W związku z tym proponowana ocena efektywności energetycznej oszklonych balkonów będzie obejmować zapotrzebowanie na ciepło w sezonie grzewczym oraz zapotrzebowanie na chłód latem.

Taki sposób analizy stosowany jest m.in. w publikacjach H. Bülow-Hübe [4], M.C. Dubois [5] czy T. Kisilewicza [10]. Celem badań jest poszukiwanie rozwiązań korzystnych z punktu widzenia oszczędności energii, ale także ograniczających potrzebę chłodzenia.

Obliczenia przeprowadzono z wykorzystaniem symulacji komputerowych opartych na metodzie objętości kontrolnych. W tej metodzie elementy konstrukcji budynku i zamknięte strefy powietrza reprezentowane są przez punkty węzłowe o określonych właściwościach fizycznych, takich jak gęstość, przewodność czy pojemność cieplna.

Procesy ciągłe w czasie modelowane są przez podział na kroki czasowe o skończonej długości, wynoszącej najczęściej od kilku do kilkunastu minut. Pozwala to uwzględnić procesy wymiany ciepła uzależnione od zmian temperatury powietrza i działania promieniowania słonecznego jako dynamiczne procesy dyskretne.

W odniesieniu do każdej ze stref powietrza formułowany jest bilans uwzględniający strumień ciepła przepływającego przez obudowę, transmisję promieniowania słonecznego przez elementy przezroczyste, strumienie ciepła wytwarzanego przez systemy instalacyjne oraz przenoszonego przez wentylację, infiltrację lub międzystrefowe mieszanie powietrza.

Ogólne równanie bilansu energetycznego pojedynczej strefy (przy założeniu braku akumulacji ciepła w objętości powietrza) ma postać [26]:

gdzie:
i – liczba przegród ograniczających strefę,
j – liczba otworów okiennych, świetlików, drzwi balkonowych lub innych elementów oszklonych w obudowie strefy,
k – liczba mostków termicznych w obudowie strefy,
m – liczba stref,
A – powierzchnia przegród ograniczających strefę [m²],
Aw – powierzchnia przegród oszklonych [m²],
R – opór przejmowania ciepła na powierzchniach przegród ograniczających strefę [(m²·K)/W],
Uw – współczynnik przenikania ciepła elementów oszklonych w obudowie strefy [W/(m²·K)],
cp – ciepło właściwe powietrza [J/kg·K],
l – długość mostków termicznych [m],
ne – liczba wymian powietrza między strefą a powietrzem zewnętrznym [1/s],
nz – liczba wymian powietrza między strefą a strefami sąsiednimi [1/s],
v – objętość powietrza w danej strefie [m³],
Φz,sol – strumień ciepła dostarczony do strefy przez promieniowanie słoneczne [W],
Φz,syst – strumień ciepła dostarczony do strefy przez instalacje grzewcze lub chłodnicze [W],
θe – temperatura powietrza zewnętrznego [K],
θs – temperatura powierzchni wewnętrznych przegród ograniczających strefę [K],
θz – temperatura powietrza w strefie [K],
ρ – gęstość powietrza [kg/m³],
Ψ – liniowy współczynnik przenikania ciepła mostków termicznych [W/(m·K)].

Przenoszenie ciepła w elementach konstrukcji przyjmowane jest jako niestacjonarne, z uwzględnieniem pojemności cieplnej każdej warstwy materiału. W odniesieniu do każdego elementu kontrolnego wyznacza się ilość ciepła dostarczanego i usuwanego do elementów sąsiednich.

Bilans energetyczny pozwala na ocenę zmiany entalpii elementu w kolejnych krokach obliczeniowych, co pozwala określić zmianę temperatury dzięki znajomości ciepła właściwego materiału.

Obliczenia całego zdefiniowanego układu w każdym kroku czasowym są przeprowadzane w następujący sposób:

  • w pierwszym kroku obliczeniowym temperatura powietrza obliczana jest z uwzględnieniem ciepła doprowadzonego do strefy w danym kroku i traconego w kroku poprzednim;
  • na podstawie tak obliczonej temperatury powietrza wyznacza się temperaturę w elementach obudowy z uwzględnieniem niestacjonarnego przepływu ciepła;
  • obliczenia temperatury powietrza w danej strefie przeprowadzane są ponownie z uwzględnieniem aktualnych strat ciepła.

Jako dane klimatyczne do programu mogą być wprowadzane dane użytkownika (np. z własnych pomiarów) lub dane reprezentujące typowe lata klimatyczne przygotowane zgodnie z procedurami obowiązującymi w danym kraju. Zakres niezbędnych parametrów wejściowych obejmuje temperaturę powietrza, natężenie promieniowania słonecznego kierunkowego i rozproszonego oraz wilgotność względną powietrza.

Pożądane mogą być także dane dotyczące kierunku i prędkości wiatru, szczególnie jeśli planowane jest bardziej dokładne modelowanie naturalnej wymiany powietrza. W prowadzonych badaniach wykorzystano typowy rok meteorologiczny opracowany według procedur opisanych w normie PN-EN ISO 15927-4:2007 [27], dostępny na stronie internetowej Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju (www.mir.gov.pl).

Analizowany układ to mieszkanie o powierzchni użytkowej netto 75 m² z balkonem zewnętrznym o powierzchni ok. 5 m². Mieszkanie zlokalizowane jest w części środkowej kondygnacji i ma dwie przeciwległe przegrody zewnętrzne z oknami oraz dwie wewnętrzne oddzielające je od pomieszczeń o podobnej funkcji. Wartość współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych wynosi 0,30 W/(m²·K), a współczynnika przenikania ciepła okien – 1,7/(m²·K).

W mieszkaniu wyróżniono trzy strefy termiczne (RYS. 4): balkon, sąsiadujące z nim pomieszczenie i pozostałe pomieszczenia mieszkalne. W różny sposób zdefiniowano warunki wewnętrzne. Balkon jest strefą nieogrzewaną. Latem przewidziano możliwość wietrzenia przez otwarcie oszklenia, jeżeli temperatura powietrza wewnętrznego przekroczy 23ºC. Strefa mieszkalna jest klimatyzowana.

Założone temperatury wewnętrzne wynoszą 20ºC w sezonie grzewczym oraz 26ºC latem. Ponadto przyjęto bytowe zyski wewnętrzne na poziomie 4 W/m² oraz wymianę powietrza wynoszącą 0,5 1/h, co według krajowych danych zawartych w normie PN-EN ISO 13789:2008 [28] można uznać za typowe warunki w tradycyjnych wielorodzinnych budynkach mieszkalnych.

W analizach pominięto sprawność systemów ogrzewania i chłodzenia. W pobliżu budynku oraz na samej elewacji brak jest elementów zacieniających. Pominięto również zachowania użytkowników mogące mieć wpływ na potrzeby energetyczne, np. zasłanianie okien czy wietrzenie pomieszczeń. Powyższe założenia pozwalają na ustalenie zapotrzebowania na energię w zależności od parametrów samej obudowy pomieszczenia oraz warunków klimatu zewnętrznego.

Wyniki prac były finansowane w ramach środków statutowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego nr S/14/2014

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz L 153 z 18.6.2010, s. 13–35).
2. H.A.L. van Dijk, „Calculation of Seasonal Heat Loss and Gain through Windows; a comparison of some simplified models”, „Energy Conservation in Buildings and Community Systems Programme”, annex XII „Windows and Fenestration”, International Energy Agency 1986.
3. H.A.L. van Dijk, K.T. Knorr, „Thermal and Solar Properties of Windows”, „Energy Conservation in Buildings and Community Systems Programme”, annex XII „Windows and Fenestration”, International Energy Agency 1987.
4. H. Bülow-Hübe, „Energy-Efficient Window Systems. Effects on Energy Use and Daylight in Buildings” [doctoral dissertation], Lund University, Lund 2001.
5. M.C. Dubois, „Solar-protective glazing for cold climates. A parametric study of energy use in offices”, Lund University, Lund 1998.
6. M.L. Persson, A. Roos, M. Wall, „Influence of window size on the energy balance of low energy houses”, „Energy and Buildings”, 38/2006, s. 181–188.
7. H. Poirazis, A. Blomsterberg, M. Wall, „Energy simulations for glazed office buildings in Sweden”, „Energy and Buildings”, nr 40/2008, s. 1161–1170.
8. D. Chwieduk, „Energetyka słoneczna budynku”, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2011.
9. D. Chwieduk, „Modelowanie i analiza pozyskiwania oraz konwersji termicznej promieniowania słonecznego w budynku”, Prace IPPT, Warszawa 2006.
10. T. Kisilewicz, „Wpływ izolacyjnych, dynamicznych i spektralnych właściwości cieplnych przegród na bilans cieplny budynków energooszczędnych”, Politechnika Krakowska, Kraków 2008.
11. L. Laskowski, „Systemy biernego ogrzewania słonecznego. Zagadnienia funkcjonowania i efektywności energetycznej”, Polska Akademia Nauk, Studia z Zakresu Inżynierii, Warszawa 1993.
12. H. Nowak, Ł. Nowak, „Możliwości wykorzystania szyb spektralnie selektywnych w pasywnych systemach słonecznych w budynkach”, „Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym”, Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2005, s. 250256.
13. D. Heim, P. Puchała, „Analiza własności optycznych izolacji transparentnych i ich wpływ na efektywność energetyczną przegrody”, Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce, t. II, 2007, s. 97100.
14. M. Grudzińska, „Warstwa powierzchniowa przegrody budowlanej o szczególnych właściwościach transmisji promieniowania słonecznego”, Monografie Wydziału Budownictwa i Architektury, vol. 2, Politechnika Lubelska, Wydawnictwa Uczelniane, Lublin 2009.
15. J. Ślusarek, B. Wilk-Słomka, „Procesy termiczne w przegrodach budowlanych o złożonej strukturze”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010.
16. J.M. Mottard, A. Fissore, „Thermal simulation of an attached sunspace and its experimental validation”, „Solar Energy”, nr 81/2007, s. 305–315.
17. A. Fernandez-Gonzalez, „Analysis of the thermal performance and comfort conditions produced by five different passive solar heating strategies in the United States midwest”, „Solar Energy”, nr 81/2007, s. 581–593.
18. J.J. Roux, C. Teodosiu, D. Covalet, R. Chareille, „Validation of a glazed space simulation model using full-scale experimental data”, „Energy and Buildings”, 36/2004, s. 557565.
19. C. Dawdo, W. Sarosiek, E. Rudczyk-Malijewska, „Badania nad zmniejszeniem energochłonności eksploatacyjnej budynku poprzez zabudowę i termorenowację loggii”, Wydawnictwa Politechniki Białostockiej, Białystok 1991.
20. L. Lichołaj, „Analiza funkcjonowania pasywnych systemów ogrzewania słonecznego i prognozowanie ich efektywności energetycznej”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000.
21. L. Laskowski, „Badania zużycia ciepła i efektywności biernego wykorzystania energii słonecznej do ogrzewania eksperymentalnego budynku jednorodzinnego”, Praca naukowo­‑badawcza NF-71, ITB, Warszawa 1985.
22. T. Kisilewicz, K. Nowak, „Wpływ oszklonej strefy buforowej na bilans cieplny budynku”, „Czasopismo Techniczne”, 5-B/2006, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2006, s. 277–286.
23. R.W. Jones, R.D. McFarland, „The sunspace primer. A guide for passive solar heating”, Van Nostrand Reinhold Company, New York 1984.
24. K. Kotarska, Z. Kotarski, „Ogrzewanie energią słoneczną. Systemy pasywne”. Sigma Not, Warszawa 1989.
25. M.A. Wołoszyn, „Wykorzystanie energii słonecznej w budownictwie jednorodzinnym”, COIB, Warszawa 1991.
26. K.B. Wittchen, K. Johnsen, K. Grau, „BSim user’s guide”, Danish Building Research Institute 2004.
27. PN-EN ISO 15927-4:2007, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe budynków. Obliczanie i prezentacja danych klimatycznych. Część 4: Dane godzinowe do oceny rocznego zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia”.
28. PN-EN ISO 13789:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację. Metoda obliczania”.

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


Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »



Tych fachowców najczęściej poszukują Polacy »

Szybki montaż stropu - jak to zrobić »

3/4 Polaków deklaruje, że potrzebuje fachowca do wykonania pracy w domu lub mieszkaniu. Najczęściej poszukiwanym jest...
czytaj dalej »

Oprócz znacznych oszczędności finansowych wynikających między innymi z braku dodatkowych ociepleń, możliwości prowadzenia w stropie instalacji, montażu stropu bez użycia dźwigów i... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Co warto wiedzieć o polimocznikach?

Doskonałe rozwiązanie do izolacji dachów płaskich »

Technologia polimoczników oparta jest na zastosowaniu dwuskładnikowych powłok nakładanych metodą natrysku... czytaj dalej » Hydroizolacja dachów odbywa się przy pomocy wałków lub natryskowo - najlepszą w danym przypadku metodę dobiera się... czytaj dalej »

Ochroń wnętrze domu przed silnym słońcem » »


Markizy, żaluzje, pergole, rolety - które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Akustyczne płyty ścienne i sufitowe »

Energooszczędne płyty warstwowe z izolacją z wełny mineralnej o unikalnych właściwościach przeciwpożarowych i strukturalnych...  czytaj dalej »


Jak zabepieczyć ocieplenie przed rwącym wiatrem?

Wykańczasz dom i potrzebne Ci wysokiej jakości materiały?

Siły działające na wybrany system ociepleń przenoszone są zarówno przez zaprawę klejową, jak i łączniki fasadowe. Dzięki...
czytaj dalej »

Dopasuj rozwiązanie do Twoich potrzeb i rodzaju wykonywach prac... czytaj dalej »

Jak trwale zabezpieczyć budynki przed wodą?

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Rozwijamy kreatywne rozwiązania dla osiągniecia pożądanego sukcesu nawet w przypadku specjalnych projektów czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Izolacje piwnic i garaży. Jakie rozwiązanie wybrać?


Bierzemy pod uwagę wszystkie czynniki takie jak np. wymagania techniczne obiektu, dzięki czemu jesteśmy w stanie dopasować idealną oszczędność energii do wskazanego pomieszczenia. ZOBACZ »



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 »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
7/8/2019

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wtórne hydroizolacje poziome
  • - Mocowanie elewacji wentylowanych
Zobacz szczegóły
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

.