Energooszczędna stolarka budowlana

W zależności od zastosowanych rozwiązań technicznych w okresie grzewczym tracimy lub zyskujemy ciepło. Zależy to od powierzchni okien i drzwi, izolacji termicznej oraz od przepuszczalności promieniowania słonecznego przez oszklenie. W budynku, który spełnia aktualne wymagania prawne dotyczące izolacyjności termicznej, przez stolarkę budowlaną ucieka ok. 15% energii, czyli prawie tyle, co przez ściany i dach (rys. 2).

Redukcja strat ciepła przez stolarkę jest więc zadaniem równie ważnym co ograniczanie strat ciepła przez ściany i dach. Wprowadzenie do budynku otworów okiennych i drzwiowych jest przyczyną utraty ciągłości lepiej izolowanej przegrody, np. ściany czy dachu, a także źródłem mostków cieplnych na połączeniu przegordy ze stolarką budowlaną (rys. 1). Z tego powodu uzyskanie oczekiwanej izolacyjności termicznej przegród może wymagać zastosowania zwiększonej izolacji termicznej kompensującej negatywny wpływ mostków termicznych.

Współczynnik przenikania ciepła ściany bez otworów może wynosić Us = 0,3 W/(m²·K), dla tej samej ściany tylko z otworami okiennymi wartość Us może się wahać od 0,35 do 0,6 W/(m²·K) w zależności od zaprojektowanych rozwiązań połączenia stolarki ze ścianą i jej izolacją termiczną. 

Od sposobu połączenia stolarki ze ścianą oraz od grubości izolacji termicznej węgarków, nadproży okiennych oraz podokienników zależy wpływ mostków cieplnych na izolacyjność ścian. Znaczenie ma też usytuowanie okna w ścianie. Na rys. 1 przedstawiono wartość liniowego mostka cieplnego Ψ w zależności od usytuowania okna względem lica ściany.

Aktualne wymagania stawiane stolarce budowlanej

Wymagania ogólne dotyczące stolarki budowlanej zostały określone w art. 5.1. ustawy Prawo budowlane [2]: „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”.

Wymagania dotyczące przegród przezroczystych

Podstawowe wymagania stawiane przegrodom przezroczystym zawarte są w § 57.1. rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3]: „Pomieszczenie przeznaczone na pobyt ludzi powinno mieć zapewnione oświetlenie dzienne, dostosowane do jego przeznaczenia, kształtu i wielkości, z uwzględnieniem warunków określonych w § 13 oraz w ogólnych przepisach bezpieczeństwa i higieny pracy.

2. 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”.

Zgodnie z rozporządzeniem [3] okna powinny także spełniać warunek minimalnej izolacyjności termicznej oraz właściwej powierzchni przezroczystej. 

Izolacyjność termiczna okien

Wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej okien określone są w załączniku do rozporządzenia [3] w postaci granicznych wartości współczynnika przenikania ciepła (tabele 1, 2 i 3).

Obliczeń współczynnika przenikania ciepła można dokonać w oparciu o normę PN- -EN ISO 10077-1 „Własności cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część I. Metoda uproszczona” [13] według wzoru:

gdzie:

A_g, U_g – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła szyby,

A_f, U_f – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła ramy,

Ψ, l_g – wartość mostka liniowego oraz jego całkowita długość.

Ze wzoru wynika, że okna wykonane z tych samych materiałów, ale o innych wymiarach, mogą mieć inne parametry izolacyjności termicznej (rys. 3).

Powierzchnia okien

W załączniku do rozporządzenia [3] określone są również inne wymagania związane z oszczędnością energii, w tym wielkości powierzchni okien. A mianowicie w budynku jednorodzinnym pole powierzchni A₀, wyrażone w m², okien oraz przegród szklanych i przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła U_k nie mniejszym niż 2,0 W/(m²·K), obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większe niż wartość A_0max obliczona według wzoru:

A_0max = 0,15 A_z + 0,03 A_w,

gdzie:

A_z – jest sumą pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych,

A_w – jest sumą 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 U_k nie mniejszym niż 2,0 W/(m²·K), obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większe niż wartość A_0max obliczona według wskazanego wyżej wzoru, 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%.

Rozwiązania uzasadnione ekonomicznie

Ze względu na wysoką cenę nośników energii wskazane jest stosowanie najlepszych energooszczędnych rozwiązań również przy wyborze okien. Warto jednak wybierać rozwiązania uzasadnione ekonomicznie. W celu dokonania oceny opłacalności stosowania energooszczędnych rozwiązań mierzonych wartością współczynnika przenikania ciepła U przeanalizowano izolacyjność termiczną stolarki budowlanej.

Obliczeń dokonano na podstawie przykładów okien o współczynniku:

• U = 1,9 W/(m²·K) – okna wykonane z profilu trzykomorowego z szybą zespoloną o U_g = 1,1 W/(m²·K),
• U = 1,5 W/(m²·K) – okna na profilu pięciokomorowym z szybą o U_g = 1,0 W/(m²·K),
• U = 1,3 W/(m²·K) – okna na profilu pięciokomorowym z wkładką energooszczędną termo wyposażone w szybę o U_g = 1,0 W/(m²·K),
• U = 1,0 W/(m²·K) – okna na profilu pięciokomorowym z wkładką energooszczędną termo z szybą o U_g = 0,6 W/(m²·K),
• U_w = 0,8 W/(m²·K) – okna pasywne.

Dla przyjętych do obliczeń przykładów różnego typu stolarki wykonano wycenę według cen katalogowych. Koszt stolarki okiennej przedstawiono na rys. 4.

Następnie wykonano analizę opłacalności stosowania wybranych typów stolarki okiennej. Okazało się, że najkorzystniejszym ekonomicznie rozwiązaniem jest okno na profilu pięciokomorowym o współczynniku U = 1,0 W/(m²·K) z wkładką termiczną i szybą o U_g = 0,6 W/(m²·K). Czas zwrotu dodatkowych nakładów na inwestycję związaną z zastosowaniem takiej stolarki SPBT wynosi 9,1 lat. Czas zwrotu poniesionych nakładów SPBT na wymianę okien o różnej izolacyjności zamieszczono na rys. 5.

Z przedstawionych obliczeń wynika, że warto wybierać rozwiązania energooszczędne i uzasadnione ekonomicznie. Należy też pamiętać, że oprócz strat ciepła ważne są również zyski. Koszty chłodzenia domu na pewno okażą się o wiele wyższe od kosztów ogrzewania. Należy zatem poszukiwać rozwiązań zmniejszających oddziaływanie letnich wysokich temperatur na budynek, a więc stosować odpowiednią izolację termiczną oraz osłony przeciwsłoneczne.

Planowane zmiany wymagań

Na koniec warto wspomnieć, iż planowane jest zaostrzenie wymagań w zakresie izolacyjności termicznej stolarki budowlanej. Obecne minimalne wymagania wynoszą U_w ≤ U_wo = 2,6 W/(m²·K). Produkowane dziś okna charakteryzują się znacznie niższymi wartościami U_w = 1,70–1,2 W/(m²·K). Propozycje ujęte w nowelizacji rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [4] zamieszczono w tabelach 4 i 5.

Literatura

1. Dyrektywa 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz WE L 1 z 04.01.2003 r., s. 65– 71).
2. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (tj. DzU z 2006 r. nr 156, poz. 1118 ze zm.).
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz.690, zm.: DzU z 2003 r. nr 33, poz. 270 oraz z 2004 r. nr 109, poz. 1156).
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (projekt z marca 2008 r.).
5. PN-EN 1026:2001 „Okna i drzwi. Przepuszczalność powietrza. Metoda badania”.
6. PN-EN 1191:2002 „Okna i drzwi. Odporność na wielokrotne otwieranie i zamykanie. Metoda badań”.
7. PN-EN 1027:2001 „Okna i drzwi. Wodoszczelność. Metoda badania”.
8. PN-EN 12046-1:2004 „Siły operacyjne. Metoda badania. Część 1: Okna”.
9. PN-EN 12210:2001 „Okna i drzwi. Odporność na obciążenie wiatrem. Klasyfikacja”.
10. PN-EN 12211:2001 „Okna i drzwi. Odporność na obciążenie wiatrem. Metoda badania”.
11. PN-EN 12400:2004 „Okna i drzwi. Trwałość mechaniczna. Wymagania”.
12. PN-EN 13115:2002 „Okna. Klasyfikacja właściwości mechanicznych. Obciążenia pionowe, zwichrowanie i siły operacyjne”.
13. PN-EN ISO 10077-1 „Własności cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część I. Metoda uproszczona”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!