Analiza stolarki okiennej i drzwiowej na potrzeby termomodernizacji

By możliwe było zastosowanie podczas termomodernizacji wybranego typu rozwiązań konstrukcyjnych stolarki, konieczne jest określenie w audycie współczynnika przenikania ciepła U_w, wartości średnioważonej U_wśr całej stolarki oraz dokonanie wyceny przyjętych rozwiązań. Błędne określenie tych parametrów lub zła wycena projektowanych zmian może być przyczyną niewłaściwego wyboru wariantu i uniemożliwić spełnienie warunków, dla których przyznany został kredyt termomodernizacyjny.

Ocena stanu technicznego

Wykonanie audytu energetycznego powinno być przede wszystkim poprzedzone wizją lokalną, na podstawie której ocenia się m.in. izolacyjność termiczną i szczelność stolarki okiennej i drzwiowej. Izolacyjność termiczna okien zależy natomiast od: rodzaju materiału, z jakiego jest wykonana rama i przeszklenie, grubości, szerokości ramy, a także od geometrii okien.

Do oceny stolarki konieczne jest więc:

• zwrócenie uwagi na to, z czego wykonany jest profil oraz jaka jest jego szerokość i grubość,
• dokładne określenie rodzaju oszklenia: grubości szyb, przestrzeni międzyszybowej, występowania ramki dystansowej,
• obliczenie wartości mostka liniowego.

Parametry te można określić, wykorzystując podpowiedzi zawarte w normie PN-EN ISO 10077-1. Za pomocą wzoru opisanego w tej normie można obliczyć wartość współczynnika przenikania ciepła Uw dla każdego okna:

Do wykonania audytu energetycznego konieczne jest też określenie wartości średnioważonej dla całej stolarki okiennej – U_wśr. W trakcie wykonywania audytu energetycznego przyjmuje się zazwyczaj, że współczynnik przenikania ciepła stolarki okiennej drewnianej dwuszybowej w stanie dobrym wynosi U_w0 = 2,6 W/(m²·K); w stanie złym wartość U_w0 można zwiększyć nawet o 20%. 

Tak więc wartość współczynnika przenikania ciepła może osiągnąć 3,1 W/(m²·K), a w niektórych sytuacjach nawet 3,2 W/(m²·K). Jednak takie uproszczenie może doprowadzić do dużej niedokładności w obliczeniach U_okna, a w konsekwencji do rozbieżności pomiędzy wartością rzeczywistą i obliczeniową wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło.

Dla przykładu przeprowadźmy dokładniejsze obliczenia¹⁾.

W wybranym budynku stolarka okienna wykonana jest:

• przykład 1 (P1) – z drewna twardego o grubości 50 mm i szerokości 50 mm – U_f = 2,36 W/(m²·K), oszklenie 4/6/4 bez powłoki niskoemisyjnej i bez gazu szlachetnego – U_g = 3,3 W/(m²·K);
• przykład 2 (P2) – z drewna miękkiego o grubości 50 mm i szerokości 50 mm – U_f = 2,0 W/(m²·K), oszklenie 4/6/4 bez powłoki niskoemisyjnej i bez gazu szlachetnego – U_g = 3,3 W/(m²·K);
• przykład 3 (P3) – z drewna miękkiego o grubości 50 mm i szerokości 60 mm – U_f = 2,0 W/(m²·K), oszklenie 4/9/4 bez powłoki niskoemisyjnej i bez gazu szlachetnego – U_g = 3,0 W/(m²·K).

W podanych przykładach (wyniki w tabeli 1) wartości U_w0 są bardzo zbliżone. W praktyce często się zdarza, że wartości te znacznie się różnią, zwłaszcza w odniesieniu do okien o znacząco różnych wymiarach, np.:

• U_w0 okna małego o wymiarach 600×900 mm jednokwaterowego przy U_f = 1,9 i U_g = 1,1 W/(m²·K) wynosi 1,83 W/(m²·K);
• U_w0 okna dużego o wymiarach 2200×2400 mm czterokwaterowego o tych samych wartościach U_f i U_g wynosi 1,58 W/(m²·K), czyli wartość Uw0 w tym wypadku jest o 16% mniejsza tylko ze względu na wielkość okna i ilość kwater.

Przyjęcie wartości zalecanych, np. dla wyżej omawianego typu stolarki od 1,7 do 1,9 W/(m²·K), może spowodować duże rozbieżności pomiędzy rzeczywistymi wartościami a przyjętymi przez projektanta lub audytora do obliczeń. Pobieżna ocena okna może doprowadzić do dużych różnic w obliczeniu sezonowego zapotrzebowania na ciepło. To samo okno w przykładzie P1 charakteryzuje się współczynnikiem przenikania ciepła U = 3,09, a w przykładzie P3 U = 2,76 W/(m²·K) (tabela 1). Gdy wprowadzimy współczynnik zwiększający U o 20% ze względu na bardzo zły stan techniczny okna, to samo okno będzie miało w P1 U = 3,71 W/(m²·K), w przykładzie P3 U = 1,2×2,76 = 3,31 W/(m²·K).

Ze względu na tak duże rozbieżności konieczne jest wykonanie dokładnych obliczeń i określenie współczynnika przenikania ciepła okna dla wybranego typu rozwiązań konstrukcyjnych przed termomodernizacją – U_w0 i przewidywanych po termomodernizacji – U_w1. Konieczne jest też obliczenie wartości średnioważonej tego współczynnika – U_wśr. Zazwyczaj wartości te przyjmowane są orientacyjnie.

Określenie U_w1 też nie jest proste, gdyż zależy od typu oszklenia, od profili, z których mają być wykonane okna, oraz od mostka liniowego. Należy też pamiętać, że aby poprawnie dokonać obliczeń oraz wycenić stolarkę okienną, należy znać oferty firm produkujących okna, a także już na etapie audytu uwzględnić oczywiste oczekiwania inwestora, np. zaplanować drzwi wejściowe z aluminium czy w części pomieszczeń na parterze okna z szybami antywłamaniowymi. W przeciwnym razie trudno jest prawidłowo określić U_w1, a jeszcze trudniej dokonać wyceny stolarki.

Wykonajmy obliczenia U_w1 dla trzech następujących przykładów:

• przykład 4 (P4) – okna wykonane z drewna twardego, o grubości 75 mm i szerokości 70 mm – U_f = 1,5 W/(m²·K), oszklenie 4/16/4 z powłoką niskoemisyjną i z gazem typu argon – U_g = 1,0 W/(m²·K), mostek liniowy Ψ = 0,06 W/(m²·K),
• przykład 5 (P5) – okna z PVC, trzykomorowe, o szerokości 73 mm – U_f = 1,59 W/(m²·K), oszklenie 4/16/4 z powłoką niskoemisyjną i z gazem typu argon – U_g = 1,0 W/(m²·K), mostek liniowy Ψ = 0,06 W/(m²·K),
• przykład 6 (P6) – okna z PVC, pięciokomorowe z wkładką termiczną, szerokość profili 73 mm – U_f = 1,21 W/(m²·K), oszklenie 4/14/4/14/4 z powłoką niskoemisyjną i z gazem typu argon – U_g = 0,6 W/(m²·K), mostek liniowy Ψ = 0,04 W/(m²·K).

Wyniki zamieszczono w tabeli 2.

Wnioski z obliczeń są następujące:

• izolacyjność okien zależy od zastosowanych materiałów oraz od schematu – podziału okna i ilości kwater. W projektowaniu konieczne jest uwzględnianie wpływu podziału okna na jego izolacyjność termiczną;
• izolacyjność termiczna okien na profilu pięciokomorowym z wkładką termiczną oraz z szybą 0,6 W/(m²·K) (P6) jest o 66% wyższa od okien trzykomorowych, co oznacza, że konieczne jest precyzyjne określenie parametrów stolarki okiennej na etapie projektu, tzn. z czego okno powinno być wykonane, oraz parametrów końcowych stolarki;
• cena okien w P6 jest o 50% wyższa od okien w P4. Do wyceny stolarki okiennej nie można stosować wartości zryczałtowanej zalecanej przez Sekocenbud lub inny katalog cen materiałów. Okna najlepiej wycenić w oparciu o wycenę konkretnego producenta spełniającego założenia projektu lub skorzystać z programu do obliczeń;
• konieczne jest określenie U_w0 i U_w1 dla każdego okna oraz wartości średnioważonej U_w całej stolarki okiennej.

Analizy ekonomiczne

W audycie energetycznym wykonuje się analizę ekonomiczną. Wybór rozwiązań opierany jest o wskaźnik SPBT – prosty czas zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych, który dla samych okien prawie zawsze przekracza 10 lat. To metoda niewłaściwa w przypadku stolarki okiennej, gdyż prowadzi do wyboru rozwiązań przestarzałych i nieekonomicznych.

Stolarka okienna, zwłaszcza z PVC, ma długą żywotność – przyjmuje się, że okna montowane są na 20–25 lat. Zatem czas korzystania z efektów termomodernizacji przekracza przewidywany w ustawie okres 10 lat. Przed wyborem stolarki okiennej powinna być wykonana analiza dynamiczna, np. w oparciu o wskaźnik NPV.

NPV jest to wartość bieżąca netto inwestycji. Jako metoda oceny efektywności ekonomicznej inwestycji rzeczowej NPV należy do kategorii metod dynamicznych i jest oparta o analizę zdyskontowanych przepływów pieniężnych przy zadanej stopie dyskonta. Jako wskaźnik NPV stanowi różnicę pomiędzy zdyskontowanymi przepływami pieniężnymi a nakładami początkowymi. W analizach opartych o NPV możliwe jest uwzględnienie utraty wartości pieniądza w czasie oraz wzrost cen nośników energii, który w ostatnich latach jest znaczący (w ostatnich latach gaz drożał o ok. 30% rocznie, podobnie olej opałowy).

Przy wyborze stolarki okiennej na podstawie analizy w oparciu o wskaźnik NPV można dojść do zupełnie innych wniosków niż przy zastosowaniu wskaźnika SPBT. W tabeli 3 zamieszczono wyniki analizy przy założeniach, że stopa dyskonta wynosi 4%, a wzrost cen energii ponad inflację – 6% rocznie (okres badania - 20 lat).

Najniższa wartość SPBT przypada dla okien trzykomorowych z szybą 1,1 W/(m²·K) i wynosi 18,8 lat. Jednak najwyższa wartość NPV występuje w oknach z szybą 1,0 W/(m²·K) wykonanych z profili pięciokomorowych z wkładką termiczną – NPV= 5780 zł. Na podstawie SPBT wybralibyśmy wariant 1 – okna trzykomorowe, jednak w oparciu o wskaźnik NPV najkorzystniejszy jest wariant 4, gwarantujący większe zdyskontowane zyski.

Projektowanie stolarki na etapie audytu

Często się zdarza, że zaplanowana w audycie stolarka okienna ma osiągnąć współczynnik przenikania ciepła U_w = 1,3 W/(m²·K) za cenę 500 zł/m². W trakcie realizacji inwestycji okazuje się, że nie jest możliwe wykonanie takiej stolarki w założonej cenie. Z powodu niedoszacowania inwestor staje przed koniecznością dopłaty do stolarki okiennej, co przy dużym obiekcie może doprowadzić do dużych kłopotów finansowych. Zdarza się również, że audytor wybiera rozwiązania, których projektant i inwestor ze względów energetycznych i cenowych nie są w stanie spełnić.

Dlatego też poza precyzyjnym określeniem współczynnika przenikania ciepła oraz wartości średnioważonej U_wśr całej stolarki niezbędna jest dokładna wycena zaplanowanych rozwiązań. Obliczenia te jednak są złożone i czasochłonne. Warto do tego celu wykorzystać program komputerowy, ułatwiający wykonanie takich analiz.

Projektowanie na etapie audytu energetycznego obejmuje określenie izolacyjności termicznej stolarki okiennej oraz wycenę stolarki wraz z montażem. Kosztorysowanie stolarki okiennej wykonywane jest najczęściej w oparciu o katalogi Sekocenbudu. Wówczas wycena jest oparta o zryczałtowaną wartość 1 m2 stolarki okiennej bez możliwości wartościowania rozwiązań energooszczędnych. Oznacza to, że kosztorysant tak samo wyceni okna aktualnie stosowane i okna o podwyższonej izolacyjności termicznej.

Dla przykładu: koszt 1 m2 stolarki okiennej na profilu trzykomorowym i z szybą o współczynniku U = 1,1 W/(m2·K) wynosi 420 zł brutto według wyceny dokonanej za pomocą jednego z dostępnych na rynku programów (zawierającego katalogi cenowe producentów). Natomiast według wyceny Sekocenbudu koszt ten wynosi od 360 do 400 zł/m2 netto + koszty montażu – ok. 100 zł/m2, czyli razem od 492 do 610 zł/m2.

Przypisy:

¹⁾ Obliczeń dokonano według metody zgodnej z normą PN-EN ISO 10077-1 „Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: Metoda uproszczona”. Posłużono się jednym z dostępnych na rynku programów komputerowych, przeznaczonych do wykonywania audytu energetycznego.

LUTY 2007

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!