Wpływ przegród przezroczystych w budynku ogrzewanym i chłodzonym na jakość energetyczną
www.sxc.hu
Praktyka pokazuje, że projektanci nie zagłębiają się w szczegóły dotyczące parametrów stolarki okiennej, ponieważ zakładają, że zastosowany zostanie wyrób budowlany spełniający wymagania prawne. Tymczasem sprawa nie jest tak prosta – niekoniecznie zastosowanie produktu spełniającego wymogi obowiązujących przepisów wpłynie na korzystną ocenę energetyczną budynku.
Zobacz także
DAKO Jak wybrać drzwi do nowoczesnego domu?
Wybór drzwi wejściowych nie jest łatwym zadaniem. Muszą one wpasowywać się w stylistykę budynku, a przy tym spełniać wszystkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa i komfortu użytkowania. Zobacz, na jakie...
Wybór drzwi wejściowych nie jest łatwym zadaniem. Muszą one wpasowywać się w stylistykę budynku, a przy tym spełniać wszystkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa i komfortu użytkowania. Zobacz, na jakie aspekty trzeba zwrócić szczególną uwagę, wybierając drzwi zewnętrzne!
Portalokienny.pl Okna dachowe – nowoczesne rozwiązania
Okna dachowe to nowoczesne rozwiązanie, które pozwala wprowadzić do pomieszczeń naturalne światło oraz zapewniać im odpowiednią wentylację W dzisiejszych czasach, okna dachowe oferują wiele innowacyjnych...
Okna dachowe to nowoczesne rozwiązanie, które pozwala wprowadzić do pomieszczeń naturalne światło oraz zapewniać im odpowiednią wentylację W dzisiejszych czasach, okna dachowe oferują wiele innowacyjnych możliwości, takich jak automatyczne sterowanie, czy funkcja samoczyszczenia, co przyczynia się do poprawy komfortu i oszczędności energii.
RoletyAlu Sp. z o.o. Jak łatwo kupić rolety zewnętrzne przez internet?
Zamawiając rolety zewnętrzne przez internet, można skorzystać z bogatej oferty asortymentu, a dodatkowo zyskać pewność, że zostaną wykonane zgodnie z wymiarami podanymi przez klienta. Dodatkowo możliwość...
Zamawiając rolety zewnętrzne przez internet, można skorzystać z bogatej oferty asortymentu, a dodatkowo zyskać pewność, że zostaną wykonane zgodnie z wymiarami podanymi przez klienta. Dodatkowo możliwość złożenia zamówienia bezpośrednio u producenta rolet zewnętrznych pozwala wyeliminować pośredników, co skraca czas potrzeby na realizację zamówień i przekłada się na dużo niższe ceny.
Wymagania stawiane przegrodom przezroczystym zostały omówione w poprzednim artykule naszego cyklu1). Przypomnijmy je pokrótce. Wymogi ogólne dotyczące stolarki określone są w ustawie Prawo budowlane [1] w art. 5.1.: „Obiekt budowlany wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy, biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając:
1) spełnienie wymagań podstawowych dotyczących:
a) bezpieczeństwa konstrukcji,
b) bezpieczeństwa pożarowego,
c) bezpieczeństwa użytkowania,
d) odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska,
e) ochrony przed hałasem i drganiami,
f) oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród”.
W pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi stosunek powierzchni okien, liczonej w świetle ościeżnic, do powierzchni podłogi powinien wynosić co najmniej 1:8, natomiast w innym pomieszczeniu, w którym oświetlenie dzienne jest wymagane ze względu na przeznaczenie – co najmniej 1:12.
Jeśli chodzi o powierzchnię okien, to w budynku jednorodzinnym pole powierzchni A0, wyrażone w m2, okien oraz przegród szklanych i przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła Uk nie mniejszym niż 1,5 W/(m2·K), obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większe niż wartość A0 max obliczona według wzoru:
A0 max = 0,15 Az + 0,03 Aw (1),
gdzie:
Az – suma pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych,
Aw – suma pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odjęciu Az.
W budynku użyteczności publicznej pole powierzchni A0, wyrażone w m2, okien oraz przegród szklanych i przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła Uk nie mniejszym niż 1,5 W/(m2·K), obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większe niż wartość A0 max obliczona według wzoru (1), jeśli nie jest to sprzeczne z warunkami dotyczącymi zapewnienia niezbędnego oświetlenia światłem dziennym, określonymi w § 57 rozporządzenia.
W budynku produkcyjnym łączne pole powierzchni okien oraz ścian szklanych w stosunku do powierzchni całej elewacji nie może być większe niż:
- w budynku jednokondygnacyjnym (halowym) – 15%,
- w budynku wielokondygnacyjnym – 30%.
Aby poprawnie opisać w świadectwie energetycznym wpływ stolarki okiennej na jakość energetyczną budynku, należy określić przenikalność cieplną przegrody Uw, określaną w sposób uproszczony według normy PN-EN ISO 10077-1 „Własności cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła.
Część I. Metoda uproszczona” [4] za pomocą wzoru:
gdzie:
Ag, Ug – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła szyby,
Af, Uf – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła ramy,
Ψ, lg – wartość mostka liniowego oraz jego całkowita długość.
Niezbędne jest też określenie przepuszczalności energii całkowitej okna oraz przegród przezroczystych. W odniesieniu do przegród przezroczystych należy określić wartość gC ze wzoru:
gc = fc·gG (3),
gdzie:
gG – współczynnik przepuszczalności energii całkowitej zestawu szybowego,
fC – współczynnik korekcyjny ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne.
Wzór (3) nie ujmuje jednak innych czynników, które mogą mieć znaczący wpływ na ocenę energetyczną budynków chłodzonych. Pominięto w nim wpływ czynników zacieniających od otoczenia, elementów pionowych i poziomych oraz przegród ograniczających okresowo przepuszczalność energii słonecznej.
Metodologia umożliwiająca obliczenie wpływu różnego rodzaju osłon na jakość energetyczną budynku została natomiast opisana w normie PN-EN 13790:2008 „ Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii do ogrzewania i chłodzenia”. [5]. Według jej założeń dla każdego otworu i dla każdego miesiąca liczy się ilość energii słonecznej dopływającej do pomieszczenia:
Φsol = Fsh,obAsolIsol – FrΦr (4),
gdzie:
Fsh,ob – współczynnik zacienienia związany z zewnętrznymi elementami zacieniającymi (liczony na podstawie normy 13790:2008 [5]):
Fsh,ob = FhorFovFfin (5),
gdzie:
Fhor – czynnik zacienienia od otoczenia wyznaczany na podstawie: kąta wzniesienia (0...40)°, orientacji okna oraz szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°,
Fov – czynnik zacienienia od elementów pionowych wyznaczany na podstawie: kąta dla elementu pionowego (0...60)°, orientacji okna, szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°,
Ffin – czynnik zacienienia od elementów poziomych wyznaczany na podstawie: kąta dla elementu poziomego (0...60)°, orientacji okna, szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°;
Asol – efektywne pole powierzchni nasłonecznionej:
Asol = Fsh,glggl(1 – FF)Aw,p (6),
gdzie:
Fsh,gl – współczynnik zacienienia związany z ruchomymi elementami zacieniającymi, liczony ze wzoru:
gdzie:
ggl – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego bez ruchomych elementów zacieniających,
ggl+sh – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego z ruchomymi elementami zacieniającymi,
fsh,with – udział czasu użycia ruchomych elementów zacieniających,
ggl – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego (= gc według rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [2] – czyli gG·fc),
FF – współczynnik uwzględniający udział powierzchni ramy w całkowitej powierzchni otworu, tj. (1 – C/100),
Aw,p – całkowite pole powierzchni otworu,
Isol – średnia miesięczna wartość promieniowania słonecznego na powierzchnię otworu dla danej orientacji oraz kąta nachylenia (kąt uwzględniony jest przez współczynnik kα),
Fr – współczynnik kierunkowy dla danego otworu i powierzchni nieba (1,0 dla niezacienionego poziomego dachu; 0,5 dla niezacienionej pionowej ściany): 0° – 1,000; 30° – 0,833; 45° – 0,750; 0° – 0,667; 90° – 0,500.
Budynek poddany analizie
W poszukiwaniu optymalnych rozwiązań przegród przezroczystych poddano analizie budynek o następujących wskaźnikach geometrycznych: powierzchnia przegród zewnętrznych (A): 2442,17 m2, kubatura ogrzewana (Ve): 4422,15 m3,wskaźnik zwartości (A/Ve): 0,55 1/m. Budynek zasilany jest z elektrociepłowni (współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w = 0,8).
Ciepło dostarczane jest za pomocą węzła kompaktowego zlokalizowanego w budynku wyposażonego w automatykę pogodową. Każde mieszkanie wyposażone jest w węzełki, sprawność instalacji c.o. ηH,tot = 95% (zgodnie z rozporządzeniem w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego [3]). Instalacja c.w.u. zasilana jest z elektrociepłowni (w = 0,8), sprawność c.w.u. ηW,tot = 55%. Dodatkowo przeanalizowano w wersji drugiej wprowadzenie chłodzenia w części pomieszczeń mieszkalnych.
Tabela 4. Wyniki obliczeń wpływu stolarki okiennej na jakość energetyczną budynku przy różnej wartości Uw stolarki
W budynku z chłodzeniem wprowadzono w dni robocze 4- oraz 6-godzinne przerwy w ogrzewaniu oraz w weekendy przerwy 6-godzinne, a także w dni robocze 14-godzinne przerwy w chłodzeniu oraz 12-godzinne przerwy weekendowe. Przygotowanie chłodu realizowane jest centralnie, współczynnik efektywności energetycznej wytworzenia chłodu ESERR = 5,5. W pomieszczeniach chłodzonych wprowadzono ruchome elementy zacieniające; przyjęto, że są one stosowane jedynie w okresie, w którym konieczne jest chłodzenie pomieszczeń. W budynku występują osłony poziome – płyty balkonowe – oraz zacieniania pionowe wynikające z geometrii budynku.Parametry instalacji c.o., c.w.u. oraz chłodzenia analizowanego budynku zamieszczono w tabeli 1.
Parametry izolacyjne przegród nieprzezroczystych – w tabeli 2, przegród przezroczystych – w tabeli 3.
Wyniki obliczeń
Dla budynku ogrzewanego optymalnym rozwiązaniem jest maksymalna wartość gc (najlepiej bez żadnych osłon wewnętrznych) i z przeszkleniem dwuszybowym o współczynniku Ug = 1,0 W/(m2·K). W budynku tylko ogrzewanym opłaca się zastosować stolarkę okienną o współczynniku przenikania ciepła Uw = 1,3–1,2 W/(m2·K) o wartości gG = 0,67 (układ dwuszybowy z powłoką niskoemisyjną). Koszt stolarki jest niewiele większy (o 3–5%) od kosztu stolarki spełniającej minimalne wymagania prawne, natomiast wartość EP jest mniejsza o ok. 10%.
Inaczej jest w wypadku budynku z pomieszczeniami chłodzonymi. W okresie chłodniczym warto ograniczyć ilość zysków ciepła. Można to uzyskać przez zastosowanie rozwiązań ograniczających przepuszczalność promieni słonecznych, np. za pomocą oszklenia trzyszybowego, a także stałych oraz ruchomych osłon przeciwsłonecznych. Do analiz wpływu stolarki okiennej na jakość energetyczną budynku przyjęto jako bazową stolarkę o wartości współczynnika Uw = 1,8 W/(m2·K) oraz EP = 131,68 kWh/(m2·rok) oraz dla kolejnych wariantów:
wariant 1 – Uw = 1,5 W/(m2·K) i EP = 126,61 kWh/(m2·rok) (o 3,85% mniej od wartości bazowej);
wariant 2 – Uw = 1,3 W/(m2·K) i EP = 123,94 kWh/(m2·rok) (o 5,88% mniej od wartości bazowej;
wariant 3 – Uw = 1,0 W/(m2·K) i EP = 114,93 kWh/(m2·rok) (o 12,73% mniej od wartości bazowej);
wariant 4 – Uw = 0,9 W/(m2·K) i EP = 113,15 kWh/(m2·rok) (o 14,07% mniej od wartości bazowej;
wariant 5 – Uw = 0,8 W/(m2·K) i EP = 111,4 kWh/(m2·rok) (o 15,39% mniej od wartości bazowej);
wariant 6 – Uw = 0,65 W/(m2·K) i EP = 108,87 kWh/(m2·rok) (o 17,32% mniej od wartości bazowej).
Wyniki obliczeń wpływu stolarki okiennej na jakość energetyczną budynków z chłodzeniem przedstawiono w tabeli 4, a spełnienie wymagań prawnych przez taki budynek – w tabeli 5.
Wyniki opłacalności zastosowania założonych rozwiązań przedstawiono w tabeli 6. Podsumowanie wpływu stolarki na ocenę energetyczną budynku ogrzewanego: dla budynków ogrzewanych warto zastosować stolarkę okienną o bardzo dobrych parametrach izolacyjnych ramy z przeszkleniem dwuszybowym o gG = 0,67 i Ug = 0,9 W/(m2·K) (z kryptonem) lub 1,0 W/(m2·K) (z argonem); takie okna charakteryzują się współczynnikiem przenikania ciepła Uw =1,3–1,2 W/(m2·K); stolarka o wartości Uw = 1,0 z trzyszybowym przeszkleniem o gG = 0,5 ma niewielki wpływ na poprawę EP.
Tabela 5. Spełnienie wymagań prawnych przez budynek z przegrodami przezroczystymi o różnej wartości Uw stolarki
W budynkach ogrzewanych nie jest korzystne stosowanie układów trzyszybowych, które mają niekorzystny wpływ na zyski ciepła z promieniowania słonecznego.
W celu uniknięcia przegrzewania pomieszczeń w okresie letnim należy rozważyć zastosowanie osłon przeciwsłonecznych działających okresowo. Większe korzyści z zastosowania stolarki energooszczędnej (Uw < 1,0 W/(m2·K)) lub pasywnej (Uw < 0,8 W/(m2·K)) występują w budynkach z chłodzeniem.
W pomieszczeniach ogrzewanych i chłodzonych powinno się stosować stolarkę spełniającą zdecydowanie podwyższoną izolacyjność cieplną z układem trzyszybowym oraz szyby o gG = 0,5 i Ug = 0,6 W/(m2·K). Współczynnik przenikania ciepła wynosi wówczas ok. 0,9 W/(m2·K). Dla okien z lepszą ramą wartość Uw może być mniejsza; czas zwrotu poniesionych nakładów SPBT ma najniższe wartości dla okien z potrójną szybą o Uw = 1 oraz 0,9 W/(m2·K) i wynosi odpowiednio 5,5 i 5,3 (tabela 6).
Literatura
- Ustawa z dnia 19 września 2007 r. o zmianie ustawy – Prawo budowlane (DzU z 2007 r. nr 191, poz. 1373).
- 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 ze zm.).
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej (DzU z 2008 r. nr 201, poz. 1240).
- PN-EN ISO 10077-1 „Własności cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część I. Metoda uproszczona”.
- PN-EN ISO 13790:2008 „Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii do ogrzewania i chłodzenia”.
- PN-EN 1026:2001 „Okna i drzwi. Przepuszczalność powietrza. Metoda badania”.
- PN-EN 1191:2002 „Okna i drzwi. Odporność na wielokrotne otwieranie i zamykanie. Metoda badania”.
- PN-EN 1027:2001 „Okna i drzwi. Wodoszczelność. Metoda badania”.
- PN-EN 12046-1:2004 „Siły operacyjne. Metoda badania. Część 1: Okna”.
- PN-EN 12210:2001 „Okna i drzwi. Odporność na obciążenie wiatrem. Klasyfikacja”.
- PN-EN 12211:2001 „Okna i drzwi. Odporność na obciążenie wiatrem. Metoda badania”.
- PN-EN 12400:2004 „Okna i drzwi. Trwałość mechaniczna. Wymagania i klasyfikacja”.
- PN-EN 13115:2002 „Okna. Klasyfikacja właściwości mechanicznych. Obciążenia pionowe, zwichrowanie i siły operacyjne”.
LIPIEC/SIERPIEŃ 2009