Energooszczędne rozwiązania stosowane przy wymianie lub renowacji okien

Okna umożliwiają oświetlenie wnętrz światłem dziennym, zapewniają odpowiednią ilość powietrza w pomieszczeniach oraz stwarzają poczucie łączności z otoczeniem. Z przeszkleniem elewacji wiąże się również wykorzystanie zysków ciepła od promieniowania słonecznego, tak ważne w budynkach niskoenergetycznych.

Zwiększony udział zysków w bilansie cieplnym budynków ma jednak miejsce w początkowych i końcowych miesiącach sezonu grzewczego oraz dla pomieszczeń z przeszkleniem w elewacji południowej. W trakcie eksploatacji budynków okna przyczyniają się do powstawania znacznych strat ciepła na przenikanie, co jest szczególnie istotne w budynkach, które charakteryzują się dużym przeszkleniem elewacji.

Niższa temperatura na wewnętrznej powierzchni okien oraz w ich pobliżu w okresie zimowym, a także nadmierne zyski w okresie letnim, mogą prowadzić do utraty komfortu cieplnego osób przebywających w pomieszczeniach. Problem stanowią tu zwłaszcza budynki stare, w których jakość stolarki, jej izolacyjność i szczelność jest w złym stanie, co pogłębia straty ciepła i jego zużycie.

Czytaj też: Ocena stolarki okiennej - aspekt architektoniczny i energooszczędny >>>

Okna a oszczędność energii

Spośród ok. 6 mln budynków eksploatowanych na obszarze Polski mniej więcej 85% powstała przed 1991 r. i charakteryzuje się wysoką energochłonnością [1, 2].

Jednym z elementów racjonalizacji zużycia energii w budownictwie są przedsięwzięcia związane z termomodernizacją budynków. W obliczu stałego wzrostu zapotrzebowania na energię uważa się, że oszczędność i efektywne jej wykorzystanie stanie się alternatywnym i istotnym źródłem energii (RYS. 1).

RYS. 1. Wzrost światowego zapotrzebowania na energię i źródła jego pokrycia na przestrzeni lat; rys. na podstawie danych firmy Schüco [3]

TABELA 1. Wymagania w stosunku do współczynnika U dla okien

Wprowadzanie innowacyjnych technologii i rozwiązań oraz stopniowe dostosowywanie istniejących zasobów do standardów budownictwa energooszczędnego łączy efekty energetyczne i ekonomiczne z dbałością o komfort użytkowników oraz ograniczaniem negatywnego wpływu budynków na środowisko. Szacuje się, że roczne oszczędności energii osiągnięte dzięki termomodernizacji mogą w 2030 r. osiągnąć ok. 26% zużycia z roku 2013 [4].

Potencjał możliwości wynikających z termomodernizacji budynków w ramach poszczególnych działań szacowany jest na:

• 33-60% dla oszczędności energii dzięki poprawie termoizolacyjności cieplnej ścian,
• 16-21% dla modernizacji systemu wentylacji,
• 14-20% dla poprawy termoizolacyjności przegród przezroczystych,
• 10-12% dla regularnych przeglądów i remontów kotłów c.o.,
• 50-80% dla modernizacji systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej z wykorzystaniem OZE.

Izolacyjność cieplna stolarki w budynkach istniejących w znacznym stopniu odbiega od obecnych wymagań. Wymagania w zakresie izolacyjności stolarki zostały wprowadzone w Polsce dopiero w 1983 r. Maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła przyjmowana dla okna wynosiła wówczas 2,6 W/(m²·K). Stare drewniane okna pojedynczo szklone mogą mieć wartość współczynnika przenikania ciepła nawet na poziomie 5,0-6,0 W/(m²·K) i tu potencjał racjonalizacji zużycia ciepła w wyniku ich renowacji czy wymiany może sięgać 40-80% [5].

Obecnie okna nie powinny mieć wyższej wartości współczynnika przenikania ciepła niż 1,1 W/(m²·K), jednak docelową wartością w wymaganiach z zakresu izolacyjności cieplnej jest od stycznia 2021 r. U_max= 0,9 W/(m²·K) [6].

Zważywszy, że od 2021 r. budynki powinny być zeroenergetyczne, to wartości podane w warunkach technicznych są wyższe od tych proponowanych nawet dla budynków pasywnych (standard NF 15), natomiast dla budynków energooszczędnych (standard NF 40) odpowiadają obecnym wymaganiom [7] (TABELA 1).

Niska izolacyjność cieplna stolarki jest przyczyną znacznych strat ciepła z budynków. Straty ciepła przez okna mogą stanowić nawet do 45% w zależności od typu budynku, ich izolacyjności termicznej oraz powierzchni.

Ale nie tylko poziom izolacyjności cieplnej w przypadku okien ma decydujący wpływ na straty ciepła i wzrost jego zużycia. Duża nieszczelność w przypadku starych okien wpływa na obniżanie się temperatury powietrza we wnętrzach nie tylko w pobliżu okien, ale i z dala od nich, zwłaszcza w czasie wietrznej pogody.

Na podstawie prowadzonych badań stwierdzono, że w przypadku nieszczelnych okien temperatura powietrza w środku pomieszczeń na wysokości 1,5 m od podłogi była od 2°C do 9°C niższa niż w przypadku szczelnych okien. Gradient temperatury kształtował się na poziomie 1,5-2,5°C/m i 4–6,5°C/m. Stwierdzono równocześnie zróżnicowanie temperatur i prędkości przepływu powietrza na głębokości pomieszczeń.

W pobliżu nieszczelnych okien notowane temperatury powietrza były od 1°C do 3°C niższe niż w środku pomieszczeń, a prędkość przepływu powietrza wzrastała ok. 4- do 6-krotnie. Obniżenie temperatur z powodu nieszczelnych okien potęgowało wyraźnie zużycie ciepła w badanych obiektach.

Ważnym problemem jest również sposób zamontowania okna w murze, które może tworzyć mostek cieplny o znacznym liniowym współczynniku przenikania ciepła i wydatnie zwiększać wartość całkowitego współczynnika przenikania ciepła ścian w stosunku do wartości współczynnika bez liniowych mostków cieplnych. Wartości liniowych współczynników przenikania ciepła przy różnych rodzajach umieszczenia okna w murze dwu- i trójwarstwowym przedstawiono na RYS. 2-7.

RYS. 2-7. Wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła przy różnych sposobach montażu okna w murze; rys. opracowanie na podstawie PN-EN ISO 14683:2008 [8]