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
BREVIS S.C. Czy nawiewniki w oknach są obowiązkowe – najważniejsze Informacje
Potrzeba zapewnienia właściwej wentylacji domu czy mieszkania nie stanowi raczej zaskoczenia dla nikogo. Choć może nie zawsze mamy na uwadze utrzymanie odpowiedniej wilgotności powietrza i dzięki temu...
Potrzeba zapewnienia właściwej wentylacji domu czy mieszkania nie stanowi raczej zaskoczenia dla nikogo. Choć może nie zawsze mamy na uwadze utrzymanie odpowiedniej wilgotności powietrza i dzięki temu uniknięcia negatywnych skutków zbyt dużej wilgotności, to już dyskomfort siedzenia w dusznym i nieprzewietrzonym pomieszczeniu zna każdy. Oprócz wentylacji grawitacyjnej do niedawna odpowiednią cyrkulację powietrza zapewniały nieszczelności w oknach. Jednak rozwój technologiczny i zwiększenie szczelności...
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!
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