Stolarka budowlana w budownictie energooszczędnym i pasywnym 2015

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

1

Wolfgang Feist

Dom pasywny – przełom energetyczny jest prosty Niniejszy artykuł jest zapisem wystąpienia prof. dr. Wolfganga Feista, przygotowanym na FORUM Budownictwa Pasywnego w dniu 12.03. 2015 r., w czasie targów BUDMA w Poznaniu. „Dom pasywny” jest budynkiem, w którym komfort termiczny gwarantowany jest prawie wyłącznie przez efektywność energetyczną. Prawie wcale nie potrzebuje dostaw ciepła lub chłodu, by ustanowić pożądaną, komfortową dla przebywania w pomieszczeniu temperaturę.

Taką granicą energetyczną, przyjmowaną za najmniejsze możliwe do zaakceptowania wydatkowanie energii na grzanie lub chłodzenie jest 10 W/m² powierzchni, którą należy ogrzać lub ochłodzić. W klimacie środkowoeuropejskim odpowiada to rocznemu zapotrzebowaniu na ciepło wynoszącemu 15 kWh/(m²a). Wartości zostały określone w oparciu o fakt, że żeby zaspokoić większe zapotrzebowanie na ciepło, należy uruchomić zewnętrzne zasilanie źródeł ciepła, takich jak np. nagrzewnice powietrza, konwektory, radiatory, aktywne materiały budowlane, ścienne ogrzewanie.

Tego rodzaju, niewielkie zapotrzebowanie na ciepło odpowiada mniej więcej 1/10 średniego zużycia, które cechuje dzisiaj zwykłe budynki mieszkalne w Niemczech lub gdzie indziej w Europie. To zużycie jest więc w rzeczywistości niesamowicie małe – a wymagana energia może wszędzie na świecie pochodzić ze źródeł zrównoważonych.

Niemiecki „przełom energetyczny“ jest tematem gorących, międzynarodowych dyskusji – ale ta droga „odwrotu od energii niezrównoważonych“ nie jest jakąś specyficznie niemiecką sprawą. Źródła kopalne i nuklearne nie są dla ludzkości pewną bazą zaopatrzenia. Przynoszą ze sobą zbyt wiele niebezpieczeństw, z których zmiany klimatyczne to tylko czubek góry lodowej. We wszystkich dużych, brutalnych konfliktach ostatnich dziesięcioleci chodziło ostatecznie o dysponowanie znaczącymi kopalnymi nośnikami energii. Ekonomiczni mocarze w tej dziedzinie nie przypadkowo są tożsami z nazwami instytucji i osób, o których zawsze jest mowa, gdy w mediach omawia się nowe konflikty i nowe wojny. Droga odejścia od zależności od kopalnych źródeł energii jest tym samym drogą odejścia od panowania międzynarodowych koncernów i instytucji dostarczających węgiel, ropę i gaz.

2

Ta ścieżka odejścia od energii kopalnej jest jedynym realistycznym rozwiązaniem dla spowodowanych przez naszą cywilizację zmian klimatycznych – obecnie klimat na naszym globie zmienia się szybciej, niż kiedykolwiek wcześniej w historii ludzkości, a zmiany te spowodowane są nieprzemyślanym i nadrzędnym stosowaniem energii kopalnych.

Przełom energetyczny często określa się w skrócie zastąpieniem energii kopalnych przez odnawialne (woda, wiatr i słońce) i tak też się go postrzega. Uzyskana energia stanowi ważną część tego przełomu, jednak jego drugim, nawet ważniejszym filarem, jest lepsza efektywność energetyczna.

Zużycie energii kopalnych na eksploatację budynkow wynosi około jedną trzecią łącznego zużycia energii w Europie. Z tego lwia część wykorzystywana jest do ogrzewania. W związku z tym zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło ma ogromne znaczenie dla całego systemu energetycznego. Ma to jeszcze większe znaczenie dla niezawodności alternatywnego systemu energetycznego, bazującego na energiach odnawialnych.

Poprawa efektywności pozwoli na oszczędności w zakresie zapotrzebowania na energię końcową w systemach grzewczych nowobudowanych budynków w zakresie 90% (domy pasywne), a w przypadku budynków istniejących, niskoenergetycznych, będzie to 75% (termomodernizacje do standardu domu pasywnego 85-90%). Jest to wkład, który znacznie ułatwi przejście do zrównoważonego zaopatrzenia w energię.

Konieczne dla poprawy efektywności środki dotyczą przede wszystkim powłoki budynku i techniki grzewczej. Modernizacja odpowiednich komponentów (dachy, ściany zewnętrzne, okna, przesył ciepła, kotły itp.) związana jest też z ich normalnym cyklem życia, one po prostu i tak muszą być wymieniane czy też naprawiane w cyklach około 50-letnich. Takie naprawy czy wymiany mogą doprowadzić – przy niewielkich dodatkowych nakładach – do polepszenia jakości energetycznej i znacznych oszczędności przy poprawie komfortu: lepsza efektywność energetyczna, włączona do normalnego cyklu budowy nowego budynku czy cyklu remontowego

WYDANIE SPECJALNE

Dom pasywny – przełom energetyczny jest prosty

już istniejacego obiektu, jest szczególnie korzystną kosztowo metodą prowadzącą do odejścia od energii kopalnej.

Na przykładzie rozwoju jednego z komponentów – okna – widać to szczególnie wyraźnie: zamontowane w istniejących budynkach, przeważające jeszcze dzisiaj, stare okna „z szybami izolacyjnymi“ stanowiły swego czasu (około roku 1974) jeszcze znaczącą poprawę wobec powszechnego wówczas szkła pojedynczego. W Europie Środkowej wykazują one straty energii cieplnej na poziomie netto ok. 150 kWh/(m²a) (powierzchnia okna). Przy ogrzewaniu olejowym oznacza to dodatkowe zużycie 16 l oleju opałowego lub 16 m³ gazu ziemnego na m² okna.

okna referencyjne. Ta „dodatkowa inwestycja“ w lepszą jakość okien pasywnych spłaci się już po mniej niż 3 latach – z samych tylko oszczędności na kosztach energii. A przecież nie uwzględniliśmy tu innych wyznaczników tej jakości, jak na przykład znacznie polepszony komfort i trwałość.

Jest to bardziej korzystne kosztowo niż każde dostępne obecnie końcowym konsumentom źródło energii, tańsze niż gaz ziemny lub drewno opałowe, które dochodzą do 60 eurocentów za litr ekwiwalentu oleju grzewczego.

Dzisiaj na rynku mamy duży wybór okien pasywnych (potrójne oszklenie, oddzielne przekładki między szybami zespolonymi, wąskie, dobrze zaizolowane ramy), które są oknami pozyskującymi energię netto: solarny zysk cieplny zimą, który przewyższa stratę ciepła tych okien. A zatem przy wymianie starych okien możemy zaoszczędzic co roku 16 l oleju, lub 16 m² gazu ziemnego na m² okna. Przy średnich oczekiwanych cenach energii to w każdym razie więcej niż 15 € co roku. Takie okna utrzymują swoje właściwości, dzięki optymalizacji pod kątem fizyki budowlanej, dłużej, niż używane jeszcze dzisiaj, powszechnie suboptymalne konstrukcje – co najmniej średnio jakieś 40 lat.

Pokazana powyżej wysoka opłacalność działań na rzecz efektywności energetycznej pojawia się także przy wszystkich innych działaniach z dużymi oszczędnościami na poziomie domu pasywnego: poprawa izolacji cieplnej elementów budowlanych do poziomu domu pasywnego dostarcza „oszczędności” energii w wysokości od 2 do 5 eurocentów/kWh. Także w obszarze odzysku ciepła widać „ruch“ w stronę komponentów domu pasywnego – osiągnięta w ten sposób efektywność energetyczna oznaczać będzie oszczędności od 4 do 8 eurocentów/kWh. Oszczędność energetyczna poprzez budownictwo pasywne jest najtańsza.

Najczystsza energia na zawsze – to właśnie jest zrównoważona inwestycja.

Gdyby opierać się wyłącznie na tej wiedzy innych okien nie powinno się w ogóle montować. To ilustruje ogromne oszczędności energetyczne i dotyczące kosztów energii tej nowej generacji okien pasywnych. Decydujące jest jednak to, że ten nowy typ okien, zgodnie z wynikami pierwszego konkursu dla komponentów pasywnych, dzisiaj (a więc w 2015 r.) nie jest dużo droższy, niż „zwykłe“ nowe okno 1,1 W/m²K. Zwycięzcy konkursu kosztowali średnio o 42 € więcej za metr kwadratowy (koszty inwestycji) niż

Każdy inwestor, który stawia dzisiaj nowy budynek lub modernizuje istniejący i który nie stosuje komponentów z efektywnością energetyczną na poziomie domu pasywnego, wydaje się, że trafił, już choćby z ekonomicznego punktu widzenia, na złych doradców. Oszklenie potrójne jest dzisiaj w Niemczech rzeczywiście najbardziej rozpowszechnione, gdyż panuje tu opinia, że co innego budować, niż dom pasywny, to jest działanie nieekonomiczne.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

3

Wolfgang Feist

Jeśli dzisiaj dostępne komponenty domu pasywnego, znacznie poprawiające efektywność energetyczną, są nie do pobicia jako korzystne kosztowo w porównaniu do wszystkich innych, nawet najtańszych kopalnych źródeł energii.

Koncepcja domu pasywnego jako całości jest jeszcze bardziej atrakcyjna, niż tylko suma jego elementów. Innowacja leży przy tym w świadomej koncepcji budynku w odniesieniu do zoptymalizowanej efektywności energetycznej. Chodzi tu przede wszystkim o staranne zaprojektowanie i zaplanowanie wszystkich detali. Celem jest takie zaprojektowanie całego budynku, aby uzyskać wymienioną już na wstępie łączną efektywność (zapotrzebowanie cieplne mniejsze niż 15 kWh/(m²a)) – bo wtedy koszty inwestycyjne na system grzewczy i chłodniczy są minimalne. Dochodzą do tego jeszcze osiągane w ten sposób oszczędności w zakresie kosztów. Do tego dom pasywny wykazuje najlepszy komfort termiczny, redukuje ryzyko w kryzysach dostaw energii, podwyższa trwałość budynku i rozwiązuje (jakby przy okazji) problem zależności od energii kopalnych.

Aby móc rzeczywiście „skosztować” korzyści domu pasywnego, należy zapewnić możliwie łatwy dostęp do jego projektowania – bo projekt i plany to etapy w realizacji budynku, na które inwestor ma największy wpływ. Dla tej fazy stworzono program „DesignPH“ (DesignDP), przy pomocy którego architekci mogą już w najwcześniejszej fazie projektowania poprawić obszar efektywności energetycznej i to przede wszystkim na bazie metod rysunkowych – program identyfikuje z etapu SketchUp wszystkie odpowiednie elementy budowlane i na tej podstawie dostarcza model energetyczny budynku oparty na założeniach PHPP (Pakiet Projektowy dla Domu Pasywnego).1) Tym samym możliwe jest dokładne zbadanie parametrów i optymalizacja – to one pozwolą zaprojektować budynek zarówno korzystnie kosztowo, jak też komfortowo i efektywnie energetycznie.

Domy pasywne zrealizowane zostały już w dziesiątkach tysięcy projektów budynków – pierwsze osiedla domów pasywnych, na których prowadzi się systematyczne pomiary, są zamieszkane już od 15 lat. Zmierzone tam wartości dotyczące zużycia energii cieplnej są średnio na poziomie 13 kWh/(m²a). Oszczędności energii dzięki koncepcji domu pasywnego zostały rzeczywiście osiągnięte w praktyce. Jeśli zrealizowana zostanie jakość standardu, tak jak to było w przypadku tych osiedli, wówczas wystąpią również podobne oszczędności. Dom pasywny to nie tylko koncepcja możliwa do zapłacenia, ale także sprawdzony jakościowo standard budowlany.

1)

4

Dom pasywny rozprzestrzenił się już na całym świecie. We wszystkich krajach Europy wzniesiono budynki zgodne z tą koncepcją, widać je i w innych częściach świata, nawet na Antarktydzie. Oczywiście, komponenty i projekt domu pasywnego będą inne w Dżakarcie niż w Jakucku. Projekt dla obu wypadków opierać się będzie jednak na tych samych zasadach fizyki i wykorzystywać będzie te same metody i materiały pomocnicze, a mianowicie PHPP (pakiet do projektowania budynków pasywnych).

Badania i praktyka na obszarze domu pasywnego od początku rozwoju prowadzą stałą i intensywną wymianę wiedzy i doświadczeń. Ważną częścią tej wymiany wiedzy jest Międzynarodowa Konferencja „Dom Pasywny“, która odbywa się raz w roku, wiosną, w różnych miejscach.

Tutaj aktywiści z dziedziny budownictwa pasywnego wymieniają wiedzę: wiadomości o postępach w zakresie materiałów budowlanych, metod projektowania i planowania, dobre przykłady i praktyczne doświadczenia. prof. dr. Wolfgang Feist Universität Innsbruck i PHI Darmstadt (Austria) www.passiv.de

Tekst wystąpienia udostępnił Polski Instytut Budownictwa Pasywnego i Energii Odnawialnej im. Güntera Schlagowskiego Informacje o domach pasywnych znajdą Państwo także w Internecie, na stronach International Passive House Association i w powiązanej z nim Passipedia.org.

W Polsce można otrzymać materiały dla polskich warunków pogodowych w PIBP i EO w Gdańsku (patrz www.pibp.pl)

Patrz także www.pibp.pl

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynkach pasywnych

Okna w budynkach pasywnych Podwyżki cen nośników energii (gaz ziemny, olej opałowy, węgiel, energia elektryczna) zmuszają nas do szukania coraz to lepszych sposobów na obniżenie kosztów eksploatacyjnych mieszkań.

Budownictwo pasywne Pierwszym sposobem obniżania kosztów eksploatacyjnych jest szukanie tańszych nośników energii (miał węglowy, biomasa). Przy wyborze takich surowców należy brać pod uwagę nie tylko cenę, ale również wpływ na środowisko naturalne. Spalanie surowców emituje do atmosfery szkodliwe gazy. Ale to nie jedyne kryterium ekologiczności – ważna jest również „zawartość” w surowcu tzw. energii pierwotnej, czyli energii, która nie jest możliwa do regeneracji. Wszystkie surowce kopalne (węgiel, ropa naftowa) zawierają bardzo dużo energii pierwotnej. Słoma, drewno, rośliny energetyczne posiadają jej bardzo mało (surowce odnawialne).

Drugim sposobem na oszczędzanie, jest wznoszenie budynków, które będą zużywały jak najmniej energii cieplnej.

Bardzo dobrym przykładem są budynki pasywne, które zużywają osiem razy mniej energii cieplnej na ogrzewanie, niż konwencjonalne budynki.

Budynek pasywny to taki, który wykorzystuje energię słoneczną do ogrzewania budynku.

Nazwa „pasywny” pochodzi od sposobu wykorzystania energii słonecznej – nie są użyte żadne aktywne sposoby (urządzenia) do zamiany jej na jakąkolwiek inną formę ciepła.

Energia cieplna pochodząca od słońca wpada poprzez okna do wnętrza budynku.

Kolektory słoneczne nie są wcale niezbędne do funkcjonowania budynku pasywnego.

Pomagają one tylko częściowo pokryć zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową. Takie urządzenia można zastosować w każdym budynku.

Pasywne wykorzystanie energii słonecznej Okna budynków pasywnych działają jak kolektory słoneczne – pasywnie uzyskana energia słoneczna ma najbardziej znaczący udział w wyrównaniu strat ciepła.

Celem nie jest jednak pozyskanie jak największej ilości energii słonecznej za każdą cenę – znacznie ważniejsze jest utrzymanie możliwie znikomego, pozostałego zapotrzebowania na energię cieplną.

W Europie Środkowej budynek, który w zimie wymaga w bardzo niewielkim już stopniu aktyw-

• • •

Trzy podstawowe kryteria budynku pasywnego roczne zapotrzebowanie na energię cieplną do ogrzewania max: 15 kWh/(m2a) („a” oznacza rok), czyli przeliczając wg wartości energetycznej gazu ziemnego: 1,5 m3 gazu na m2 powierzchni użytkowej na rok roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną max: 120 kWh/(m2a) (każdy nośnik energii (gaz, energia elektryczna, drewno, itp.) jest przeliczony według konkretnego współczynnika energii nie dającej się odnowić) szczelność budynku na przenikanie powietrza max: n50 ≤ 0,6/n

Wymagania dla okien przeznaczonych dla budynków pasywnych Aby spełnić kryteria budynku pasywnego należy zastosować okna o specjalnych wymaganiach określonych przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt (Passivhaus Institut).

Okna takie muszą być: • ciepłochronne, aby zmniejszyć straty ciepła (cechę tę określa współczynnik przenikania ciepła U W/(m2K)) • przepuszczać energię słoneczną do wnętrza domu – współczynnik g określa procentową przepuszczalność energii całkowitej • inaczej zamontowane w murze lub ścianie lekkiej niż tradycyjne okna Aby mieć pewność, że okno jest przeznaczone do budynku pasywnego, musi posiadać odpowiedni certyfikat.

Istnieją trzy grupy certyfikowanych produktów: szyby, ramy oraz drzwi.

Wymagania dla szkła Wartość współczynnika przenikania ciepła dla szyby powinien być mniejszy lub równy: Ug ≤ 0,8 W/(m2K) [kryterium komfortu cieplnego] gdzie: Ug – współczynnik przenikania ciepła dla szyby.

Zaleca się stosować szyby o współczynniku co najwyżej 0,7.

Wartość ta zapewnia jak najmniejsze straty ciepła oraz zapewnia odpowiedni komfort cieplny w pomieszczeniu (nawet bez potrzeby instalowania konwencjonalnych grzejników).

Dzięki wysokiej izolacyjności okna, nie ma potrzeby stosowania grzejników pod oknami – zapobiegały one (w zwykłych budynkach) „spływowi” zimnego powietrza w dół i uczucia zimnych stóp.

Aby zapewnić wykorzystanie energii słonecznej do efektywnego ogrzania pomieszczeń, należy spełnić kolejny warunek: Ug – 1,6 W/(m2K) ˙ g < 0 [kryterium energetyczne] gdzie: Ug – współczynnik przenikania ciepła dla szyby g – współczynnik przepuszczalności energii (zalecana wartość g > 50 %) Kryterium to zapewnia zyski z energii słonecznej dla południowej, nie zacienionej fasady również zimą (listopad-luty). Straty ciepła przez szybę są mniejsze niż energia docierająca do pomieszczenia.

Wartość g można wyliczyć według normy EN 410 Wartość współczynnika przenikania ciepła dla szyby oblicza się wg EN 673. Według normy wynik obliczeń podawany jest do jednego miejsca po przecinku. Prowadzi to jednak do wysokiej niedokładności przy obliczaniu strat ciepła wynoszącej nawet 20%. W związku z tym zaleca się podawać wartość współczynnika do dwóch miejsc po przecinku.

Wymagania dla ramy Wartość współczynnika U dla ramy Uf oraz wartość liniowego mostka cieplnego oblicza się wg EN 10077 przy pomocy dwuwymiarowego programu przepływu ciepła na podstawie rysunku przekroju ramy w skali 1:1 wraz z wbudowaną szybą ciepłochronną.

PHI wykonuje test sprawdzający otrzymane wartości. W testowaną ramę osadza się referencyjną potrójną szybę ciepłochronną o wartości współczynnika przenikania ciepła Ug=0,7 W/(m2K). Warunki brzegowe dla badania: temperatura zewnętrzna -10oC, temperatura powietrza wewnętrznego 20oC, 1/αa=0,04 m2K/W, 1/αa=0,13 m2K/W. Wartości współczynników przewodzenia ciepła użytych materiałów są obliczane na podstawie DIN 4108 lub przejmowane z innych certyfikatów. Wartości współczynników przewodzenia ciepła dla przestrzeni międzyszybowej obliczane są wg EN 10077-2. W badaniu mierzy się minimalne temperatury powierzchni ramy.

Następnie oblicza się współczynnik mostka termicznego montażu dla trzech podstawowych konstrukcji ścian – ściana murowana z ociepleniem, ściana szalunkowa oraz konstrukcja lekka, przy pomocy dwuwymiarowego programu do obliczania mostków termicznych. Oblicza się straty ciepła przez okno wbudowane w ścianę Qmontaż dla modelu o minimalnych wymiarach: 20 cm szyby, 100 cm ściany: Ψmontaż = Qmontaż/∆T – (Uściany ˙ Aściany + Ug ˙ Ag + Uf ˙ Af + lg ˙ Ψg) gdzie: Qmontaż – obliczone straty ciepła w symulacji komputerowej ∆T – różnica temperatury zewnętrznej i wewnętrznej Uściany – wartość współczynnika przenikania ciepła ściany Aściany – powierzchnia ściany (aż do ramy okiennej wraz z łączeniem) Ug – wartość współczynnika przenikania ciepła szyby Ag – powierzchnia szyby Uf - wartość współczynnika przenikania ciepła ramy okiennej Af – powierzchnia ramy okiennej lg – długość krawędzi szyby (zespolenia szyby tzw. ”ramka dystansowa”) Ψg – współczynnik mostka termicznego zespolenia szyby

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

5

Günter Schlagowski nego dogrzewania, w okresie przejściowym i letnim nie wykazuje żadnego dalszego zużycia ciepła (niezależnie od przyjętego rozwiązania).

Powyższe dotyczy miesięcy od marca do listopada. Decydujące dla wielkości pozostałego zużycia są zatem miesiące zimowe, a więc grudzień, styczeń i luty. W zrealizowanych i zamieszkanych domach pasywnych poza tymi miesiącami, żadne ogrzewanie już nie funkcjonuje. Niestety w okresie środkowoeuropejskiej zimy zyski z energii słonecznej są niewielkie.

Sytuację utrudnia kolejny problem wynikający z warunków klimatycznych: w miesiącach o małym nasłonecznieniu występują niskie temperatury zewnętrzne. W związku z powyższym straty ciepła są w tym okresie najwyższe. Nawet najlepsze transparentne przegrody mają wciąż wyraźnie wyższą przewodność cieplną w porównaniu z nieprzezroczystymi ścianami czy dachami. W budynku pasywnym średnim współczynnikiem przewodności cieplnej dla ściany jest Uw=0,1 W/(m2K), dla szyby Ug=0,7 W/(m2K).

Zwiększone powierzchnie okienne mające na celu pasywne wykorzystanie energii słonecznej prowadzą tym samym nieuchronnie do wyższych strat ciepła. Decydujący jest bilans cieplnych zysków słonecznych i dodatkowych strat ciepła i to w okresie pełni zimy.

Już tylko z powyższych rozważań wynikają wyraźnie zasady pasywnego wykorzystania energii słonecznej w budynkach pasywnych: • konieczne jest utrzymanie strat ciepła, również przez powierzchnie przezroczyste, na jak najniższym poziomie: wymagane są przeszklenia wysokiej jakości gwarantujące przede wszystkim niską przewodność cieplną (niski współczynnik U), przy jednoczesnej wysokiej przenikalności energii słonecznej, • pozostałe straty ciepła związane z oknem muszą być jak najniższe: mostki termiczne spowodowane łącznikami szyb zespolonych, ramami okiennymi itp. znacząco podwyższają straty ciepła, • transparentne powierzchnie muszą umożliwiać zysk ciepła z energii słonecznej: powyższe oznacza odpowiednie zorientowanie okna (kierunek południowy jest w zimowych miesiącach idealny) oraz brak zacienienia. Elementy zacieniające przed elewacją blokują dostęp słońca. Przeszklenie nie może w takim wypadku pełnić niezbędnej roli kolektora, przynosząc jedynie podwyższone straty ciepła.

W ostatnich 30 latach nastąpił szybki rozwój technologii przeszkleń (rys. 1): • do 1980, w wielu częściach Europy Środkowej, stosowano pojedyncze szklenie okien o współczynniku przenikania ciepła U=5,8 W/ (m2K). Zimą, po wewnętrznej stronie takich okien, często występowało oszronienie.

• od 1984 r. do 1995 r. stosowano powszechnie podwójne szklenie o wartości

6

Rys. 1. Rozwój przeszkleń doprowadził do coraz mniejszych strat ciepła i coraz wyższego komfortu cieplnego. Podane wartości temperatur wewnętrznej powierzchni okna przy temperaturze wewnętrznej 20°C i zewnętrznej –10°C

Rys. 2. Zależność pozostałego zapotrzebowania na energię cieplną od wielkości przeszkleń w elewacji południowej (przykład z domu pasywnego w Darmstadt Kranichstein). 3-WSK: trójszybowe szklenie ciepłochronne, 2-WS: normalne dwuszybowe szklenie ciepłochronne, 3-Iso: potrójne szkło izolacyjne bez dodatkowej powłoki, 2-Iso: podwójne szkło izolacyjne

•

U≈3 W/(m2K). Dzięki temu zredukowano straty ciepła o połowę; nadal jednak dochodziło do kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni szyby. od 1990 rozwija się rynek okien ciepłochronnych (2 szyby z warstwą redukującą przepływ ciepła, wypełnione argonem), które osiągnęły wartość U od 1,0 W/(m2K) do 1,6 W/(m2K). Energooszczędne przeszklenia dwuszybowe nie są jednak wystarczające w budynku pasywnym: temperatura wewnętrznych powierzchni okna może spadać poniżej 14,5oC – powodując

•

obniżające komfort cieplny pomieszczenia – różnice temperatur oraz w przypadku braku grzejnika pod oknem, ruch ochłodzonego przez okno powietrza. w budownictwie pasywnym stosuje się obecnie okna z potrójnym szkleniem, dwoma warstwami redukującymi przepływ ciepła, wypełnione argonem lub kryptonem (U od 0,6 do 0,8 W/(m2K). Temperatura wewnętrznych powierzchni okna jest zbliżona do temperatury powietrza w pomieszczeniu, tym samym sytuowanie grzejnika pod oknem stało się zbyteczne.

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynkach pasywnych W Europie Środkowej okna spełniające powyższe warunki zorientowane na południe i o niewielkim zacienieniu nawet w okresie od grudnia do lutego przynoszą większe zyski ciepła pochodzącego z energii słonecznej niż straty.

Przedstawienie pozostałego zapotrzebowania na ciepło jako funkcji udziału powierzchni przeszklenia południowego pokazuje szczególnie wyraźnie wpływ zysków ciepła z energii słonecznej na bilans cieplny (rys. 2). Pokazany tu wykres został obliczony dla budynku pasywnego w Darmstadt Kranichstein przy pomocy dynamicznego modelu symulacyjnego DYNBIL. Porównanie z wynikami rzeczywistych pomiarów w w/w budynku potwierdza wiarygodność symulacji; w obliczeniach zostały nawet uwzględnione efekty zacienienia przez ramy okienne, zależność transmisji przez przeszklenie od kąta promieniowania, wpływ temperatury na przepływ ciepła. Grafika pokazuje wyraźnie, że w budynku pasywnym nie jest możliwe osiągnięcie zysków ciepła netto przy zastosowaniu zwykłego podwójnego szklenia.

Nawet w idealnych warunkach zwykłe potrójne szklenie również nie redukuje zapotrzebowania na ciepło. W przypadku powszechnie obecnie stosowanych w domach energooszczędnych okien z podwójnym szkleniem ciepłochronnym, przy ograniczonym udziale przeszklenia osiągalny jest już pewien zysk. Prawdziwe pasywne zyski energii słonecznej otrzymuje się jednak dopiero przy zastosowaniu przeszkleń wysokiej jakości jak np. trójszybowe przeszklenie ciepłochronne (zwane również „oknami dla budownictwa pasywnego”). Duże, zorientowane na południe, w większości nie zacienione okna tej jakości pozwalają na obniżenie wskaźników energetycznych jeszcze o połowę, w stosunku do doskonale ocieplonego budynku o przegrodach nieprzezroczystych. Można wyraźnie zauważyć znaczący spadek możliwości wykorzystania energii słonecznej w przypadku udziału powierzchni okien na poziomie 40%, szybki początkowo wzrost oszczędności osiąga wówczas niemal stan nasycenia. Dodatkowe oszczędności energii w przypadku podwojenia udziału powierzchni okien z 40 do 80% są zupełnie nieznaczne (przyczyną są nadmierne również zimą, nieużyteczne nadwyżki ciepła z energii słonecznej prowadzące do przegrzewania pomieszczeń).

Wnioski są jednoznaczne: jakość jest wyraźnie ważniejsza niż wielkość przeszklenia (udział okien w powierzchni elewacji). Trzeba tu podkreślić, że domy pasywne nie muszą być bynajmniej za wszelką cenę wyposażone w duże, południowe okna.

Zamieszczona powyżej tabela 1 przedstawia przykładowe przeszklenia, które można stosować w budynkach pasywnych: • okna przeznaczone dla budownictwa pasywnego dostarczają więcej energii sło-

Tabela 1

•

necznej do pomieszczeń niż powodowane przez nie straty ciepła, nawet w okresie pełni środkowoeuropejskiej zimy, temperatura powierzchni okna jest zawsze na tyle wysoka, także w okresach chłodu, by nie dochodziło do odczuwalnego odbierania ciepła z pomieszczenia, ani do konwekcyjnego ruchu powietrza.

Zyski ciepła z energii słonecznej może zniweczyć niedopuszczalne podwyższenie strat ciepła spowodowane złymi ramami okiennymi lub mostkami termicznymi w rejonie okna. Standardowe ramy okienne charakteryzuje współczynnik przewodności cieplnej od 1,5 do 2 W/(m2K) (1 grupa). Utrata ciepła 1 m2 ramy jest więc ponad dwa razy większa niż przeszklenia odpowiedniego dla budynków pasywnych (0,7 W/(m2K)). Dochodzi do tego znaczący mostek termiczny spowodowany ramką łączącą szyby.

Aby zyski ciepła z energii słonecznej nie zostały natychmiast utracone w wyniku wyżej wspo-

mnianych dodatkowych strat, trzeba zastosować ramy okienne o szczególnie wysokiej jakości termicznej. Rys. 3 przedstawia porównanie dwóch okien. Porównywane okna wykorzystują przeszklenia odpowiednie do budynków pasywnych (potrójne szklenie szkłem ciepłochronnym, wypełnione gazem szlachetnym). Lewe okno, w którym zastosowano ramę standardową, osiąga współczynnik przewodności cieplnej 1,09 W/ (m2K), prawe okno, z ramą odpowiednią do budynków pasywnych osiąga współczynnik U dla okna poniżej 0,8 W/(m2K). Tego typu wysoko izolujące ramy są nowymi rozwiązaniami, których powstanie pobudziły doświadczenia z domu pasywnego Darmstadt Kranichstein. Sprawne, pasywne wykorzystanie zysków energii słonecznej jest możliwe jedynie przy zastosowaniu okien odpowiednich do budynków pasywnych.

Jakość budynku pasywnego wymaga ram okiennych, które po zamontowaniu szyb o współczynniku Ug=0,7 W/(m2K), umożliwią

Rys. 3. Schematyczne porównanie: okna dla budownictwa pasywnego w standardowej ramie drewnianej (z lewej) osiągające wartość Uokna=1,09 W/(m2K). Zastosowanie specjalnej wysokoizolującej ramy dla budownictwa pasywnego (po prawej) pozwala osiągnąć wartość Uokna poniżej 0,8 W/(m2K)

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

7

Günter Schlagowski

Rys. 4. Ramy okienne dla budownictwa pasywnego; następuje nieustanny ich rozwój. Wysokoefektywna technologia budowlana powstała specjalnie dla budownictwa pasywnego

osiągnięcie wartości współczynnika U dla całego okna (EN 10077) mniejszej niż 0,8 W/(m2K). Bezpośrednim uzasadnieniem dla tych kryteriów są wymogi komfortu cieplnego.

Projektując budynek należy zwrócić szczególną uwagę na zapewnienie możliwie wolnego od mostków termicznych sposobu zamontowania okna w ścianę zewnętrzną.

Efektywny współczynnik strat ciepła Uw oblicza się w oparciu o EN 10077 (uwzględniając dodatkowo straty ciepła spowodowane mostkami termicznymi związanymi ze sposobem montażu okna) według wzoru: UW,ef = (AgUg + AfUf + LgΨg +LMontażΨMontaż)/AW gdzie: U - współczynnik przenikalności cieplnej, g - (glass) przeszklenie, f - (frame) rama okienna, W - (window) okno, A - (area) powierzchnia, Ψ - współczynnik strat ciepła spowodowanych mostkami termicznymi L - długość mostka termicznego, Indeksy: „g” - krawędź szyby, „Montaż” sposób montażu okna).

8

Istnieje wiele różnorodnych, alternatywnych konstrukcji umożliwiających wykonanie spełniających powyższe wymogi ciepłochronnych profili ram: • ramy z pianki poliuretanowej wzmocnione profilem ze stali, aluminium albo włókna szklanego • profile ramowe wytłaczane z 2 lub 3 komorami powietrznymi po wewnętrznej i zewnętrznej stronie, z wewnętrznym wzmocnieniem • ramy wypełnione pianką poliuretanową z okładziną drewnianą, metalową albo z tworzywa sztucznego, • ramy drewniane z wkładem z płyty pilśniowej miękkiej lub drewna balsy, • ramy z substratu poliuretanowego.

Wszystkie powyższe rozwiązania mogą być wykonane przemysłowo na bazie powszechnie przyjętych procesów produkcyjnych. Ramy wymienione w punkcie drugim, można zgodnie z przyjętym postępowaniem wykonać zarówno na bazie okien z PCV, jak i przy użyciu alternatywnych materiałów na bazie poliolefinów.

Dodatkowa izolacja termiczna tych ram powstaje dzięki wykonaniu dodatkowych komór

powietrznych po wewnętrznej i zewnętrznej stronie. Dzięki przykryciu zespolenia szybowego, problem mostka termicznego związany z tym elementem okna jest niemal całkowicie zniwelowany.

Pod względem termicznym słabym punktem przeszklenia jest zespolenie szybowe (ramka dystansowa łącząca szyby). Widać to wyraźnie gdy przeprowadzimy następujące porównanie: konwencjonalny element dystansowy łączący szyby przenosi przez swoje dwie 0,5 mm aluminiowe blachy na długości 1 m tyle samo ciepła, co powierzchnia niezakłóconego przeszklenia wielkości 15,5 m2. „Termiczne spięcie” w tym miejscu można zredukować, gdy w miejsce standardowej ramki dystansowej z aluminium zastosujemy zespolenie szybowe wydzielone termicznie. Na rynku materiałów budowlanych istnieje już wiele podobnych produktów. Dalszą redukcję mostka termicznego w tym rejonie można osiągnąć stosując specjalną konstrukcję ramy: odpowiednia rama posiada obramowanie szyby podwyższone o 10 do 25 mm. Dzięki powyższemu „opakowaniu ramą” mostek termiczny związany z ramką dystansową zostaje zmniejszony. Zastosowanie zaizolowanego zespolenia oraz nachodzącej ramy zmniejsza współczynnik mostka termicznego związanego z zespoleniem szyb o 80% w stosunku do rozwiązania standardowego (ramka dystansowa z aluminium, bez dodatkowego pokrycia ramą).

W przypadku niekorzystnego sposobu montażu przeszklenie ciepłochronne trójszybowe z powszechnie stosowaną standardową ramą, montowane w ścianie zewnętrznej z pustaków wapiennopiaskowych grubości 17,5 cm, ocieplone 30 cm izolacją termiczną sytuowane jest tak, aby zewnętrzna powierzchnia ramy okna licowała się z zewnętrzną powierzchnią ściany murowanej. Dodatkowe przykrycie ramy okiennej izolacją cieplną wynosi tu 0 mm! Taki sposób montażu okna jest bardzo niekorzystny, niestety możliwe jest i nadal jeszcze często spotykane umiejscowienie okna w ścianie w jeszcze mniej korzystny sposób (np. bliżej wewnętrznej krawędzi muru). Podczas gdy temperatura wewnętrznej powierzchni szkła, przy temperaturze zewnętrznej –15oC i braku innych przeszkód, wynosi około 16,8oC, temperatura powierzchni wewnętrznej szyby na listwie łączącej spada do 5,5oC. Typowe temperatury powierzchni ram (na wysokości ramki dystansowej, środka ramy i miejsca łączenia ze ścianą) wynoszą od 11,6 do 14oC i są znacząco niższe niż temperatury niezakłóconej powierzchni szkła. Już te niskie temperatury wskazują, że straty ciepła tego typu okien są znacznie wyższe niż można byłoby oczekiwać stosując szyb podobnej jakości.

Istnieje duże ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na krawędzi szyb. Wynikający z powyższej sytuacji rzeczywisty współczynnik strat ciepła dla całego okna wartości 1,82 W/ (m2K) (dla okna o wymiarach zewnętrznych 1230 mm wysokości i 1480 mm długości) wręcz

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynkach pasywnych rozczarowuje. W przypadku jesz– unikać dużych przeszkleń zoriencze mniejszych szyb (poniżej towanych na wschód czy zachód 1,0x1,0 m) wartości U dla całego oraz przeszkleń o małym spadku okna są wyższe niż 2 W/(m2K). W (przegrzewanie latem!) takiej sytuacji wysoka jakość po– przewidzieć możliwość zacienienia i wentylacji latem – wziąć pod trójnego szklenia traci na znaczeuwagę zacienianie właściwego niu. budynku w okresie zimy; pasywne Rysunek 5 pokazuje sposób wykorzystanie energii słonecznej w montażu zastosowany już w 1991 budynku właściwym może być r. w domach pasywnych w Darmutrudnione stadt. Okna z potrójną szybą – jakość powłoki izolacyjnej budynciepłochronną zostały zamontowaku właściwego w obrębie ogrodu ne na zewnątrz muru przy pomocy zimowego musi być wysoka stalowego płaskownika lub kątow(standard budynku pasywnego) nika, ewentualnie na konsoli z ponieważ w ogrodzie zimowym purenitu lub drewna. Dzięki temu mogą panować bardzo niskie okna są korzystnie usytuowane – temperatury (por. punkt ostatni) wewnątrz 300 mm warstwy izolacji – ogrody zimowe nie powinny być termicznej, która dodatkowo naogrzewane. W przeciwnym razie chodzi (68 mm) na ramę okna. należy się liczyć z bardzo wysokim Wyniki są przekonujące; rzeczywisty współczynnik przenikania zużyciem energii cieplnej. Standard budownictwa pasywnego ciepła całego okna osiąga wartość można osiągnąć jedynie stosując poniżej 0,8 W/(m2K). przeszklenia odpowiednie do buSwoboda kształtowania archidownictwa pasywnego z bardzo tektonicznego w zakresie przedobrze zaizolowanymi ramami. szklenia polega także na możliObecnie dostępne jest już przewości częściowego zastosowania szklenie o konstrukcji słupowoszklenia stałego. Możliwe jest całkowite zintegrowanie stałego Rys. 5. Zaizolowana rama okienna, sposób montażu w warstwie izolacji cieplnej oraz ryglowej spełniające powyższe okna z warstwą izolacyjną, szkło przebieg izoterm wymogi.

• Izolacja transparentna, w przyłączy się niemal bezpośrednio z nieprzezroczystą warstwą ocieplenia. straty padku stosowania bardzo dobrych systeduże obciążenie słoneczne latem, ponadto ciepła związane z zamocowaniem szkła znaczmów, może być alternatywą do przeszkleń. rozwiązanie zacienienia jest istotnie trudniejsze, nie się obniżają i możliwe jest stosowanie Przezroczysta izolacja termiczna musi niż w przypadku okien południowych. Północne jeszcze większych przezroczystych powierzchzapewniać możliwość aktywnego, czasoweokna nie mają powyższej wady, jednak zimowe ni. Architekt musi jednak mieć na uwadze, go zacieniania. Absorber (masywna ściana zyski ciepła z energii słonecznej są bardzo małe, zapewnienie wystarczająco dużych otwieraza przezroczystą izolacją) musi mieć dużą z tego właśnie powodu północne przeszklenia nych okien na każdej elewacji, umożliwiających masę (kumulacja ciepła). Obecne systemy nie powinny być zbyt duże. kontakt z otoczeniem oraz celowe przewietrzatransparentnej izolacji termicznej są znacznie latem. nie droższe niż wysokiej jakości okna.

Podsumowując, najbardziej optymalne w • Kolektory słoneczne mogą być wkomponoPasywne wykorzystanie energii słonecznej budownictwie pasywnym są (nie przesadnie jest szczególnie potrzebne zimą. Porównując duże) okna południowe, mało zacienione, z wane w nie zacienioną fasadę południową. zyski ciepła z energii słonecznej w zależności od Zintegrowany z fasadą kolektor obok aktywpotrójnym ciepłochronnym szkleniem i bardzo zorientowania powierzchni staje się jasne, że dobrze zaizolowaną ramą okienną charakteryzunego wykorzystania energii słonecznej kierunek południowy zimą osiąga zdecydowanie ogranicza straty ciepła. Generalnie kolektojące się jak najmniejszym udziałem powierzchni lepsze rezultaty. Dodatkowo słońce zimą operury są nadal znacznie droższe niż pasywne ramy w stosunku do powierzchni całego okna. je nisko nad horyzontem, dzięki czemu przenikaelementy słoneczne czy zwykła nieprzezroPoza rozwiązaniem przedstawionym powynie promieni słonecznych przez szybę odbywa czysta izolacja cieplna. W przypadku zastożej atrakcyjne są także inne podejścia, które się niemal prostopadle i przepływ energii jest sowania kolektorów powietrznych, konieczjednak wymagają w tym miejscu pewnych uwag: • Ogrody zimowe stały się elementem niemal bardzo korzystny. Mniej znany, ale równie ważne jest zapewnienie szczelności zarówno ny jest fakt, że latem przeszklenie zorientowane sztandarowym dla budownictwa ekologiczbudynku jak i systemu kolektorów.

• Interesujące może być również celowe na południe jest także optymalne. Na naszej nego. Doświadczenia z realizacji dużych szerokości geograficznej w pełni lata słońce ogrodów zimowych pokazują że, osiągalne ukształtowanie powierzchni w otoczeniu pojawia się na elewacji południowej stosunkowo oszczędności energii są w praktyce niewielbudynku; np. pożądane odbicia promieni późno, stoi wówczas bardzo wysoko – efektem kie; jednocześnie przeszklone przybudówki słonecznych oraz światła rozproszonego są bardzo kosztowne. Z tego też powodu przez budowle sąsiadujące wprost w okna jest wąskie pasmo promieni i niewielka ilość energii. Dlatego też latem obciążenie słoneczne ogrody zimowe budowane jedynie z uwagi elewacji północnej. Takie techniki są dość na oszczędność energii są nieopłacalne. niekonwencjonalne, ale bardzo obiecujące. przeszkleń zorientowanych na południe jest • W przypadku gdy realizacja ogrodu zimoniewielkie – nad warunkami termicznymi we wego wynika z innych względów należy wnętrzach można zapanować. Duże przeszkleGünter Schlagowski przy projektowaniu wziąć pod uwagę nania zorientowane na wschód lub zachód są Polski Instytut Budownictwa Pasywnego stępujące aspekty: niekorzystne. Nie tylko zyski ciepła zimą są Ilustracje: Instytut Budownictwa Pasywnego, małe, szkodliwe jest przede wszystkim bardzo Darmstadt

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

9

Benjamin Krick

Okna domu pasywnego Dotychczasowy rozwój i perspektywy Instytut Domów Pasywnych phi Darmstadt opracował wymogi w stosunku do okien pasywnych dla wszystkich regionów świata [Krick 2012, Krick 2012a]. Zgodnie z nimi w Europie Północnej i Wschodniej, gdzie dominuje zimny klimat, powinno się stosować polepszone ramy okienne i szczególnie dobre potrójne, a nawet poczwórne oszklenie.

Na dalekiej Północy, dla klimatu arktycznego, wymagane są komponenty z poczwórnym oszkleniem (rys. 1). Niniejszy artykuł jest zapisem wystąpienia dr. inż. Benjamina Kricka, przygotowanym na FORUM Budownictwa Pasywnego w dniu 12.03. 2015 r., w czasie targów BUDMA w Poznaniu.

Wymogi w stosunku do komfortu okien na całym świecie Można było opatrzyć certyfikatem okna pasywnego kilka okien dla klimatu zimnego i tylko jedno dla arktycznego. Wszystkie produkty mają świetnie zaizolowaną ramę. Jeśli chodzi o oszklenie, to wybiera się różne możliwości. Deutsche Passivhaus Transfer (dHPt) i Propassivhausfenster stawiają na bardzo dobre oszklenie potrójne, które ewentualnie po

ENERsign: arctis*

BiTri: RUKNA1

stronie zewnętrznej ma dodatkowo twardą powłokę. BiTri polepsza szkło potrójne dodatkową szybą, a Pazen stosuje oszklenie poczwórne. Ważna dla południowych okien jest też wartość „g” oszklenia: powyżej 55%.

Szkło dla stref klimatycznych Europy Obecnie na rynku wszędzie jest dostępne oszklenie podwójne w wartością U aż do poniżej 1,1 W/(m²K), za które w Niemczech trzeba

dPHt: Delta Plus

zapłacić ok. 55 €/m². Potrójne oszklenia z wartością U do min. 0,53 W/(m²K) bije w naszą kieszeń ceną ok. 75 €/m², za poczwórne oszklenie z wartością U ok. 0,30 W/(m²K) musimy teraz zapłacić ok. 150 €/m².

Ze względu na pożądany komfort termiczny, w klimacie środkowoeuropejskim wymaga się dla zamontowanych okien U wynoszącego 0,85 W/(m²K), które można osiągnąć przy pomocy oszklenia potrójnego. Inne temperatury zewnętrzne prowadzą do innych maksymal-

Propassivhaus-fenster: smartwin arctic

ENERsign: arctis*

Rys. 1. Regiony klimatyczne na świecie dla certyfikowanych komponentów domu pasywnego i ram okiennych dla klimatu zimnego i arktycznego © PHI 2014

10

WYDANIE SPECJALNE

Okna domu pasywnego. Dotychczasowy rozwój i perspektywy nych wartości U i – tym samym – innego oszklenia. Rys. 2 pokazuje oszklenia konieczne w różnych regionach Europy, w połączeniu z dopasowaną do szkła ramą i zoptymalizowanym montażem, dzięki czemu można osiągnąć wysokie kryterium komfortu.

Dla okien domu pasywnego Instytut Domów Pasywnych zgodnie z metodyką [Schnieders et.al. 2011] i bazując na aktualnych cenach rynkowych przeprowadził badania dotyczące ekonomiczności różnych ram okiennych w Europie [Krick 2014]. Do wyboru były ramy smartwin compact podwójne z potrójnym oszkleniem (4/18Ar/ 4/18Ar/4), oraz z poczwórnych oszkleniem (3/12Kr/3/12Kr/3/12Kr/3), za każdym razem w wariancie ze zoptymalizowanymi wartościami U i g. Wybrano dwa rożne typy budynków: zorientowany w kierunku południowym ostatni w rzędzie szeregowiec „Kranichstein“ i dom wielorodzinny w centrum miasta, zorientowany w kierunku wschód-zachód („Limburger“) z małymi oknami i dużym zacienieniem. Koszty zacienienia nie były brane pod uwagę w analizie.

Rys. 3 pokazuje wyniki tych badań. Jasno widać, że oszklenie poczwórne, zastosowane w budynku referencyjnym „Kranichstein“, przy dzisiejszych cenach szkła praktycznie nigdzie w Europie nie jest optymalne, nie odpowiada też w tych miejscach ekonomicznemu optimum, gdzie ze względu na komfort termiczny (rys. 3) byłoby to konieczne. W przeciwieństwie do tego widać wyraźnie szersze zastosowanie dla szkła poczwórnego dla budynku „Limburger“. Można to wytłumaczyć niewielką wartością g szkła poczwórnego: przy dużych, skierowanych na południe płaszczyznach okien w „Kranichstein“ większa wartość g jest lepsza, niż mniejsza wartość U. W już i tak mocno zacienionym i suboptymalnie ustawionym budynku „Limburger“ z wynikającym z tego niewielkim nasłonecznieniem, lepsza wartość U daje pierwszeństwo szybie poczwórnej. To samo dotyczy okna potrójnego oszklenia ze zoptymalizowaną wartością g i podwójnego szkła ciepłochronnego. W przypadku „Kranichstein“ otrzymujemy potwierdzenie, że dla południa Europy szkło potrójne to optimum. Także to znajduje wytłumaczenie w niewielkiej wartości g, ponieważ możemy dzięki temu zmniejszyć potrzebę chłodzenia. Gdyby przyjąć, że w tych regionach będzie dominować oszklenie podwójne z ochroną przeciwsłoneczną, można by zbadać również taki wariant.

Jak już wspominano, koszty oszklenia poczwórnego, ze względu na niewielką liczbę sztuk, są dzisiaj wyraźnie zawyżone w cennie.

W przyszłości można oczekiwać wyraźnej obniżki cen. W związku z powyższym wykonuje się symulacje z możliwymi w przyszłości cenami. Zastosowano tutaj cenę szkła poczwórnego wynoszącą 100 €/(m²). Przy tym założeniu mamy taką samą różnicę kosztów pomiędzy oknem poczwórnym a potrójnym, jak

Rys. 2. Konieczne w celu osiągnięcia kryterium komfortu termicznego oszklenia. © PHI 2014

w przypadku oszklenia potrójnego do podwójnego. Także te wyniki przedstawiono na rys. 4: w modelu Kranichstein tylko w większej części Skandynawii oszklenie poczwórne jest ekonomicznym optimum. To samo dotyczy dużych części Europy Wschodniej i rejonu Alp. W przypadku modelu Limburger szkło poczwórne dominuje w Europie Środkowej, a więc także w wielu regionach Niemiec.

Podsumowując: jeśli dla szkła poczwórnego będziemy obserwować taki sam rozwój cen, jaki widzieliśmy w przeszłości dla oszklenia potrójnego, możemy wyjść z założenia, że w przyszłości szkło poczwórne będzie szeroko stosowane. Dotyczy to szczególnie obszaru termomodernizacji budynków, gdzie można dokonać optymalizacji tylko w ograniczonym stopniu, ze względu na geometrię, ustawienie i udział powierzchni okien.

Potencjał oszklenia Zasadnicze rozważania na temat współczynnika przenikania ciepła i odstępu pomiędzy szybami oszklenia Także w przypadku oszklenia trzema mechanizmami transportu ciepła są promieniowanie, przewodzenie i konwekcja. Strata ciepła promieniowania jest redukowana w szybach poprzez nisko emisyjną, bardzo cienką powłokę, tzw. low-e-coating. Wyznacznikiem dla wysokości redukcji jest emisyjność powłoki w niewidocznym spektrum podczerwieni ε. Dzisiaj na porządku dziennym jest emisyjność poniżej 3%.

Oznacza to, że strata ciepła promieniowania

szyby w obszarze podczerwieni redukowana jest o ponad 97%. Aby zredukować przewodzenie ciepła w przestrzeniach międzyszybowych stosuje się jako wypełnienie gazy szlachetne, najczęściej argon, zamiast powietrza. Jeśli chodzi o ciała stałe, to wiadomo, że ciepłochronność jest tym lepsza, im grubsze jest ocieplenie. A więc wraz z przyrostem grubości izolacji ocieplenia zmniejsza się przewodzenie ciepła. Jeśli chodzi o gazy, to od pewnej określonej grubości warstwy pojawia się konwekcja: gaz ogrzewa się na ciepłym wewnętrznym oszkleniu, zmniejsza swoją gęstość, podnosi się i tak trafia na zimną szybę zewnętrzną, tam się ochładza i zimny trafia znowu na ciepłą stronę szyby. Dzięki tym konwekcyjnym obiegom powstaje znacznie podwyższona strata ciepła. Przy czym obowiązuje tu zasada: im wyższa różnica temperatur pomiędzy szybą wewnętrzną i zewnętrzną, tym wyższa siła obrotu i wyższa strata ciepła. Z tych zależności wynikają dla każdego gazu i każdej różnicy temperatur różne optima dla grubości przestrzeni międzyszybowych. Tabela 1 zawiera optymalne odstępy pomiędzy szybami dla podwójnego, potrójnego i poczwórnego oszklenia dla klimatu umiarkowanie chłodnego. W chłodniejszych klimatach optimum będą stanowić mniejsze przestrzenie międzyszybowe.

Tabela 1.Optymalne odstępy pomiędzy szybami wg EN 673 (dla klimatu umiarkowanie chłodnego) © PHI 2014

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

11

Benjamin Krick Poprzez promieniowanie słoneczne, różnicę temperatur pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem i emisję do zimnego nocnego nieba szkło, a tym samym też przestrzenie międzyszybowe, poddawana są wysokim wahaniom temperatur. Ma to swoje odzwierciedlenie w zmianie objętości gazu w przestrzeni międzyszybowej. W zimnie gaz się kurczy, w cieple rozszerza i naciska na zewnętrzne szyby w kierunku na zewnątrz. Powstaje tak zwany efekt pompy, który obciąża brzeg szkła i powoduje powstawanie napięć w szkle. Im większa jest przestrzeń międzyszybowa, tym wyższe są obciążenia. Przy czym liczy się tu suma przestrzeni międzyszybowych. 2x16 (czyli 32 mm) nie są traktowane jako krytyczne, wielu producentów okien od lat stawia z powodzeniem na 2x18 (36 mm) dla przestrzeni międzyszybowych. To też optimum w klimacie umiarkowanie chłodnym dla wypełnienia argonem.

Potencjał oszklenia potrójnego Standard techniki stanowią obecnie szkło potrójne z 2 pokryciami na pozycji 1 i 5, to znaczy na stronach skierowanych do przestrzeni międzyszybowych obu szyb zewnętrznych. Jeśli chodzi o wartość g należałoby zastosować pokrycie środkowej szyby zamiast szyby zewnętrznej, ponieważ w przypadku pokrycia szyby środkowej wtórne oddawanie ciepła do środka byłoby większe i tym więcej energii trafiłoby do środka budynku. Jednakże pokrycie szyby środkowej wiąże się też z pewnym ryzykiem, ponieważ na skutek zwiększonej przez to pokrycie absorpcji nagrzewać się ona będzie szybciej i mocniej, co może powodować pęknięcia z powodu napięć. Obecnie producenci okien przekonują się jednak do tego, by mimo to stosować pokrytą szybę środkową. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów do coatingu z mniejszą absorbcją i poprzez stosowanie szkła białego udaje się w praktyce okiełznać problematykę napięć i pękania szkła, tak twierdzą protagoniści. Jednakże szkło białe jest bardziej kruche, a więc pęknięcia mogą też powstawać łatwiej.

Kolejną, interesującą możliwością jest zastosowanie szyb o grubości 2 albo 3 mm,

Rys. 4. Optimum kosztowe dla rożnych kombinacji szkła i ramy i wykroju ramy na dole dla wariantów smartwin compact. 2WS: podwójne szkło ciepłochronne; 3WS: potrójne szkło ciepłochronne. Znak „+“ oznacza optymalizację wartości g, bez plusa jest to optymalizacja wartości U. © PHI 2014

poddawanego wstępnej obróbce termicznej.

W ten sposób można też znacznie zredukować łączny ciężar oszklenia, zmniejsza się także obciążenie na krawędzi, ponieważ samo szkło może lepiej wyrównać deformacje. Szyby z cienkiego szkła, ze względu na ich dużą elastyczność w trakcie produkcji, są trudniejsze w obróbce i do tej pory nie są zbyt rozpowszechnione na rynku. Są też częściowo droższe, niż zwykłe szkło, niemniej jednak ta technologia kryje w sobie pewien potencjał redukcji ceny.

W ten sposób można, prowadząc obliczenia zgodnie z EN 673 lub 410, na przykładzie szkła Trösch, dojść z [GLACE] do następujących par wartości: U optymalizuje z powłoką „ZERO E“, budowa szyby (3:/18Ar/3/18Ar/:3): Ug=0,48 W/(m²K), g=46%. G optymalizuje z pokryciem „TRIII E“, budowa szyby (3/18Ar/:3/18Ar/:3): Ug=0,64 W/(m²K), g=69%: Dodatkowo istnieje możliwość pokrycia zewnętrznej strony powłoką tzw. hardcoating.

Hardcoating to niskoemisyjne pokrycie, które –

Rys. 5. Badania w ramach projektu EuroPHit: rama okienna ze szkłem próżniowym. Po lewej okno otwierane do wewnątrz, po prawej na zewnątrz. © PHI 2013

12

nawiasem mówiąc – wykazuje emisyjność tylko pomiędzy 10% a 30%. Jednakże powłoki takie, inaczej, niż to jest w przypadku softcoatings, są bardziej odporne na obciążenia mechaniczne. Naniesione po zewnętrznej stronie szyby zewnętrznej podnoszą temperaturę, ponieważ zmniejszają oddawanie promieniowania do zimnego nocnego nieba. W ten sposób zmniejsza się pocenie zewnętrznej strony szkła.

Dodatkowo poprawia się wartość U. Do tej pory nie uwzględniano tego w normie EN 673, a Instytut Domów Pasywnych w ramach projektu 3ENCULT znalazł możliwość, by w przybliżeniu oszacować efekt. Ponieważ jest trudno, a więc także drogo, pokryć szkło po obu stronach. Hardcoating w połączeniu z powłoką na środkowej szybie wydaje się być sensowny.

Powłoka „Free Vision T“ z Glastrosch

Potencjał oszklenia poczwórnego Oszklenie poczwórne jest sensowne tylko wtedy, jeśli także do trzeciej przestrzeni międzyszybowej użyjemy kolejnego pokrycia.

Zostanie ono jak gdyby przyłączone do zwróconych na zewnątrz stron wewnętrznych trzech szyb. Ze względu na napięcia temperaturowe mogą być tu ewentualnie konieczne szyby hartowane. Z powodu łącznej przestrzeń międzyszybowej wynoszącej w sumie 36 mm jasne jest, że zastosowanie argonu nie przyniesie już pożądanego efektu. Dla kryptonu przestrzeń międzyszybowa wynosząca 3x12 (36 mm) jest jednakże optimum. Tutaj mamy łączną grubość szkła wynoszącą 36 + 4x3 mm = 48 mm. Jest to kompatybilne z powszechnymi pakietami szkła 4/18/4/18/4 mm. Możliwe do osiągniecia są następujące pary wartości:

WYDANIE SPECJALNE

Okna domu pasywnego. Dotychczasowy rozwój i perspektywy pokrycie „ZERO E“, Ug=0,30 W/(m²K), g=43%.

Pokrycie „TRIII E“: Ug=0,42 W/(m²K), g=62%.

Także w przypadku oszklenia potrójnego możliwe jest polepszenie wartości U przez zastosowanie pokrycia, tzw. hardcoating. Zalecane jest to ze względu na jeszcze niższą temperaturę powierzchni i związaną z tym możliwą zwiększoną „produkcją” kondensatu na zewnętrznej powierzchni. Uwagę zwraca tutaj niewielkie pogorszenie w zakresie wartości g w porównaniu do oszklenia potrójnego z takim samym pokryciem. Można to wytłumaczyć w ten sposób, że tylko określone spektralne części promieniowania słonecznego są blokowane i są one już bardzo mocno redukowane przez 2 warstwy oszklenia potrójnego, w związku z tym efekt 3 pokrycia nie jest już taki spektakularny.

W porównaniu z argonem dostępność kryptonu jest mniejsza, a nakład energii pierwotnej większy. To znajduje odzwierciedlenie w wyższej cenie kryptonu, która – w przypadku stosowania oszklenia poczwórnego na skalę masową – będzie jeszcze rosnąć. Poczwórne oszklenie z kryptonem jest w związku z powyższym rozwiązaniem przejściowym. Ze względu na opisany efekt pompy argon nie nadaje się do stosowania w oszkleniach poczwórnych. Ma jednakże pewne zalety: mniejsze koszty w porównaniu z kryptonem, lepszy bilans energii pierwotnej i, co spowodowane jest budową szyby, lepsze wartości U dla ramy, wartości Ψ dla brzegu szyby i wyższe temperatury brzegu szyby. W ramach projektu EuroPHit Instytut Domów Pasywnych szuka koncepcji dla poczwórnego oszklenia z argonem. Jedną możliwością byłoby „złapanie“ rozszerzającego się szkła w pewnego rodzaju balonie powietrznym, który mógłby być zintegrowany z wpustem.

Wychodząc z założenia, że odstęp pomiędzy szybami wynosiłby 3x20 (60 mm), to różnica temperatur, przy szybie o wymiarach 1,2 m szer. i 2,5 m wys. spowodowałaby konieczność wprowadzenia objętości wyrównawczej, wynoszącej 4,7 l. W odniesieniu do szerokości szkła odpowiadałoby to zapotrzebowaniu na miejsce we wpuście okiennym wynoszącemu 65 mm, o wysokości zaś 31 mm i na szkle 11 mm. Wydaje się to dużo. Jednak wiemy, że przestrzenie międzyszybowe do sumy 32 mm nie są problematyczne. Pozostaje więc przestrzeń międzyszybowa wynosząca 28 mm, którą należałoby wyrównać. Odpowiadałoby to objętości tylko 2,2 l lub wysokości balonu powietrznego wyno-

szącej 31 mm po wąskiej stronie, a 15 mm na dłuższej stronie, albo 5 mm wokół. Wydaje się to być do zrobienia. Wyrównać trzeba by także ciśnienie tylko w środkowej komorze. Zgodnie ze zdaniem producentów szkła przy dzisiejszych cenach szkła ten zabieg kosztowo byłby porównywalny do kryptonu. Tutaj jednakże też możemy oczekiwać redukcji cen.

Dla oszklenia poczwórnego przy 20 mm wypełnieniu argonem możemy osiągnąć takie same wartości termiczne, jak dla wypełnienia kryptonem 12 mm.

Potencjał szkła połączonego Kolejną możliwością jest połączenie 2 podwójnych oszkleń lub jednego podwójnego i jednego potrójnego. Jeśli zastosujemy jeszcze przy połączeniu dwóch oszkleń podwójnych hardcoating w przestrzeni pomiędzy nimi, możemy osiągnąć U w wysokości około 0,45 W/(m²K), z dodatkową powłoką zewnętrzną typu hardcoating także wartości U około 0,42 W/(m²K). Przy połączeniu oszklenia podwójnego z potrójnym można osiągnąć U około 0,30 W/(m²K). Zaletą tych wariantów byłoby, że w powstałych przestrzeniach międzyszybowych można by umieścić elementy zacieniające.

Problematyczne może być tworzenie się kondensatu oraz zabrudzenia w tej przestrzeni międzyszybowej. Można by tego uniknąć przy pomocy folii blokujących parę adaptujących się do wilgotności albo wklejanej taśmy o tych samych właściwościach w połączeniu ze zmniejszoną ilością materiałów higroskopijnych, działających jak bufor dla wilgoci. W celach serwisowych należałoby móc otwierać przestrzeń międzyszybową, co znacznie podrożyłoby konstrukcję.

Potencjał oszklenia szkła próżniowego Z Chin słychać wiadomości o pojawieniu się szkła próżniowego o wartości U wynoszącej 0,35 W/(m²K), które produkuje się tam dla lodówek. W szkle próżniowym szczególnie problematyczny jest mostek na krawędzi szkła, który prowadzi do niskich temperatur na krawędzi i wysokich strat ciepła. Przy mniejszych formatach szyby efekt ten może znieść poprawę wartości U w stosunku do oszklenia potrójnego, albo nawet doprowadzić do wyższych

wartości U. Aby temu zapobiec można drastycznie zwiększyć głębokość osadzenia szyby w profilu ramy. W ramach projektu Instytutu Domów Pasywnych EuroPHit opracowano koncepcję dla kombinacji szkła próżniowego w ramie. Rezultaty badań dla okna otwieranego do wewnątrz i na zewnątrz pokazuje rys. 5. dr inż. Benjamin Krick PHI, Darmstadt Tekst wystąpienia udostępnił Polski Instytut Budownictwa Pasywnego i Energii Odnawialnej im.

Güntera Schlagowskiego Informacje o domach pasywnych znajdą Państwo także w Internecie, na stronach International Passive House Association i w powiązanej z nim Passipedia.org.

Patrz także www.pibp.pl Źródła [Feist 2011] Feist W.: Tagungsband zur 15. Internationalen Passivhaus Tagung in Innsbruck, 2011 [Materiały konferencyjne z 15 Konferencji Dom Pasywny w Hannoverze] [Feist 2012] Feist W.: Tagungsband zur 16. Internationalen Passivhaus Tagung in Hannover, 2012 [Materiały konferencyjne z 16 Konferencji Dom Pasywny w Hannoverze] [GLACE] http://www.euroglas.com/service/berechnungen/ glace.html [Krick 2011] Krick B.: Neue Zertifizierungskriterien für Passivhaus geeignete transparente Bauteile, in: [Feist 2011] [Nowe kryteria ceryfikacji dla komponentów domu pasywnego] [Krick 2011a] Krick B.: Zertifikatskriterien und Berechnungsvorschriften für Passivhaus geeignete transparente Bauteile, Passivhaus Institut Darmstadt (2011) [Kryteria certyfikacji i przepisy dotyczące obliczeń dla przezroczystych elementów domu pasywnego] [Krick 2012] Krick B., Feist W.: Anforderungen an Passivhaus geeignete transparente Bauteile in verschiedenen Regionen der Erde, in: [Feist 2011] [Wymogi odnośnie do przezroczystych elementów budowlanych w różnych regionach świata] [Krick 2012a] Krick B.: Zertifikatskriterien und Berechnungsvorschriften für Passivhaus geeignete transparente Bauteile, Passivhaus Institut Darmstadt (2012) [Kryteria certyfikacji i przepisy dotyczące obliczeń dla przezroczystych elementów domu pasywnego] [Krick 2014] Krick B.: Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen zum Fenster smartwin compact der Firma Propassivhausfenster, zu veröffentlichen, Passivhaus Institut Darmstadt, 2014 [Badania ekonomiczności okien smartwin compact] [Schnieders et.al. 2011] Schnieders, Feist, Schulz, Krick, Rongen, Wirtz: Passivhäuser für verschiedene Klimazonen, Passivhaus Institut Darmstadt, Rongen Architekten, Wassenberg, 2011 [Domy pasywne dla różnych stref klimatycznych]

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

13

Ewa Ciołek

Systemy firmy ALIPLAST do domów pasywnych W ofercie systemów aluminiowych firmy ALIPLAST dostępnych jest wiele rozwiązań spełniających warunki budownictwa energooszczędnego. Systemy okienne, drzwiowe, przesuwne czy fasadowe to rozwiązania funkcjonalne i wygodne. Są odporne na działanie czynników atmosferycznych oraz na uszkodzenia mechaniczne, co gwarantuje im trwałość i skuteczność. Przez lata zachowują swoje funkcje i pierwotny wygląd, wymagając tylko podstawowych zabiegów pielęgnacyjnych.

Systemy z profili aluminiowych zapewniają bardzo dobrą izolacyjność cieplną, skutecznie chroniąc wnętrza przed stratami energii. Ze względu na swoje cechy: wytrzymałość i odporność doskonale sprawdzają się w większych konstrukcjach budowlanych (biurowce, obiekty sportowe). Natomiast estetyka, ciepłochronność i wygoda użytkowania sprawiają, że systemy aluminiowe są również coraz bardziej popularnym rozwiązaniem w budownictwie mieszkaniowym.

MC PASSIVE+ Grupa systemów fasadowych ALIPLAST uzupełniona została o kolejne rozwiązania.

System MC PASSIVE+ to system o podwyższonej izolacyjności termicznej. Przeznaczony do wykonywania nowoczesnych ścian osłonowych o kształtach prostych i złożonych. Rozwiązania techniczne systemu, pozwalają również na konstruowanie dachów przeszklonych, świetlików oraz przeszklonych konstrukcji przestrzennych.

System MC PASSIVE+ posiada podstawowe cechy i możliwości bazowe konstrukcji MC WALL, na szczególną uwagę zasługuje w nim jednak strefa izolacji termicznej, w której zastosowano specjalny, nowy izolator, wykonany z materiału XPE. Dzięki temu uzyskano jeszcze lepszy wynik współczynnika przenikania ciepła – Uf od 0,6 W/m2K. Szerokość wizualna słup-rygiel – 55 mm Szklenie 2-58 mm Szeroka gama ozdobnych listew maskujących umożliwia nadanie fasadzie nowoczesnego i indywidualnego designu.

14

WYDANIE SPECJALNE

Systemy firmy ALIPLAST do domów pasywnych STAR System okienno-drzwiowy STAR to trójkomorowy system o podwyższonej izolacyjności termicznej.

• głębokość konstrukcyjna kształtowników: 90 mm - ościeżnica i 99 mm – skrzydło; • przekładka termiczna o szerokości 45 mm wykonana z innowacyjnych materiałów, przez co tworzy nie spotykaną do tej poru w profilach aluminiowych barierą cieplną; • ten sam rodzaj wkładu izolacyjnego w skrzydle okiennym oraz w ramie okiennej; • nowy standard zachodzenia profila z szybą (zwiększona głębokość znacząco polepsza właściwości termiczne i konstrukcyjne systemu); • zmniejszona ilość listew szklących oraz uszczelek przy zachowaniu ciągłości szklenia w zależności od grubości pakietów; • innowacyjny system odprowadzenia wody z konstrukcji (brak widocznych elementów zaślepiających otwory odwodnieniowe); • możliwość okuwania drzwi systemem zawiasów rolkowych o bardzo dużej nośności; • ten sam typ narożnika i łącznika typu T w komorze zewnętrznej i wewnętrznej (rezultat: redukcja ilości akcesoriów i szybsza fabrykacja);

Konstrukcja okna referencyjnego o wymiarach: B=1 230, H=1 480 Powierzchnia konstrukcji [m2]: 1,82 Ud = [ W/(m2 * K)]: 0,8 (0,761)

System charakteryzuje szybkość i łatwość fabrykacji oraz nowoczesny design.

Ewa Ciołek ALIPLAST

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

15

Cezary Sankowski

Projektowanie

okien w budynku pasywnym

Nazwa budynku pasywnego odnosi się do faktu wykorzystywana do ogrzewania biernych zysków energetycznych pochodzących między innymi z promieniowania słonecznego. Do pozyskania tej darmowej energii służą okna.

Aby okna mogły spełniać zadania, muszą być właściwie rozmieszczone względem stron świata, niezacienione, ich rama powinna zapewniać odpowiednią izolację termiczną, a przeszklenie – poza odpowiednią izolacyjnością – przepuszczać do wnętrza odpowiednią ilość ciepła z promieniowania słonecznego. Nie bez znaczenia jest też właściwy, pozbawiony mostków termicznych montaż okna. Dopiero suma tych wszystkich czynników zapewnia, że okno funkcjonuje zgodnie z założeniami standardu budynku pasywnego, czyli pozyskuje więcej energii z promieniowania słonecznego, niż traci przez przenikanie.

Dla powodzenia realizacji budynku pasywnego decydujący jest już etap koncepcji. To wtedy rozstrzyga się kwestia rozmieszczenia pomieszczeń, a co za tym idzie – wielkość, kształt i rozmieszczenie okien względem stron świata. W przypadku mniejszych budynków pasywnych, takich jak domy jednorodzinne, optymalnym rozwiązaniem jest, gdy 55-60% okien znajduje się od strony południowej lub jest odchylona 30-35° od tego kierunku. Około 30% okien powinno przypadać na stronę wschodnią i zachodnią, a tylko 10-15% na północną. Odejście od tej zasady jest możliwe, ale skutkuje tym, że zmniejszone zyski solarne należy kompensować poprzez zwiększoną izolacyjność termiczną lub zastosowanie lepszego rekuperatora, co pociąga za sobą dodatkowe koszty. Budynek powinien być tak zlokalizowany na działce, aby nie był znacząco zacie-

niany przez budynki sąsiednie, także poszczególne elementy samego budynku nie powinny nadmiernie zacieniać okien.

Budowa okien Zadaniem projektanta, po określeniu lokalizacji okien, jest jeszcze dobranie odpowiedniego przeszklenia oraz przeznaczonego dla domów pasywnych systemu profili okiennych.

Zamiast zazwyczaj wykorzystywanych przeszkleń 2-szybowych stosuje się przeszklenia 3szybowe, które wyróżnia dobry współczynnik izolacyjności cieplnej na poziomie 0,7-0,5 W/ m2K. Są one zaopatrzone w dwie powłoki niskoemisyjne, a przestrzeń międzyszybowa wypełniona jest argonem lub kryptonem. Najbardziej newralgicznym elementem okna jest miejsce połączenia szyby z ramą. W tym miejscu powstaje mostek termiczny. Dla jego zmniejszenia przeszklenie w oknach pasywnych osadzone jest głębiej w ramiaku (il. 2).

Konieczne jest także zastosowanie łączących poszczególne szyby ramek dystansowych o odpowiednich parametrach izolacyjnych. Są to ramki wykonane z tworzywa sztucznego lub stali nierdzewnej. Niedopuszczalne jest stosowanie w oknach dla budynków pasywnych ramek z aluminium. Materiał ten ma wysoką przewodność cieplną, co powoduje znaczne pogorszenie parametrów izolacyjnych okna.

Decydującym składnikiem okna dla budynku pasywnego jest odpowiednia rama okna. Aby

zapewnić znacząco lepszą izolacyjność niż w przypadku ram tradycyjnych musi ona mieć odpowiednią budowę. Kolejnym wyróżnikiem okna pasywnego – obok stosowania wspomnianego głębszego osadzenia szyby w ramie okiennej – jest zastosowanie trzech uszczelek zapewniających szczelność powietrzną. W przypadku tradycyjnych okien stosuje się zazwyczaj tylko dwie uszczelki. Dodatkowa uszczelka zwiększa szczelność powietrzną okna oraz zwiększa jego izolacyjność termiczną – rozdziela ona przestrzeń powietrzną znajdującą się między skrzydłem a ościeżnicą okna na dwie mniejsze komory, zmniejszając tym samym przenoszenie ciepła przez konwekcję.

Na rynku dostępne są ramy okienne z PCV, drewniane i drewniano-aluminiowe. W ostatnim czasie pojawiły się także rozwiązania z profilami aluminiowymi zaopatrzonymi w wewnętrzną przekładkę izolacyjną. W przypadku ram drewnianych (il. 3) zwiększoną izolacyjność uzyskuje się poprzez zastosowanie we wnętrzu profilu okiennego przekładki z poliuretanu, korka lub innego materiału o dobrych parametrach izolacyjnych. Materiał taki umieszczany jest pomiędzy elementami drewnianymi i nie jest widoczny z zewnątrz. Początkowo drewniane ramy dla okien pasywnych były znacznie masywniejsze – szersze i grubsze niż w oknach standardowych, co powodowało pewne ograniczenia przy kształtowaniu elewacji. Dotyczyło to przede wszystkim niewielkich okien, w których szeroka rama pogarszała ich walory estetyczne oraz powodowa-

Okna w domach pasywnych mogą mieć wygląd nowoczesny i klasyczny

16

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie okien w budynku pasywnym

3. Rama okienna o profilu drewnianym

2. Pakiet szybowy osadzony jest głęboko w ramie okna pasywnego, aby utrudnić ucieczkę ciepła

ła, że umieszczone w nich przeszklenie miało niewielkie rozmiary. W ostatnich latach dokonała się rewolucja w produkcji tego typu okien. Na rynku pojawiły się ramy pasywne nowego typu, które wymiarami nie odbiegają od ram konwencjonalnych i dzięki temu nie ograniczają swobody kształtowania elewacji.

W przypadku okien z profili PCV zwiększona izolacyjność uzyskiwana jest poprzez wprowadzenie dodatkowych komór powietrznych bądź też poprzez wypełnienie profili pianką poliuretanową (il. 4). Także ten rodzaj okien w ostatnich latach przeszedł znaczące przemiany. Ramy z PCV pierwszej generacji były dużo szersze i grubsze niż ramy tradycyjne. Elementem ramy szczególnie niekorzystnie oddziaływującym na jego parametry izolacyjne był usztywniający profil stalowy. Stal, jak wiadomo, ma wysoką przewodność termiczną. Dzięki zastosowaniu technologii wklejania szyb okiennych w ramę

4. Rama z PVC, „Clima Design” firmy REHAU

okienną, wykorzystaniu mocniejszych odmian PCV i zastosowaniu wkładek z tworzyw sztucznych udało się uzyskać to, co wcześniej wydawało się niemożliwe, a mianowicie ramy okienne dla domów pasywnych o wymiarach tradycyjnych ram. Miejsce, które dotychczas zajmował profil stalowy zajęły dodatkowe komory lub materiał termoizolacyjny.

Kolejna grupa profili okiennych to grupa profili drewniano-aluminiowych (il. 5). Większość tego typu produktów dostępnych na rynku ma bardzo zbliżoną budowę. Zasadniczą część skrzydła i ościeżnicy stanowią zapewniające jej nośność profile. Od strony zewnętrznej do elementów drewnianych montowane są nakładki z materiałów termoizolacyjnych, które z kolei

5. Rama drewniano-aluminiowa „Edition” firmy INTERNORM

osłonięte są elementami aluminiowymi. Nie pełnią one funkcji konstrukcyjnej, a są jest jedynie elementem wykończeniowym. W przypadku tych okien uzyskuje się bardzo dobre parametry izolacyjne przy bardzo wąskiej ramie.

W przypadku ram okiennych z profili aluminiowych problemów nastręcza sam materiał, który odznacza się wysoką przewodnością cieplną. Jest ona na tyle znacząca, że nawet w konwencjonalnych oknach pomiędzy dwoma elementami aluminiowymi stosuje się specjalną izolacyjną przekładkę, która zespala oba elementy. W oknach dla budynków pasywnych stosuje się analogiczne rozwiązanie, z tym, że element rozdzielający musi mieć bardzo dobre parametry izolacyjne.

Z powyższego opisu wynika na parametry izolacyjne okna wpływa wiele czynników. Zadaniem projektanta jest określenie w projekcie tych wszystkich parametrów. Na projektancie spoczywa jeszcze jedno bardzo ważne zadania, a mianowicie opracowanie właściwego sposobu montażu okien.

Przy nieprawidłowym montażu mostek powstający w miejscu styku okna ze ścianą może być na tyle znaczący, że uniemożliwi osiągnięcie standardu budynku pasywnego.

Najczęściej spotykanym typem ściany jest ściana dwuwarstwowa z izolacją wykonaną metodą lekką mokrą. Składa się ona z warstwy nośnej z cegły lub bloczków ceramicznych, silikatowych lub gazobetonowych oraz z zewnętrznej warstwy izolacyjnej ze styropianu, rzadziej z poliuretanu lub wełny mineralnej. W tradycyjnych budynkach o takich ścianach okna montuje się w świetle muru, przy jego zewnętrznej krawędzi, tak aby styropian ocieplający ścianę nachodził na ramę okna. Jest to rozwiązanie niewystarczające dla potrzeb budownictwa pasywnego – powoduje ono powstanie znaczącego liniowego mostka termicznego na poziomie 0,05-0,12 W/(mK), a w standardzie pasywnym mostek taki powinien wynosić mniej niż 0,01 W/(mK). Właściwym rozwiązaniem jest wysunięcie okna w warstwę termoizolacji, tak aby otaczała ona ramę okna z boków i z przodu (il. 6). W tej metodzie montażu najistotniejsze jest zapewnienie trwałego

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

17

Cezary Sankowski ką szczelność montażu także wtedy, gdy występuje ryzyko przemieszczania ramy okiennej.

Powyższe rozwiązanie dla ściany dwuwarstwowej zostało omówione ze względu na powszechne wykorzystanie na naszym rysunku technologii ściany dwuwarstwowej. Istnieją liczne rozwiązania przeznaczone dla innych technologii wznoszenia ścian w budynkach pasywnych.

6. Schemat montażu okna pasywnego w ścianie dwuwarstwowej

podparcia dla dość ciężkiego okna, zaopatrzonego w przeszklenie trójszybowe. Rozwiązaniem, które najczęściej spotyka się w niemieckich budynkach pasywnych jest przymocowanie do ściany drewnianej łaty, na której zostaje oparta dolna krawędź ramy okiennej (il. 7). Dla zapewnienia stateczności krawędzie boczne i górna mocowane są do muru za pomocą kątowników montażowych (il. 8). W przypadku mniejszych i lżejszych okien można zrezygnować z łaty drewnianej i zastosować tylko kątowniki montażowe. Rozwiązaniem droższym (i stosowanym rzadziej) jest zamocowanie ramy okiennej za pomocą specjalnych kotwi. Jest ono zazwyczaj stosowane wtedy, gdy konieczne jest wysunięcie okna dalej w warstwę styropianu, bliżej zewnętrznej krawędzi wykończonej ściany. Po zamontowaniu okna w kolejnym etapie wykonywana jest termoizolacja ściany,

która od frontu nachodzi na ramę okienną na co najmniej 6 cm.

Następnym ważnym zagadnieniem jest zapewnienie szczelności powietrznej w miejscu osadzenia okna w ścianie (il. 9). Tradycyjnie stosowaną metodą jest montaż z użyciem rozprężnej pianki poliuretanowej. Pomimo swojej popularności nie jest to korzystne rozwiązanie. Pianka ma wprawdzie dobre parametry izolacyjne, ale cechują ją duża przepuszczalność powietrzna. W budynkach pasywnych, dla których wymagana jest wysoka szczelność powietrzna, stosuje się specjalne taśmy uszczelniające. Z jednej strony przyklejane są one do ramy okiennej, a z drugiej do krawędzi muru w otworze okiennym, a następnie pokrywane tynkiem dla zwiększenia szczelności. Ze względu na elastyczność i rozciągliwość taśmy rozwiązanie takie zapewnia wyso-

7 (a i b) . Montaż okna do ściany murowanej za pomocą kątowników montażowych z oparciem na łacie drewnianej – przed wykonaniem termoizolacji

18

Okna w budynku pasywnym mają istotny wpływ na koszt realizacji obiektu. Przyczyniają się po powstawania znacznej części dodatkowych kosztów inwestycyjnych, związanych z wprowadzeniem standardu pasywnego. Ograniczenie tych kosztów jest sporym wyzwaniem zarówno dla projektanta, jak i dla wykonawcy.

Aby mu sprostać, istotna jest znajomość pewnych właściwości pasywnej stolarki okiennej.

Ciekawą i znajdującą praktycznie zastosowanie prawidłowością jest to, że okna o większej powierzchni wypadają korzystniej pod względem ochrony cieplnej od tych o mniejszych wymiarach (fot. 11). Mają one większy udział przeszklenia w powierzchni okna. Dzięki temu większe są zyski słoneczne i lepszy współczynnik Uw. Dlatego też korzystnym rozwiązaniem będzie zastąpienie już na etapie koncepcji kilku małych okien oknami większymi o równoważnej powierzchni. Rozwiązanie to będzie też sporo tańsze, ponieważ w przeliczeniu na 1 m2 produkcja okien o mniejszych wymiarach jest droższa, niż produkcja okien o większych gabarytach.

Interesującym – i bardzo często wykorzystywanym u naszych zachodnich sąsiadów rozwiązaniem – jest stosowanie dla części otworów okien nieotwieralnych w standardzie pasywnym.

Są one znacznie tańsze od pasywnych okien otwieralnych, ponieważ mają prostszą konstrukcję ze względu na to, że przy ich wytwarzaniu zużywa się mniej materiału. W ich przypadku nie są potrzebne okucia, zawiasy, uszczelki itp.

Ogólnie można przyjąć, że na naszym rynku cena 1 m2 okna nieotwieralnego pasywnego odpowiada cenie 1 m2 okna otwieralnego stan-

8. Montaż okna z wykorzystaniem samych kątowników montażowych. Źródło: ZRB

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie okien w budynku pasywnym

11. Optymalizacja kosztów poprzez zastosowanie okien o dużych powierzchniach, a dla części kwater – nieotwieralnych. Dom na osiedlu pokazowym w Innsbrucku

9. Wyszukiwanie nieszczelności w montażu okna za pomocą termoanemometru podczas próby szczelności; taśma uszczelniająca widoczna przed otynkowaniem

dardowego. Co istotne, okna nieotwieralne mają lepsze współczynniki izolacyjne niż ich otwieralne odpowiedniki. Ich rama jest w większości przypadków cieńsza, co zwiększa procentowy

10. Duże przeszklenia otwierające mieszkanie na loggię w budynku w Innsbrucku w Austrii

udział przeszklenia, a tym samym wielkość zysków solarnych. W przypadku tego typu okien istotne jest zapewnienie do nich dostępu od zewnątrz, tak aby możliwe było ich umycie.

Okna takie można z powodzeniem zastosować na parterze, gdzie będą dostępne z poziomu

terenu bądź z tarasów. Okna takie możemy także zastosować na wyższych kondygnacjach w sąsiedztwie balkonów i loggii.

W budynku pasywnym należy unikać okien balkonowych przesuwnych (fot. 12). Przy znacząco wyższej cenie mają one słabszą izolacyjność termiczną oraz niższą szczelność powietrzną niż ich otwieralne odpowiedniki.

Tylko nieliczne systemy okien dla domów pasywnych mają wersję przesuwną. W przypadku pozostałych konieczne jest stosowanie okien przesuwnych z systemów o niższych, nieodpowiadających budynkom pasywnym parametrach izolacyjnych.

Cena okien pasywnych Okna pasywne są na naszym rynku o 5070% procent droższe niż ich odpowiedniki o

12. Okno przesuwne o parametrach pasywnych na osiedlu pokazowym w Innsbrucku

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

19

Cezary Sankowski elementami bez trudu dostają się do wnętrza.

Natomiast w lecie, gdy jest ono wyżej, dostęp jego promieni do wnętrza zostaje skutecznie odcięty (fot. 21). Tego typu bierne rozwiązania są najefektywniejsze pod względem kosztów.

Jeżeli okazują się one niewystarczające, należy zastosować markizy lub rolety. Najlepiej sterowane automatycznie, tak aby mogły jak najszybciej reagować na warunki atmosferyczne. Odcięcie nadmiernych zysków termicznych w lecie jest istotne dla utrzymania we wnętrzu budynku pasywnego komfortowych temperatur tylko i wyłącznie za pomocą biernych sposobów chłodzenia np.: poprzez wietrzenie nocne, wykorzystanie gruntowego wymiennika ciepła bez konieczności stosowania aktywnych systemów chłodzenia, takich jak klimatyzacja. Jako górną granicę komfortu termicznego przyjmuje się 25°C. Do szacowania częstości występowania temperatur powyżej tego poziomu służy pakiet PHPP. Zawiera on moduł pozwalający przewidzieć zachowanie budynku w okresie lata oraz dobrać odpowiednie rozwiązania zacieniające okna.

13. Żaluzje na elewacji szkoły pasywnej w Klaus w Austrii

14-15. Widok i rozwiązanie detalu żaluzji w domu pasywnym

parametrach izolacyjnych na poziomie minimum określonego w Warunkach Technicznych. Cena ta w ostatnich latach sukcesywnie spada w związku z pojawianiem się nowych, lepszych i tańszych w produkcji rozwiązań oraz wzrastającej konkurencji między coraz liczniejszymi producentami stolarki. Wyższa cena okna wynika w głównej mierze z kosztu odpowiedniej ramy okiennej. Dodanie trzeciej szyby ma tylko nieznaczny wpływ na końcową cenę produktu. Na rynku niemieckim zazwyczaj jest ona oferowana za darmo lub za niewielką dopłatą. Także na naszym rynku w ostatnim czasie pojawiły się pierwsze oferty, w których trzecia szyba oferowana jest za przysłowiową złotówkę.

20

Ochrona przed przegrzewaniem w lecie

Okna połaciowe w budynkach pasywnych

Duże powierzchnie okien pomagają ogrzać budynek pasywny w zimie, natomiast w lecie mogą powodować przegrzewanie się wnętrza budynku. Dlatego też w projekcie należy przewidzieć odpowiednie rozwiązania zacieniające.

Mogą to być aktywne, czyli ruchome systemy ochrony słonecznej, takie jak żaluzje zewnętrzne, rolety, markizy czy okiennice (fot. 13, 14, 15, 16 i 17) lub rozwiązania nieruchome, np. odpowiednio wysunięte okapy dachu czy balkony (fot. 18, 19 i 20). Zimą, gdy słońce jest nisko nad horyzontem, jego promienie pod tymi

W przypadku okien połaciowych występują dwa istotne czynniki ograniczające znacząco możliwość ich stosowania (fot. 22). Szyba zorientowana w kierunku innym niż pionowy odznacza się niższą izolacyjnością cieplną. Im bliżej poziomu tym gorsza izolacyjność, co wynika ze zwiększonej wymiany ciepła na skutek konwekcji w gazie wypełniającym przestrzeń w komorach pomiędzy szybami. Producenci okien połaciowych starają się przeciwdziałać temu zjawisku stosując zestawy szybowe o wysokich parametrach izolacyjnych np. z wykorzystaniem

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie okien w budynku pasywnym

21. Schemat wykorzystania okapu do zacieniania okien w okresie letnim

próżni jako izolatora lub poczwórnym przeszkleniem. Kolejną przeszkodą w zastosowaniu tego rozwiązania jest problem z odpowiednim, zapobiegającym mostkom termicznym, montażem okna w połaci dachu. Okno połaciowe nie może zostać zamontowane w warstwie termoizolacji tak jak zwykłe okno, ponieważ jest ono wysunięte wysoko ponad poszycie dachu. Dla zmniejszenia mostka stosuje się specjalne opaski montażowe z materiałów termoizolacyjnych, które pozwalają zredukować mostek termiczny w miejscu montażu okna w dachu do poziomu 0,07-0,10 W/mK, co i tak jest poziomem 7-10krotnie wyższym niż w przypadku montażu pasywnego okna konwencjonalnego.

16. Rolety zewnętrzne ocieniające okna domu kultury w Ludesch w Austrii

18. Wykorzystanie balkonów i okapów jako elementu ocieniającego w domach pasywnych na osiedlu pokazowym w Innsbrucku

Na rynku dostępne są pojedyncze modele okien połaciowych o parametrach izolacyjnych zbliżonych do wymogów dla budownictwa pasywnego. Jednak nawet jeśli zamontuje się je z użyciem ciepłej ramki, nie będzie możliwe uzyskanie parametrów takich, jak dla okna zwykłego ścianie. Z tego względu nawet dla lokalizacji południowych uzyskanie przewagi zysków nad stratami dla tego typu okien jest trudniejsze niż w przypadku przeszkleń pionowych. Z powyższych powodów raczej unika się stosowania okien połaciowych w budynkach pasywnych.

Także w domu z poddaszem użytkowym, gdzie naturalne mogłoby się wydawać ich użycie, lepiej jest zastosować lukarny. Zalecałbym

17. Drewniane okiennice w pasywnym budynku wielorodzinnym w Berlinie

19. Wykorzystanie balkonów i kolektorów słonecznych do ocieniania okien w budynkach szeregowych w

Darmstadt

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

21

Cezary Sankowski

20. Wykorzystanie ogniw fotowoltaicznych w budynku pasywnym, zwycięzcy konkursu Solar Decathlon w 2007 roku, zrealizowanym przez Uniwersytet Techniczny w Darmstadt

użycie okien połaciowych tylko w miejscu, gdzie nie jest możliwe użycie przeszkleń pionowych.

Istotnym czynnikiem w przypadku okien połaciowych o wysokich parametrach izolacyjnych jest ich cena, która jest o 180-200% wyższa od ceny zwykłych okien połaciowych. Do tego dochodzi jeszcze koszt opaski montażowej.

Systemy fasadowe słupowo-ryglowe W budynkach użyteczności publicznej pojawia się potrzeba przeszklenia większych powierzchni fasad podyktowana czy to względami funkcjonalnymi, czy też estetycznymi.

Kilka lat temu pojawiły rozwiązania techniczne umożliwiające realizację takich projektów, co ciekawe znacząco nie odbiegają one wyglądem od tradycyjnych, często wykorzystywanych systemów słupowo-ryglowych (fot. 23, 24 i 25). W ich przypadku stosuje się oczywiście przeszklenie trójszybowe o odpowiednich dla budynku pasywnego parametrach izolacyjnych.

Inna jest też przekładka izolacyjna pomiędzy zestawami szybowymi (fot. 30-31) oraz elementy je podtrzymujące. Mają one lepsze parametry izolacyjne. Cała reszta, czyli elementy konstrukcyjne słupów, rygle, nakładki zewnętrzne czy też uszczelki, są identyczne jak w zwykłych rozwiązaniach. Dzięki temu wzrost ceny nie jest tak znaczący jak w przypadku okien. Systemy słupowo-ryglowe dla budynków pasywnych nie są tak licznie reprezentowane jak okna, jednakże są już one dostępne na naszym rynku.

Drzwi o parametrach dla budynków pasywnych Projektując budynek pasywny należy pamiętać także o doborze odpowiednich parame-

22

22. Okna połaciowe w domach pasywnych w Gdańsku

23-24. Elewacja w systemie słupowo-ryglowym w budynku we Frankfurcie w widoku z zewnątrz i od środka

trów izolacyjnych dla drzwi zewnętrznych (fot.

16-19). Pod względem izolacyjności termicznej wymagania dla drzwi w budynkach pasywnych są na podobnym poziomie jak dla okien. Ich udział w powierzchni przegród zewnętrznych budynku w porównaniu z oknami jest na niższym poziomie. Na odpowiednio niższym poziomie są też straty ciepła przez przenikanie.

Niemniej, drzwi mają spore znaczenie dla powodzenia przedsięwzięcia, jakim jest realizacja budynku pasywnego.

Na naszym rynku dostępne są dwa typy drzwi: o konstrukcji drewnianej i z PVC. Te pierwsze należą do rozwiązań zdecydowanie droższych, przy czym produkty reprezentowane na rynku pozwalają na ciekawe i różnorodne

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie okien w budynku pasywnym rozwiązania estetyczne. W przypadku tych drugich możliwości kształtowania ich wyglądu jest zdecydowanie mniej, ale pod względem ekonomicznym jest to rozwiązanie zdecydowanie bardziej dostępne. Projektant budynku pasywnego nie powinien zapominać, że granica kubatury ogrzewanej przebiega często wewnątrz budynku. Przykładowo, gdy w budynku znajduje się garaż nieogrzewany lub ogrzewany do niższych temperatur niż część mieszkalna musi on zostać wydzielony termicznie poprzez zaizolowanie jego ścian. Dotyczy to również drzwi, które będą wbudowane w taką ścianę. Muszą mieć one odpowiednio wysokie parametry izolacyjne, tak jak drzwi wejściowe.

Certyfikacja komponentów dla budynków pasywnych 25. Elewacja w systemie słupowo-ryglowym w pasywnym przedszkolu w Innsbrucku w Austrii

Dla ułatwienia procesu projektowania budynku pasywnego Instytut Budownictwa Pa-

26-29. Przykłady różnych rozwiązań drzwi w budynkach pasywnych

30-31. Przekrój przez element systemu słupowo-ryglowego FWT 50-1 HA E plus firmy Esco, il. ESCO

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

23

Cezary Sankowski sywnego w Darmstadt wprowadził certyfikację komponentów dla budownictwa pasywnego.

Obejmuje ona komponenty budynku pasywnego odgrywające znaczącą rolę w zakresie ochrony cieplnej budynków. Do elementów takich należą między innymi okna, drzwi, ściany słupowo-ryglowe i szyby zespolone. W certyfikacie zawarta jest informacja odnośnie wszystkich istotnych parametrów produktu, w tym wszelkie dane niezbędne do wykonania obliczeń w pakiecie PHPP do projektowania budynków pasywnych, co pozwala na określenie, jaki wpływ na bilans energetyczny będzie miało ich użycie w projekcie. Ponieważ parametry wszystkich produktów obliczone są według identycznych kryteriów, projektant ma możliwość ich łatwego porównania między sobą. Z kolei inwestor ma pewność, że zakupiony produkt na parametry izolacyjne ma określonym poziomie i że np. dobry współczynnik izolacyjności okna Uw nie jest wynikiem „kreatywnych” obliczeń wykonanych dla potrzeb działań marketingowych.

Warto jeszcze raz przypomnieć, że w przypadku okien i innych typów stolarki stosowanej w budynkach pasywnych niezwykle ważną rolę odgrywa projektowanie i to już na wstępnych jego etapach. Decyzje podjęte w fazie wstępnej koncepcji mają istotny wpływ na parametry energetyczne budynku oraz koszty jego realizacji. Dlatego też szczególnie istotna jest znajomość tej tematyki. arch. Cezary Sankowski 32. Certyfikat komponentu dla budynków pasywnych dla sytemu fasadowego Esco wystawiony przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt, il. ESCO

24

Zdjęcia (oprócz fot. 30-32) pochodzą z archiwum Autora

WYDANIE SPECJALNE

Okucia w służbie oszczędności, czyli jak wybrać szczelne okna i drzwi

Okucia w służbie oszczędności, czyli jak wybrać szczelne okna i drzwi Budownictwo energooszczędne to światowy trend, który zmienia podejście inwestorów do budowania: dom powinien zużywać jak najmniej energii, a równocześnie powinna panować w nim komfortowa temperatura. Już podczas budowy trzeba więc świadomie wybierać stolarkę, która ma zminimalizować straty energii.

Oszczędzanie energii to – oprócz wybudowania domu z energooszczędnych materiałów – także dbanie o to, by w jego codziennej eksploatacji nie tracić ciepła. Najwięcej energii ucieka przez okna. Producenci zapobiegają temu wyposażając izolowane termicznie ramy okienne w energooszczędne pakiety szybowe.

Zamknięte okna, dzięki swej konstrukcji, gwarantują także prawie idealną szczelność.

Z drugiej strony wciąż chcemy, by do domu wpadało przez okna jak najwięcej światła i by umożliwiały one wietrzenie.

Wybierając okna warto też zainteresować się rozwiązaniami technicznymi, które sprzyjają oszczędzaniu energii w trakcie jego użytkowania, na przykład okuciom okiennym. Są one, co prawda, mało widoczną częścią okien, ale to dzięki nim można je otworzyć, uchylić czy dokładnie zamknąć. Zwracamy uwagę na nie głównie wtedy, gdy chcemy, by chroniły nas przed włamaniem. Rzadziej przyglądamy się im w kontekście oszczędzania energii i wygodnego użytkowania.

Oszczędne i wygodne okna Przed utratą ciepła doskonale chronią okna z ukrytymi okuciami, np. Roto NT Designo.

Dzięki temu, że uszczelka biegnie bez przerwy po całym obwodzie okna, w domu pozostaje 10% ciepła więcej niż w przypadku okien standardowych.

Oprócz minimalizowania strat energii cieplnej, wynikających z konstrukcji okien, warto zwrócić uwagę na wietrzenie, zwłaszcza w domu wyposażonym w bardzo szczelne okna. Jest ono szczególnie potrzebne w pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności, czyli w kuchniach i w łazienkach. Musimy pamiętać, żeby przed wyjściem z domu ponownie zamknąć okno.

Rozwiązaniem dla roztargnionych użytkowników jest zamontowanie okien z ukrytym napędem elektrycznym, zintegrowanym z ryglami, czujnikami oraz systemem programowania. Dzięki temu można sprawić, że okno uchyli się po naszej kąpieli (na żądaną szerokość – dopasowaną do temperatury na zewnątrz) oraz za-

Zdjęcie po prawej u góry: zawias ukryty Roto NT Designo. Dzięki ukrytym zawiasom ograniczamy straty energii nawet o 10% gdyż uszczelka na całym obwodzie skrzydła szczelnie przylega do ościeżnicy, także w miejscu zawiasu górnego.

Po prawej u dołu: zawias tradycyjny, widoczny na oknie. Przyciśnięta uszczelka pod zawiasem, w miejscu przejścia zawiasu na ościeżnicę tworzy się mostek termiczny i straty ciepła przez okno są większe.

mknie po wymaganym czasie lub gdy wilgotność spadnie do zaprogramowanego poziomu. Czujnik pogodowy spowoduje, że w razie deszczu okno zamknie się automatycznie.

Czujnik okienny MTS to doskonałe rozwiązanie dla oszczędnych i zapominalskich zarazem. Wietrząc dom często zapominamy zakręcić kaloryfer. Zamontowany w oknie czujnik MTS zrobi to za nas. Gdy okno jest otwarte – wyłączy grzejnik, z którego termostatem jest połączony. Po zakończeniu wietrzenia – włączy grzejnik na powrót. Latem – czujnik MTS podłączony do klimatyzatora – wyłączy klimatyzację, gdy tylko otworzymy okno.

Oszczędne i wygodne drzwi Przed stratami ciepła powinny nas chronić także drzwi wejściowe. Oprócz umieszczonej wewnątrz nich termoizolacji ważne jest, by skrzydło na całym obwodzie szczelnie przylegało do ościeżnicy. Pomagają to osiągnąć listwowe zamki wielopunktowego ryglowania oraz ciepłe progi z przegrodą termiczną i auto-

matycznym uszczelnieniem. Zamek listwowy rygluje drzwi w kilku punktach równocześnie.

Składa się on z zamka głównego, rygli dodatkowych i elementów na ościeżnicy, w których się one zakotwiają. Standardowo są to haki, bolce, rolki ryglujące lub hako-bolce umieszczone w trzech albo w pięciu punktach. Im więcej takich punktów, tym lepszy docisk, skrzydło lepiej przylega do ościeżnicy, tym większa szczelność, a drzwi stale zaryglowane na całej wysokości nie ulegają wypaczeniu.

Miejscem wymagającym dobrej izolacyjności cieplnej jest też próg. Powinien on być wyposażony w przegrodę termiczną, zmniejszającą ryzyko skraplania się pary wodnej i zawilgocenia od wewnątrz. Dodatkowe, automatyczne uszczelnienie zapewnia wysoką izolacyjność termiczną i akustyczną dzięki silikonowej uszczelce i równolegle osadzonej uszczelce szczotkowej.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

Małgorzata Chołuj Roto Frank Okucia Budowlane Sp. z o.o.

25

Andrzej Jurkiewicz

Okna w budynku prawie pasywnym W budynkach pasywnych dążymy do tego, aby udział mostków cieplnych w stratach ciepła był jak najmniejszy. Idealnym rozwiązaniem byłoby oczywiście całkowite wyeliminowanie strat ciepła.

Podobnie ma się rzecz w budowanym przez autora domu nazwanym przezeń prawie pasywnym Montaż okien Największym problemem w omawianym budynku będą mostki liniowe występujące na połączeniach okno (drzwi balkonowe)-ściana.

Omówienie tego zagadnienia zacznijmy od przypomnienia najpowszechniej stosowanych rozwiązań. Pierwsze z nich (rys. 1), choć powoduje największe straty ciepła, jest jednak najpopularniejsze. Straty ciepła przez mostki będą niższe w wypadku montażu okien w sposób pokazany na rys. 2 i 3. Szacowane wartości liniowego współczynnika przenikania ciepła podano za wydawnictwem ITB Bezspoinowy system ocieplenia ścian zewnętrznych budynków (1). Najlepszym rozwiązaniem jest montaż okien w warstwie izolacyjnej, ponieważ nie ma styku mur-ościeżnica, a właśnie przez takie połączenie straty ciepła są największe Okna powinny być wysunięte poza lico muru (kiedy mur jest jeszcze nieocieplony), tak by termoizolacja objęła okno od spodu i od przodu. Taki sposób montażu okien jest zalecany w budynkach pasywnych (rys. 4). Dodajmy, że w tym wypadku okna mogą (a nawet powinny) być nieotwierane, gdyż odpowiednią ilość powietrza w budynku zapewnia instalacja nawiewno-wywiewna. Jeśli okna będą otwierane, może pojawić się problem, jak je zamontować, aby były stabilne i nie „rozchwiały” się w wyniku wieloletniego otwierania i zamykania.

Zaproponowane rozwiązania ze specjalnymi okuciami i kotwami, które utrzymują okna w warstwie izolacyjnej, autor ocenia jako dobre, ale tylko wtedy, gdy ściana jest wykonana z betonu lub innego monolitycznego i twardego Definicja mostka cieplnego (według normy PN-EN ISO 14683 i PN-EN ISO 10211): Mostki cieplne w przegrodach budowlanych powodują zmianę strumienia cieplnego i temperatury powierzchni w stosunku do tych wielkości bez mostków. Mostek cieplny to część obudowy budynku, w której jednolity opór cieplny jest znacznie zmieniony przez: • całkowite lub częściowe przebicie obudowy budynku przez materiały o innym współczynniku przewodzenia ciepła, • zmianę grubości warstw materiałów, • różnicę między wewnętrznymi i zewnętrznymi powierzchniami przegród, jaka występuje w połączeniach: ściana/podłoga/sufit.

26

materiału, a mocowanie tych kotew jest bardzo stabilne i stosunkowo gęste (kotwy zatopione lub osadzone głęboko w ścianie monolitycznej).

W prezentowanym budynku „prawie pasywnym” ściany zostały wykonane z pustaków ceramicznych, więc nie można było osadzić okien w warstwie izolacyjnej. Kotwy nie byłyby osadzone mocno i stabilnie, a przecież muszą utrzymać ciężar całego okna i to jeszcze otwieranego (po dyskusji rodzinnej nie zdecydowaliśmy się na okna nieotwierane).

W firmie montującej okna powiedziano mi, że na taki montaż (kotwy utrzymujące okna mocowane do pustaków Porotherm) nie dadzą nawet 12-miesięcznej gwarancji, ponieważ z doświadczenia wiedzą, że po pewnym czasie takie połączenia ulegają obluzowaniu.

Po przedyskutowaniu problemu z wykonawcą, znaleźliśmy inne rozwiązanie. Wykonaliśmy większe o 14 cm otwory pod okna i wyłożyliśmy mur wokół otworów okiennych styropianem grubości 7 cm (rys. 5). Dzięki temu możliwe było stabilne zamontowanie okna w warstwie izolacyjnej (należało tylko zastosować dłuższe kotwy montażowe do ościeżnic i specjalne podkładki.

Ten sposób montażu łączy metodę montażu tradycyjnego (stabilne mocowanie okna) z montażem zalecanym dla budynków pasywnych (okno w warstwie izolacyjnej). Metoda ta miała

jeszcze jest jedną bardzo ważną zaletę... otrzymałem od wykonawcy 5-letnią gwarancję na montaż okien i drzwi balkonowych.

Uszczelnienie połączeń okno-ściana Przy montażu stolarki, ważne jest także odpowiednie uszczelnienie połączeń oknościana, a w zasadzie okno-styropian. Zastosowaliśmy tu specjalne folie paroprzepuszczalne montowane na każdym takim styku. Dodatkowo okna zostały osadzone na specjalnym „ciepłym” profilu montażowym. Wszelkie nieszczelności zdecydowaliśmy wypełniać pianką montażową (izolacyjność podobna jak styropianu), a całość powtórnie zaizolować paskami z folii.

Rys. 1. Montaż tradycyjny (ościeże okienne): osadzenie okna na wewnętrznej krawędzi muru (wartość Ψ=0,39 W/m·K).

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynku prawie pasywnym

Rys. 2. Montaż z „licowaniem” (ościeże okienne): osadzenie okna w styk z izolacją, izolacja nie zachodzi na ościeżnicę (wartość Ψ=0,19 W/m·K).

Osadzenie parapetów Kolejny ważny szczegół to sposób osadzenia parapetów (zewnętrznych i wewnętrznych).

W tym wypadku zastosowano rodzaj taśmy samorozprężnej, która po nałożeniu, w ciągu 34 godzin wulkanizuje i rozszerza się, uszczelniając wszelkie połączenia okno-parapet (parapety wykonane są z granitu grubości 3 cm).

Rys. 3. Montaż okna z licowaniem do docieplonej ściany i częściowym dociepleniem ościeżnicy okna. Sposób montażu polecany przy wymianie okien – licowanie okna ze ścianą, wraz z wysunięciem warstwy izolacyjnej na połączenie framuga-mur kilkakrotne zmniejsza udział mostków liniowych... i nic nie kosztuje. Rozwiązanie zalecane przy wymianie okien na klatkach schodowych lub w szkołach. Należy pamiętać, aby montaż był jednolity na całej elewacji.

Podsumowanie Nie wystarczy, by okna miały bardzo dobre właściwości izolacyjne, np. współczynnik U<0,8 W/m2·K (rama+szyba)(pięciokomorowa rama z potrójną szybą o odpowiednich współczynnikach przepuszczania światła i energii cieplnej). Trzeba jeszcze zamontować te okna w taki sposób, aby połączenia montażowe były szczelne, udział mostków liniowych w stratach ciepła praktycznie wyeliminowany, a całość stabilna.

Rys. 4. Zalecany montaż okna w budynkach pasywnych.

Fot. 1. Otwór okienny przed montażem okna.

(red. DE)

straty ciepła przez okna jako przegrody budowlane (współczynnik U, nawet w bardzo dobrych oknach, jest kilkakrotnie gorszy od U ściany docieplonej 25 cm styropianu), a drugie, to straty związane z energią promieniowania, którą szyba w nocy wypromieniuje. Te straty możemy znacznie ograniczyć przez zastosowanie rolet zewnętrznych, które opuszcza się po zachodzie słońca. W prezentowanym domu będą zastosowane dwa rodzaje sterownia otwieraniem i zamykaniem rolet: centralny (uruchamiany w holu przy wyjściu) i indywidualny przy każdym z okien.

Rolety pełnią także bardzo ważną funkcję w lecie, gdy chcemy ograniczyć „przegrzewanie”.

W tym wypadku, zwłaszcza w pokojach, z których w ciągu dnia nie korzystamy, należy rolety opuścić (w nocy, można je podnieść, aby umożliwić wypromieniowanie nadmiaru energii cieplnej).

Tekst i ilustracje: Andrzej Jurkiewicz

Sposób montażu rolet zewnętrznych Rolety zewnętrzne pełnią bardzo ważną funkcję w budynkach pasywnych. W tego typu domach dzięki dużej powierzchni okien, zwłaszcza od strony południowej, mamy duże zyski od promieniowania słonecznego (pasywne ogrzewanie). Niestety, to co w dzień jest zaletą, w nocy staje się wadą – duże okna są źródłem bardzo dużych strat. Pierwsze, to

Stolarka przeznaczona dla budownictwa pasywnego jest w znakomitej większości dostępnych modeli stolarką otwieraną. Zazwyczaj osoby, które wprowadzają się do domu pasywnego często otwierają okna tak jak robili to w zwykłym budynku. Z czasem przestają to robić tak często, bo w domu pasywnym zapewniona jest stała wymiana powietrza, nawet w takich warunkach kiedy wentylacja grawitacyjna nie działa za dobrze.

Literatura:

Rys. 5. Zastosowane rozwiązanie w budynku „prawie pasywnym” Jeśli pozwalają na to przepisy, warto zmniejszyć nieco powierzchnie okien i zastosować tę metodę montażu. Pozwoli to ograniczyć do minimum straty ciepła przez mostki termiczne.

1) Zbigniew Rydz, Jerzy A. Pogorzelski, Michał Wójtowicz: Bezspoinowy system ocieplenia ścian zewnętrznych budynków. Załącznik 4 Wydawnictwo ITB Warszawa 2002 2) Norma PN-EN ISO 14683. Mostki cieplne w budynkach.

Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne.

3) Norma PN-EN ISO 10211. Mostki cieplne w budynkach.

Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni. Część 1: Metody ogólne.

Fot. 2. Roleta w specjalnej bardzo dobrze zaizolowanej kasecie została zamontowana jako komplet z oknem (także w warstwie izolacyjnej).

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

27

Jerzy Żurawski

Etykietowanie energetyczne w budownictwie. Stolarka budowlana – okna pionowe, geometria Etykietowanie energetyczne obecne jest dziś praktycznie w każdej dziedzinie związanej ze zużyciem energii. Etykietowane są urządzenia AGD, telewizory, komputery, punkty świetlne, opony, budynki itp. Mnożyć można dziedziny życia związane ze zużyciem energii, które albo są już etykietowane, albo będą w najbliższym czasie. Z punktu widzenia konsumenta jest do duża pomoc przy wyborze rozwiązań energooszczędnych. Z punktu widzenia dostawcy urządzeń lub wyrobów nakłada to obowiązek podawania prawdziwych informacji dotyczących zużycia energii przez produkty oraz dostosowywania produkcji do nowych mechanizmów rynkowych wykreowanych przez system etykietowania energetycznego.

Trochę historii

cie i z tego powodu są poddane ocenie energetycznej. Ostatecznym celem jest spełnienie wymagań zrównoważonego rozwoju, przez ciągłą poprawę produktów związanych z energią tak, aby redukować niekorzystne oddziaływania i osiągnąć optymalny poziom oszczędności energii, wykorzystując wszystkie dostępne mechanizmy.

Poza produktami, które w różny sposób wykorzystują energię, tj. wytwarzają ją, przekazują lub mierzą, nowe dyrektywy UE rozszerzają ocenę energetyczną o produkty budowlane, takie jak urządzenia związane z produkcją energii (kotły, pompy ciepła, podgrzewacze ciepłej wody), a także: okna, świetliki, drzwi, bramy garażowe oraz materiały izolacyjne. Etykietowanie energetyczne jest narzędziem niezbędnym przy podejmowaniu decyzji o zakupie produktów mających wpływ na zużycie energii. W związku

W 1979 r. opublikowana została pierwsza dyrektywa w sprawie wskazywania poprzez etykietowanie zużycia energii urządzeń gospodarstwa domowego: 79/530/EEC. Pierwsza opracowana etykieta energetyczna nie znalazła szerszego zainteresowania u producentów i adresatów tego dokumentu. Kolejnym krokiem w kierunku etykietowania produktów związanych ze zużyciem energii była dyrektywa 92/75/EWG z roku 1992, w sprawie wskazania zużycia energii oraz innych zasobów przez urządzenia gospodarstwa domowego. Celem tej dyrektywy było ograniczenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego poprzez racjonalne wykorzystywanie energii w jak najszerszej gamie urządzeń gospodarstwa domowego: chłodziarkach, chłodziarko-zamrażarkach, pralkach i pralko-

suszarkach, piekarnikach elektrycznych, urządzeniach klimatyzacyjnych, zmywarkach i lampach. Wraz ze wzrostem cen energii etykietowanie energetyczne urządzeń AGD stopniowo zdobyło zwolenników, głównie wśród ich użytkowników. W konsekwencji zmienił się radykalnie profil energetyczny produkowanych urządzeń. Dziś przy zakupie urządzeń AGD jedną z najważniejszych dla kupującego informacji jest ich energochłonność, a dostępne na rynku produkty osiągają klasę energetyczną A, A+, a nawet A++.

Aktualnie etykietowanie energetyczne obejmuje coraz szerszy zakres produktów, urządzeń, a nawet mieszkań i domów. Produkty związane z energią, takie jak: urządzenia AGD, oświetlenie, komputery, monitory, telewizory i budynki mają duży udział w zużyciu zasobów naturalnych i energii na całym świe-

Rys. 1. Przykładowa etykieta energetyczna pralki

Rys. 2. Przykładowy widok części etykiety energetycznej budynku

28

WYDANIE SPECJALNE

Etykietowanie energetyczne w budownictwie. Stolarka budowlana – okna pionowe, geometria z tym niezbędne jest wprowadzenie rozszerzonego zakresu etykietowania energetycznego, zwłaszcza związanego z budynkami, które są odpowiedzialne za zużycie energii na poziomie 41% w odniesieniu do jej całkowitej konsumpcji.

Duży wpływ na zużycie energii w budownictwie mają przegrody zewnętrzne. Do tej grupy należy stolarka otworowa, która zgodnie z obowiązującym prawem UE, powinna być etykietowana energetycznie we wszystkich krajach członkowskich już od kilku lat.

W 2009 oraz 2010 r. opublikowane zostały dyrektywy: 2009/125/WE i 2010/30/UE, w sprawie wskazania poprzez etykietowanie zużycia energii oraz innych zasobów przez produkty związane z energią (2010/30/UE).

Dyrektywy te literalnie wskazują koniczność etykietowania stolarki budowlanej.

ukryta i nieczytelna, że nie pomaga w prawidłowym wyborze. Zatem etykietowanie energetyczne powinno wpływać na wybór tych produktów, które zużywają mniej energii.

Ma to także zachęcić samych producentów do podejmowania kroków w zakresie ograniczania zużycia energii oraz zasobów naturalnych przez wytwarzane przez nich produkty. Wprowadzenie etykietowania powinno wpłynąć również pośrednio na efektywne energetycznie korzystanie z tych produktów, tak aby przyczynić się do osiągnięcia unijnego celu w zakresie poprawy efektywności energetycznej na poziomie 20%.

Jak pokazał rynek urządzeń AGD system działa na tyle dobrze, że warto go rozszerzyć o inne produkty. Od września 2015 r. zacznie działać system etykietowania urządzeń do produkcji energii: kotłów, pomp ciepła, CHP. Niezbędne jest rozszerzenie systemu oceny przez etykietowanie energetyczne stolarki otworowej oraz materiałów termoizolacyjnych.

Wymagania ujęte w dyrektywach 2009/125/WE oraz 2010/30/UE Dyrektywa 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady dotyczące ekoprojektu dla produktów związanych z energią.

Dyrektywa ta odnosi się do produktów związanych ze zużyciem energii. Do tej grupy zaliczono również stolarkę budowlaną: okna, drzwi i bramy garażowe. Wprowadzenie w życie zaleceń dyrektywy powinno dać impuls do opracowywania metodologii oceny stolarki budowlanej, jej klasyfikacji oraz etykietowania jej efektywności energetycznej. Producenci lub zrzeszenia producentów powinni opracować jednolitą metodologię oceny efektywności energetycznej wyrobu, która może stać się standardem oceny tych produków pod względem zużycia energii i zasobów naturalnych.

Zgodnie z dyrektywą, jeśli nie dojdzie do przyjęcia w ramach kraju członkowskiego, rynkowo uzgodnionej, wspólnej metodologii, przewiduje się opracowanie metodologii oceny efektywności narzuconej przez poszczególne rządy krajów UE. Procedura ta jest przewidziana tylko wtedy, gdy przemysł nie podejmie żadnej inicjatywy stwarzającej warunki do samoregulacji.

Pierwszeństwo powinno zostać przyznane alternatywnym sposobom działania, np. regulacjom ustalanym przez daną branżę. Prawdopodobne jest, iż takie działanie spowoduje szybsze oraz mniej kosztowne osiągnięcie celów energooszczędnej polityki, niż wprowadzenie wymogów obowiązkowych. Środki legislacyjne mogą okazać się konieczne, jeżeli siły rynkowe nie będą ewoluować w odpowiednim kierunku i z zadowalającą szybkością. Dlatego w interesie producentów stolarki powinno być opracowanie i przyjęcie wspólnej metodologii oceny efektywności energetycznej stolarki ich produktów.

Dyrektywa 2010/30/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie wskazania poprzez etykietowanie informacji o zużyciu energii przez pro-

Rys. 3. Przykładowa etykieta energetyczna dla kotła gazowego dwufunkcyjnego

dukty związane z energią. Zgodnie z tą Dyrektywą niezbędne jest udostępnianie rzetelnych, stosownych i porównywalnych informacji dotyczących zużycia energii. Pojęcie „produktu związanego z energią” oznacza każdy towar mający wpływ na zużycie energii podczas jego używania, który jest wprowadzany do obrotu lub użytkowania i zawiera części, które mają zostać włączone do produktów związanych z energią objętych niniejszą dyrektywą. Dyrektywa 2010/30/UE dotyczy wszystkich produktów związanych z energią, w tym również wyrobów stosowanych w budownictwie, wywierających znaczący wpływ na zużycie energii w sposób bezpośredni lub pośredni. Poza elementami instalacji budynku zużywającymi energię, takimi jak kotły, grzejniki czy urządzenia klimatyzacyjne, obszar wprowadzonych wymagań obejmuje również inne wyroby budowlane, w szczególności materiały izolacyjne, drzwi, okna itp. Wszystkie produkty, dla których opublikowane zostaną odpowiednie akty delegowane, muszą posiadać dołączoną etykietę oraz standardową tabelę informacyjną. Obowiązek spełnienia tych wymagań spoczywa przede wszystkim na producentach, ich upoważnionych przedstawicielach w Unii Europejskiej lub importerach, określanych przez dyrektywę wspólnym mianem „dostawców”. Dystrybutorzy z kolei zobowiązani są do widocznego i czytelnego eksponowania etykiet oraz do udostępniania informacji w broszurach dotyczących produktu. Zdaniem autorów dyrektywy 2010/30/UE samo działanie „sił rynkowych” nie zdoła zachęcić do racjonalnego zużycia energii i innych zasobów przez wybór produktów w oparciu o własną wiedzę oraz informacje udostępniane przez producentów. Bardzo często przy produktach brak jest informacji o ich efektywności energetycznej lub jest ona na tyle

Etykietowanie energetyczne stolarki budowlanej Aktualne obserwowane trendy architektoniczne wskazują na stale rosnący udział powierzchni przeźroczystych w powierzchni przegród zewnętrznych budynku. Minimalne wymagania prawne w zakresie izolacyjności termicznej dla dachów i ścian są ponad pięć razy bardziej rygorystyczne od wymagań stawianych stolarce budowlanej. Z tego powodu udział strat energii przez przegrody przeźroczyste będzie wzrastał. Najczęściej do oceny energetycznej okna przyjmuje się współczynnik przenikania, jednak po dokładniejszym przeanalizowaniu zagadnienia jakość energetyczną okna można opisać w zależności od: • izolacyjności termicznej profili, • geometrii profili, • izolacyjności termicznej szyby, • izolacyjności termicznej ramki dystansowej, • geometrii okna, • przepuszczalności energii promieniowania słonecznego, • szczelności okna, • sposobu mocowania okna do budynku, • osłony termicznej i przeciwsłonecznej, • automatyki sterującej osłony.

Ze względu na tak dużą ilość parametrów, które mają wpływ na jakość energetyczną okna wbudowanego, niezbędne jest wprowadzenie etykietowania energetycznego, które w zintegrowany sposób pozwoli oceniać ostatecznie jakość energetyczną stolarki. Aktualnie w niektórych krajach UE wprowadzono już obowiązkową lub dobrowolną ocenę energetyczną stolarki. Dotyczy to Wielkiej Brytanii, Danii, Finlandii, Francji, Czech, Słowacji, Niemiec. W większości przypadków metody oceny dotyczyły tylko okien pionowych.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

29

Jerzy Żurawski Określenie efektywności energetycznej stolarki budowlanej Określenie efektywności energetycznej stolarki budowlanej EE powino opierać się, tak jak przy etykietowaniu budynków, o bilans energii nieodnawialnej pierwotnej. Wartość EE powinna być wyznaczona dla stolarki pracującej w referencyjnych parametrach klimatycznych oraz w referencyjnym budynku. Ze względu na specyfikę działania i wpływ warunków klimatycznych wewnętrznych i zewnętrznych wyznaczenie efektywności energetycznej EE obejmować będzie: • stolarkę otworową przeźroczystą: ∗ okna pionowe EEvert, ∗ okna dachowe EEroof, ∗ świetliki EEroof, • stolarkę otworową nieprzeźroczystą: ∗ drzwi zewnętrzne EED, ∗ bramy garażowe EEG. Klasyfikacja energetyczna opiera się o wartość efektywności energetycznej EE, którą wyznacza się ze wzoru: EEi = EEH,i + EEC,i gdzie: EEH,i – nieodnawialna energia pierwotna na ogrzewanie [kWh/m2rok]; EEC,i – nieodnawialna energia pierwotna na chłodzenie [kWh/m2rok]; W przypadku oceny stolarki ze względu na ogrzewanie wartość EEC równa jest zero.

Wartości EEH i EEC wyznacza się ze wzorów:

EH,inf,i – straty ciepła przez nieszczelności itego typu przegrody [kWh/m2·rok] EH,ψ,i – straty ciepła na połączeniu i-tego typu przegrody otworowej z przegrodą [kWh/ m2·rok] Zapotrzebowanie na energię użytkową na chłodzenie wyznacza się ze wzoru: EC,i = EC,sol,i – EC,U,i – EC,inf,i – EC,ψ,i gdzie: EC,sol,i – słoneczne zyski ciepła i-tego typu przegrody [kWh/m2·rok] EC,U,i – straty ciepła przez przenikanie i-tego typu przegrody [kWh/m2·rok] EC,inf,i – straty ciepła przez nieszczelności itego typu przegrody [kWh/m2·rok] EC,ψ,i – straty ciepła na połączeniu i-tego typu przegrody otworowej z przegrodą [kWh/m2·rok]

Wyznaczenie efektywności energetycznej okna w okresie grzewczym Wyznaczanie wskaźnika efektywności energetycznej dla okresu grzewczego wykorzystuje bilans energetyczny okna (pionowego lub dachowego): • dla okien fasadowych EH,vert = EH,sol,v – EH,U,v – EH,inf,v – EH,ψ,v • dla okien dachowych EH,roof = EH,sol,r – EH,U,r – EH,inf,r – EH,ψ,r gdzie: EH,sol,v , EH,sol,r – zyski słoneczne przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/m2rok] EH,U,v , EH,U,r – straty ciepła przez przenikanie przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/m2rok]

EH,inf,v , EH,inf,r – straty ciepła przez okno przez infiltrację przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/m2rok] EH,ψ,v , EH,ψ,r – straty ciepła przez okno przez mostek cieplny łączący okno pionowe lub dachowe z konstrukcją przegrody w sezonie grzewczym Ostatecznie bilans energetyczny opisany jest formułą:

gdzie: A(v,r) – współczynnik klimatyczny zysków ciepła od nasłonecznienia dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ zysków słonecznych na efektywność energetyczną. Wartość A wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego.

B(V,r) – współczynnik klimatyczny strat ciepła dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ temperatury zewnętrznej na efektywność energetyczną stolarki okiennej. Wartość B wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego. lψm,i – długość i-tego mostka liniowego na połączeniu okna lub drzwi ze ścianą, ψm,i – i-ty liniowy współczynnik przenikania ciepła pomiędzy oknem a ścianą o referencyjnej izolacji termicznej Usc,ref = 0,15 W/m2K i

gdzie: EH,i – zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania [kWh/m2rok]; EC,i – zapotrzebowanie na energię użytkową do chłodzenia [kWh/m2rok]; ηH,ref – referencyjna sprawność instalacji c.o. wH,ref – referencyjny współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej na ogrzewanie równy 1,1; ηC,ref – referencyjna sprawność instalacji chłodniczej; wH,ref – referencyjny współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej energii elektrycznej równy 3.

Zapotrzebowanie na energię użytkową na ogrzewanie wyznacza się ze wzoru: EH,i = EH,sol,i – EH,U,i – EH,inf,i – EH,ψ,i gdzie: EH,sol,i – słoneczne zyski ciepła i-tego typu przegrody [kWh/m2·rok] EH,U,i – straty ciepła przez przenikanie i-tego typu przegrody [kWh/m2·rok]

30

Rys. 1. Etykieta energetyczna okna o Uw=1,3 W/m2K

WYDANIE SPECJALNE

Etykietowanie energetyczne w budownictwie. Stolarka budowlana – okna pionowe, geometria Tabela 1. Analiza efektywności energetycznej okna o wymiarach 1,48x1,23 m2 wykonanego z profili o Uf=1,3 W/m2K , z szyby o Ug=1,1 W/m2K oraz ramki dystansowej o Ψ=0,04 W/mK przy wysokości profili: 50 mm, 70 mm, 90 mm, 110 mm i 130 mm.

budowie (od wewnątrz): tynk, cegła silikatowa 24 cm, izolacja, warstwa klejowa na siatce, warstwa tynku cienkowarstwowego, obliczona zgodnie z normą PN-EN ISO 10211:2008 zgodnie z rekomendowanym przez producenta sposobem montażu (mostek może być różny w zależności od części okna np. nadproże, węgarek, podokiennik). Mostek liniowy obliczany jest po wymiarach zewnętrznych.

Aw – powierzchnia okna [m2], Uw – współczynnik przenikania ciepła [W/m2·K], zależny od budowy okna, wyznaczany indywidualnie dla każdego okna; L100 – szczelność okna wyznaczono zgodnie z obowiązującymi normami [m3/h·m2], R – udział w bilansie dodatkowych osłon takich jak rolety, okiennice, żaluzje określony zgodnie z normą PN-EN ISO 10077-1 lub na podstawie pomiarów wykonanych zgodnie z obowiązującymi normami [K·m2/W], ηGLR,H – sprawność wykorzystania zysków ciepła w okresie grzewczym, GLRH – stosunek zysków do strat ciepła, ηh – sprawność regulacji osłon termicznych (rolet, okiennic, żaluzji) przyjmowana w zależności do systemu sterowania.

Etykietowanie energetyczne stolarki budowlanej Najczęściej o ocenie energetycznej okna decyduje współczynnik przenikania Uw. Jak się okazuje, nie jest to jedyny parametr mający wpływ na efektywność rozwiązania. Aby poprawnie opisać jakość energetyczną okna

niezbędne jest określenie następujących parametrów składowych, mających istotny wpływ na wynik końcowy: 1. izolacyjność termiczna profili, 2. geometria profili, 3. izolacyjność termiczna szyby, 4. izolacyjność termiczna ramki dystansowej, 5. powierzchnia profili, powierzchnia szyby (geometria okna), 6. przepuszczalność energii promieniowania słonecznego, 7. szczelność okna, 8. sposób mocowania okna do budynku, 9. osłony termiczne i przeciwsłoneczne, 10. automatyka sterująca osłon.

Ze względu na tak dużą ilość parametrów, niezbędne jest wprowadzenie wielokryterialnej oceny energetycznej, opisanej w postaci etykiety, które w zintegrowany sposób pozwoli oceniać ostatecznie jakość energetyczną stolarki.

W niniejszym artykule omówione zostaną zagadnienia związane z wpływem geometrii, powierzchni profili, powierzchni szyby oraz geometrii okna.

Geometria a efektywność energetyczna okna Prawie zawsze na etapie projektowania opisuje się jeden parametr: UW lub UD (współczynniki przenikania ciepła stolarki). Dla okien określona została w Warunkach Technicznych [1] wartość graniczna UW≤1,3 W/m2K. Pojawia się pytanie: czy tak opisana stolarka

może mieć niezadowalającą efektywność energetyczną zgodnie z przeznaczeniem?

Ten problem najlepiej zobrazuje przykład dwóch okien o jednakowych wymiarach: 1,48x1,23 m2 i UW=1,3 W/m2K, różniących tylko się niektórymi parametrami, uznawanymi za nieistotne. Efektywność energetyczna omawianego przypadku dla pomieszczeń ogrzewanych może przedstawiać się następująco: energia na ogrzewanie dla okna o UW=1,3 W/ m2K może wynosić: 89,76 kWh/m2 rok lub 111,23 kWh/m2 rok. Efektywność energetyczna pierwszego rozwiązania jest o 23,9% korzystniejsza. O efektywności energetycznej stolarki nie decyduje jedynie parametr UW, a szczelność stolarki, rozwiązania konstrukcyjne połączenia stolarki ze ścianami oraz parametry energetyczne szyby.

Poddano klasyfikacji energetycznej okna o UW=1,3 W/m2k. Jeżeli okna byłyby zastosowane w pomieszczeniu ogrzewanym, pierwsze oceniono na klasę D drugie oceniono na klasę E. Jeżeli okno byłoby użyte w pomieszczeniu ogrzewanym i chłodzonym, dla pierwszego i drugie okno otrzymałoby klasę E (szczegóły na rys. 1). Całkowity bilans energetyczny okna pierwszego wynosi 121,69 kWh/m2rok, dla drugiego 130,33 kWh/m2rok. Okno pierwsze charakteryzuje się korzystniejszym bilansem energetycznym. Jak widać stosowanie rozwiązań spełniających minimalne wymagania o UW=1,3 W/m2K mogą charakteryzować się różnym bilansem energetycznym. Można to rozróżnić dopiero gdy stolarka zostanie poddana ocenie energetycznej.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

31

Jerzy Żurawski Tabela 2. Analiza efektywności energetycznej okna o wymiarach 2,1x2,1 m2 wykonanego z profili o Uf=1,2 W/m2K , z szyby o Ug=0,7 W/m2K oraz ramki dystansowej o Ψ=0,04 W/mK przy wysokości profili 129 i dla podziału jedno-, dwu-, trzy- i czterokwaterowego.

Wpływ wysokości profili na jakość energetyczną okna Jakość energetyczna okna może zależeć od wysokości profili okiennych. Dla tego samego okna o wymiarach 1,48x1,23 m2 wykonano szczegółowe analizy energetyczne okna przy wysokości profili o 50 mm, 70 mm, 90 mm, 110 mm, 130 mm oraz o Uf=1,3 W/m2K i Ug=1,13 W/m2K. Zróżnicowanie wysokości profili okiennych ma nieznaczny wpływ na izolacyjność termiczną okna oraz na wielość powierzchni przeźroczystych. Zmiany powierzchni są istotne i mają wpływ na efektywność energetyczną okna zwłaszcza w budynkach tylko ogrzewanych. Wzrost wysokości profili okiennych może mieć pogarszający wpływ na bilans energetyczny okna nawet o niespełna 25%.

Zmiany wysokości profili mają wpływ na efektywność energetyczną okna. Podsumowanie uzyskanych wyników zamieszonych w tabeli 1 poniżej: 1. Współczynnik przenikania ciepła okna Uw jest zbliżony dla każdej wysokości profili. Po zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku, wartość Uw wynosi od 1,18 do 1,22 W/m2K, po zaokrągleniu 1,2 W/m2K. Rozbieżności procentowe w zakresie UW wynoszą do 3,4%.

2. W pomieszczeniach ogrzanych najkorzystniejsze są okna o jak największej powierzchni szyby. Różnice w bilansie energetycznym wynoszą do 82,34 – 66,04 = 16,3 kWh/m2rok, co stanowi do 25% więcej dla okna o wysokości profili 130 mm.

3. W pomieszczeniach ogrzewanych i chłodzonych bilans energetyczny jest zbliżony.

Maksymalna różnica w bilansie energetyczny wynosi 114,63 – 111,04 = 3,59 kWh/m2rok, co stanowi 3,2% okna o najniższym profilu.

4. Najkorzystniejszym rozwiązaniem są okna o jak najniższych profilach i jak najwięk-

32

szej powierzchni szklenia. Różnice w bilansie energetycznym są istotne dla okien stosowanych w pomieszczeniach ogrzewanych. Różnice w bilansie energetycznym nie są aż tak istotne dla okien stosowanych w pomieszczeniach ogrzewanych i chłodzonych.

Geometria okna Poddano analizie energetycznej okno o stosunkowo dużych wymiarach 2,1x2,1 m2 ale o różnych podziałach. Analizowano podział okna na jedno, dwu, trzy i czterokwaterowe o Uf=1,2 W/m2K, Ug=0,7 W/m2K i profilu o hf=129 mm. Szczegóły analizy zamieszczono w tabeli 2. Pierwsze spostrzeżenie dotyczy izolacyjności termicznej okna. Okno jednokwaterowe charakteryzuje się najlepszym współczynnikiem przenikania ciepła Uw=0,78 W/m2K. Okno czterokwaterowe charakteryzuje się Uw=1,02 W/m2K. Podobne zależności zaobserwowano w zakresie efektywności energetycznej. Okna jednokwaterowe przeznaczone do pomieszczeń ogrzewanych charakteryzują się najkorzystniejszym bilansem energetycznym. Duża powierzchnia szyby ma jednak niekorzystny wpływ w przypadku stosowania okien w pomieszczeniach chłodzonych. Ostatecznie okna jednokwaterowe są najkorzystniejsze dla pomieszczeń ogrzewanych, uzyskując klasę B oraz dla pomieszczeń ogrzewanych i chłodzonych uzyskując klasę C.

Podsumowanie Ocena energetyczna stolarki budowlanej nie jest przedsięwzięciem prostym. Wymaga uwzględnienia wielu czynników mających wpływ na końcowy efekt energetyczny. Z tego powodu niezbędne jest wdrożenie wielokryterialnej metody oceny energetycznej stolarki,

która ostatecznie pozwoli projektantom oraz końcowym odbiorcom wybrać rozwiązania o optymalnej efektywności energetycznej. Ze względu na złożoność zagadnienia w następnych artykułach omawiane będą różne aspekty tego tematu, mające wpływ na efektywność energetyczną stolarki budowlanej tj.: okien pionowych, dachowych, świetlików, drzwi zewnętrznych i bram garażowych. Istnieje też możliwość zapoznania się z programem komputerowym wspomagającym ocenę energetyczną stolarki i generowanie odpowiedniej etykiety energetycznej.

Analiza efektywności energetycznej okien w odniesieniu do ich geometrii wykazała, że dla okien o zbliżonych wartościach UW, lecz o różnej wysokości profili, bilans energetyczny okna może być znacząco różny. Ze względów energetycznych niskie profile są korzystniejsze, zwłaszcza dla okien przeznaczonych do pomieszczeń tylko ogrzewanych. Właśnie takie rozwiązania są stosowane w znaczącej większości polskich domów. Szacuje się, że ponad 9295% nowych okien ostatecznie będzie pracować w pomieszczeniach jedynie ogrzewanych.

Zaobserwowano również znaczące różnice w zakresie efektywności energetycznej pomiędzy oknami jednokwaterowym i wielokwaterowym. Im więcej kwater, tym okno jest mniej korzystne energetycznie, zwłaszcza dla pomieszczeń ogrzewanych. Do określenia jakości energetycznej okna przydatnym jest program Etykieta Energetyczna Stolarki (EES), można go pobrać z: http://www.cieplej.pl/ soft/etenstol/ setup.exe Jerzy Żurawski Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska

WYDANIE SPECJALNE

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczÄ&#x2122;dnym

33

Artykuł sposorowany VIKKING KTS

Drzwi kompozytowe o wysokiej termoizolacyjności VIKKING Budownictwo energooszczędne i pasywne zyskuje coraz większą popularność. Inwestorzy próbują ograniczać zużycie energii w trakcie eksploatacji budynków do minimum. To dla nich firma VIKKING KTS opracowała innowacyjny system drzwi kompozytowych o bardzo wysokim poziomie ochrony przed utratą ciepła.

Materiał kompozytowy to materiał złożony, który różni się od stopów tym, że poszczególne komponenty zachowują swoje właściwości i są tak dobrane i połączone, aby mogły być wykorzystane ich zalety, a nie ujawniły się ich wady. Drzwi kompozytowe VIKKING są lekkie jak aluminium, odporne jak stal i piękne jak drewno. Jednocześnie są wolne od wad, jakie materiały te posiadają.

Drzwi te przeznaczone są dla klientów wymagających i ceniących jakość. Przede wszystkim do budownictwa indywidualnego, ale też do

przemysłowego. Spełniają z nawiązką zarówno oczekiwania klientów pod kątem estetyki, atrakcyjności wizualnej, jak i parametrów technicznych.

Wyróżniają się niespotykaną w innych tradycyjnych technologiach odpornością skrzydeł na ekstremalne warunki atmosferyczne, przy zachowaniu doskonałych parametrów izolacyjności termicznej (Ud już od 0,63W/m2K) oraz trwałością przez dziesiątki lat.

Nie tylko właściwości termoizolacyjne przemawiają na korzyść drzwi kompozytowych, ale również niemal nieograniczone możliwości wzornictwa i kolorystyki. Nowością, niedostępną w żadnych innych systemach drzwiowych, jest stosowanie strukturyzowanej ościeżnicy PVC (Real Wood Profile), która dzięki nowoczesnej technologii posiada strukturę szlachetnego drewna, przy czym wolna jest od wad tego materiału.

Innym wprowadzonym rozwiązaniem jest dekoracja skrzydeł drzwiowych frezowaniami 3D, stosowanie zlicowanych elementów INOX oraz system strukturalnego wklejania pakietów witrażowych. Nieograniczone możliwości dowolnych konfiguracji wszystkich tych elementów zdobienia, połączone z dostępnością lakierowania w kolorach drewnopodobnych lub kolorach RAL, sprosta nawet najbardziej wymagającym oczekiwaniom klientów.

Drzwi produkowane są w pięciu liniach 1. Linia ARCTIC PLUS

Budowa drzwi kompozytowych VIKKING. Poszczególne linie produktowe drzwi opisane w artykule różnią się między sobą grubością skrzydeł, głębokością ościeżnic oraz współczynnikiem izolacyjności termicznej

DIPLOMAT 2D

34

DIPLOMAT 7F

DIPLOMAT 68

Do budynków pasywnych i zeroenergetycznych Drzwi kompozytowe z linii ARCTIC PLUS to kwintesencja ponadczasowego designu, znakomitej jakości oraz legendarnej odporności na warunki klimatyczne. Te drzwi wyznaczają nowe standardy redukcji strat energii i ochrony zasobów naturalnych.

To wyjątkowe drzwi, ponieważ nie wymagają zadaszeń. Są całkowicie odporne na warunki atmosferyczne. Poza tym połączenie nowoczesnego wyglądu z najpiękniejszymi zdobieniami witrażowymi, sprawia, że drzwi ARCTIC PLUS są unikatowe i niepowtarzalne.

CONSUL 3

DIPLOMAT 4U

WYDANIE SPECJALNE

Drzwi kompozytowe o wysokiej termoizolacyjności VIKKING

To, co dla innych jest nietypowe, dla nas jest standardem.

To, co dla innych jest niemożliwe, my wykonujemy na jutro.

To nasi klienci decydują o ostatecznym kształcie, rozmiarze, kolorze i wyposażeniu swoich drzwi marzeń, a nasi pracownicy z pasją realizują nawet najbardziej indywidualne zamówienia. Z determinacją i poświęceniem tworzymy piękne, trwałe i bezpieczne drzwi… ...ponieważ nawet wyobraźnia nas nie ogranicza.

VIKKING Parametry techniczne: Grubość skrzydła = 68 mm Głębokość ościeżnicy = 85 mm Przepuszczalność cieplna = 0,63 W/m2K

2. Linia ARCTIC Do domów energooszczędnych lub pasywnych Linia ARCTIC to drzwi stworzone dla wymagających i ceniących jakość. Najwyższej klasy okucia i wyposażenie uzupełniają tę unikalną ofertę drzwi o doskonałych walorach estetycznych i użytkowych. Drzwi w zespoleniu z ościeżnicą PVC są całkowicie odporne na wilgoć. Nie wymagają zadaszeń chroniących je przed opadami.

Parametry techniczne: Grubość skrzydła = 60 mm Głębokość ościeżnicy = 70 mm Przepuszczalność cieplna =0,81 W/m2K

3. PREMIUM Do domów energooszczędnych Drzwi kompozytowe z linii PREMIUM to najszersza oferta dla poszukujących doskonałej jakości produktów, które będą chronić dom przez długie lata. Oprócz licznych zalet użytkowych i technicznych, drzwi z tej linii wyróżniają się najbogatszą gamą dostępnych rozmiarów, kolorystki, przeszkleń, okuć oraz wyposażenia bez dodatkowych ukrytych kosztów.

Parametry techniczne: Grubość skrzydła = 45 mm Głębokość ościeżnicy = 70 mm Przepuszczalność cieplna = 0,85 W/m2K

4. OPTIMAL Optymalna oferta w korzystnej cenie Drzwi kompozytowe z linii OPTIMAL posiadają doskonałą jakość produktów o wyważonym wzornictwie i znakomitych parametrach użytko-

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

35

Artykuł sposorowany VIKKING KTS Parametry techniczne: Grubość skrzydła = 45 mm Głębokość ościeżnicy = 70 mm Przepuszczalność cieplna = 0,85 W/m2K

5. INTERIOR Do obiektów o dużym natężeniu ruchu i ponadstandardowych wymaganiach odporności na wilgotność Kompozytowe drzwi wejściowe z linii INTERIOR posiadają ponadczasowe rozwiązania, łączące w sobie trwałość, bezpieczeństwo oraz estetykę skrzydeł bezprzylgowych.

Parametry techniczne: Grubość skrzydła = 45 mm Głębokość ościeżnicy = 70 mm Przepuszczalność cieplna = 1,0 W/m2K

Warunkiem utrzymania parametrów drzwi po zamontowaniu jest odpowiednio wykonany ich „ciepły” montaż

wych. Ich dodatkowym atutem jest wieloletnia trwałość połączona z minimum konserwacji. Optymalna oferta dla poszukujących znakomitej jakości drzwi w korzystnej cenie.

36

Nasze drzwi posiadają wszystkie unijne certyfikaty CE, gwarantujące nabywcom bezproblemowe użytkowanie produktu oraz poświadczające o jego wysokiej jakości. Są bezpieczne dla środowiska, nie wydzielają szkodliwych substancji i jednocześnie zapewniają bezpieczeństwo miru domowego, dzięki 2 klasie odporności na włamania wg aktualnej europejskiej normy ENV. Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą na www.vikking.eu.

WYDANIE SPECJALNE

Artykuł sponsorowany

Okna SCHÜCO AWS 90.SI+ z Certyfikatem Instytutu Domów Pasywnych w Darmstadt Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt oficjalnie potwierdził pasywne parametry uznanego na europejskim rynku systemu okien aluminiowych SCHÜCO AWS 90.SI+. Badania wykazały, że okno wyposażone w szybę Ug=0,7 W/m2K osiąga współczynnik przenikania ciepła Uw≤0,8 W/m2K. Seria okien pasywnych SCHÜCO AWS 90.SI+ już od chwili wprowadzenia na rynek gwarantuje izolacyjność termiczną na najwyższym poziomie, jaki można osiągnąć w przypadku okien aluminiowych o głębokości zabudowy do 90 mm. Teraz wielowariantowe testy przeprowadzone w Instytucie Domów Pasywnych w Darmstadt wykazały, że okna AWS 90.SI+ w pełni odpowiadają wymaganiom budownictwa pasywnego. Pasywna stolarka z przekładkami izolacyjnymi nowej generacji to idealne rozwiązanie zarówno dla modernizowanych, jak i nowych obiektów, w których dąży

się do obniżenia zużycia energii do standardu niskoenergetycznego i pasywnego.

Najcieplejsze w każdej kombinacji Okna SCHÜCO AWS 90.SI+ to przełomowe rozwiązanie w dziedzinie stolarki aluminiowej, łączące smukłą estetykę uzyskiwaną dzięki niewielkiej szerokości czołowej profilu, oraz wysoką ochronę cieplną. Doskonałe parametry współczynnika przenikania ciepła gwarantuje autorskie rozwiązanie tzw. płetwowego uszczelnienia środkowego i dodatkowa ochrona wrębu podszybowego.

Przekrój przez okno SCHÜCO AWS 90.SI+ w standardzie pasywnym (fot. SCHÜCO)

Zastosowanie nowej technologii przekładek izolacyjnych ze spienionymi rdzeniami pozwoliło na dodatkowe podniesienie termoizolacyjności do poziomu wymaganego przez Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt. Okno o wymiarach 1,23 x 1,48 m z potrójnym oszkleniem o wartości Ug=0,7 W/m2K osiąga standard pasywny Uw≤0,8 W/m2K. Przy uwzględnieniu mostków termicznych na łączeniach z powłoką budynku stolarka uzyskuje izolacyjność termiczną Uw, inst.=0,85 W/m2K! Okno może być montowane w elewacji lub wpinane w fasadę słupowo-ryglową.

Więcej możliwości Aluminiowa stolarka okienna z serii AWS 90.SI+ poszerza horyzonty projektowania powłok zrównoważonych budynków, dzięki możliwości elektrycznej integracji z systemem sterowania budynku. Umożliwiają to mechatroniczne okucia SCHÜCO TipTronic SimplySmart. Elektryczne sterowanie otwieraniem i zamykaniem okien pozwala na zaprogramowanie nocnego wietrzenia, co przekłada się na ograniczenie kosztów klimatyzacji. Optycznie wąskie profile zaopatrzone w ukryte okucia pozwalają ponadto na optymalne doświetlenie pomieszczenia i dodatkowe oszczędności wynikające ze skrócenia czasu działania sztucznego oświetlenia.

Dodatkową zaletą okien z tej serii jest możliwość podniesienia klasy ochrony przed włamaniem aż do klasy RC3 włącznie, co oznacza, że mogą być stosowane również wszędzie tam, gdzie wymagane są jednocześnie najwyższy stopień ochrony i termoizolacyjność na poziomie pasywnym.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

Więcej informacji o produktach firmy SCHÜCO znajdą Państwo na stronie: www.schueco.pl

37

Jerzy Żurawski

Parametry techniczne szyby a jakość energetyczna stolarki Stolarka budowlana, a w szczególności okna, pełni wiele różnych funkcji mających wpływ na zużycie energii w budynku. Jakość energetyczna stolarki zależna jest od bardzo wielu czynników. Wybór efektywnej energetycznie i ekonomicznie stolarki budowlanej nie jest zadaniem prostym. Najczęściej oceniamy tego typu przegrody przez wartość współczynnika przenikania ciepła U okna (UW), drzwi lub bram garażowych (UD). Aby prawidłowo ocenić efektywne energetycznie rozwiązania potrzeba określić szereg parametrów składowych stolarki, mających istotny wpływ na efekt końcowy.

Do podstawowych parametrów mających wpływ na efektywność energetyczną stolarki budowlanej należą: konstrukcja i geometria stolarki, izolacyjność termiczna profili, szyb, ramki dystansowej, powierzchnia przeszklenia, przepuszczalności energii promieniowania słonecznego, szczelność, sposób mocowania do budynku, zastosowanie osłony termicznej i przeciwsłonecznej wraz ze sterowaniem.

Ze względu na tak dużą ilość czynników mających wpływ na efekt końcowy niezbędne jest stosowanie wielokryterialnej oceny energetycznej stolarki, ostatecznie opisującej prognozowane, obliczeniowe zużycie energii w standardowym sezonie grzewczym. Wyniki takich analiz

Rys. 2. Schematyczna budowa szyby zespolonej (z materiałow firmy Saint-Gobain)

powinny być przedstawione w sposób prosty i czytelny, np. w postaci etykiety energetycznej, która w zintegrowany sposób pozwoli oceniać ostatecznie jakość energetyczną stolarki.

W niniejszym artykule omówione zostaną zagadnienia związane z wpływem parametrów szyby na jakość energetyczną stolarki. Określenie efektywności energetycznej stolarki okiennej wymaga precyzyjnego określenia parametrów szyby.

Parametry energetyczne szyby

Rys. 1. Przykładowa etykieta energetyczna

38

Do produkcji okien stosuje się aktualnie szyby zespolone dwu, trzy lub czteroszybowe.

Przy wyborze okna najczęściej uwzględniana jest tylko izolacyjność termiczna szyby UG, często mylona z izolacyjnością całego okna.

Pomijane są inne parametry, mające wpływ na efektywność energetyczną szyby, a więc i okna. Ważną częścią szyby jest ramka dy-

stansowa znajdująca się w miejscu zespolenia szyb. Nowoczesne, energooszczędne szyby posiadają specjalne powłoki niskoemisyjne, które dodatkowo zmniejszają straty ciepła przez zastaw szybowy, ale mogą mieć też istotny wpływ na inne parametry.

Efektywność energetyczna stolarki okiennej zależy przede wszystkim od parametrów szyby oraz od: • zacienienia konstrukcją budynku, czyli od usytuowania stolarki w przegrodzie oraz od wybrania grubości izolacji termicznej, sposobu montażu. Wymaga indywidualnej analizy projektowej.

• wielkości powierzchni szyby w oknie, a więc od geometrii okna. Standardowe rozwiązania charakteryzują się wartością:

i mieszczą się w przedziale od wg=0,85 do 0,65 (najczęściej 0,7) i mają istotny wpływ

WYDANIE SPECJALNE

Parametry techniczne szyby a jakość energetyczna stolarki

• •

na zużycie energii na ogrzewanie, chłodzenie, oświetlenie, współczynnika przepuszczalności światła (light transmission) Lt, współczynnika przepuszczalności energii szyby – gG (solar faktor).

Tabela 1. Przykłady szyb i ich właściwości przepuszczalności światła zamieszczono w tabeli poniżej

Współczynnik przepuszczalności światła Jedną z podstawowych i najstarszych funkcji okna jest zapewnienie odpowiedniej ilości światła dziennego w pomieszczeniach użytkowanych przez ludzi. Prawo budowlane określa minimalną wielkość przegród przeźroczystych w budynkach w następujący sposób: w pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi stosunek powierzchni okien, liczonej w świetle ościeżnic, do powierzchni podłogi powinien wynosić, co najmniej 1:8 (12,5%), natomiast w innym pomieszczeniu, w którym oświetlenie dzienne jest wymagane ze względów na przeznaczenie – co najmniej 1:12.

Zapis ten jest o tyle nieprecyzyjny, że nie określa efektywnej powierzchni przeźroczystej, a jednie powierzchnie w świetle ościeżnic, co przy stosunkowo dużej grubości ocieplenia lub ramy może mieć wypływ na ilość światła dziennego w pomieszczeniu. Okna o dobrej izolacyjności termicznej mogą charakteryzować się stosunkowo dużą powierzchnią nieprzeźroczystą wynoszącą nawet 30-40% powierzchni liczonej w świetle ościeżnic. Efektywna powierzchnia przeźroczysta będzie znacząco mniejsza.

Wartość współczynnika przepuszczalności światła Lt wyrażona jest w procentach i oznacza stosunek światła, które przeszło przez szybę do światła docierającego do szyby.

Parametr ten może mieć istotny wpływ na zużycie energii na oświetlenie. Zależy od powierzchni szyby, powierzchni pomieszczenia, rozmieszczenia okna w ścianie, zacienienia konstrukcyjnego, zacienienia otoczenia.

Uwzględnienie wpływu parametru Lt w bilansie energetycznym okna nie jest możliwe bez znajomości geometrii pomieszczenia, lokalizacji pomieszczenia i okna, zacienienia konstrukcyjnego oraz zacienienia otoczeniem. Dlatego w dalszej części czynnik ten będzie w analizach pominięty.

Należy podkreślić, że im wyższa wartość Lt tym przyjęte rozwiązanie jest energetycznie lepsze, ale i droższe. Opisując w projekcie szyby należ zadbać aby wartość Lt była prawidłowo opisana, zgodnie z oczekiwaniami projektanta. Szyby wielokomorowe będą charakteryzować się niższym współczynnikiem przepuszczalności światła.

energii promieniowania słonecznego – gG, co ma bardzo duży wpływ na efektywność energetyczną okna.

Wartość współczynnika przepuszczalności energii gG Wartość współczynnika przepuszczalności energii gG (solar factor) oznacza ilość całkowitej energii słonecznej przepuszczanej przez szybę (przepuszczanej bezpośrednio i odbitej) do wnętrz pomieszczenia. W Prawie budowlanym określono wartość graniczną całkowitej przepuszczalności energii przez przegrody przeźroczyste. Ograniczenie odnosi się do usytuowania na wschód, południowy wschód, zachód, południowy zachód oraz południe, a określone jest zależnością: g = gG · fC ≤ 0,35 gdzie: gG – współczynnik całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego dla szklenia, fC – współczynnik redukcji promieniowania słonecznego ze względu na zastosowanie urządzenia przeciwsłonecznego.

Wymagań tych nie stosuje się do przegród przeźroczystych pionowych oraz pod kątem 60° skierowanych na północ, północny zachód, północny wschód oraz przegród przeźroczys-

tych dachowych pod kątem 45° skierowanych na północ.

Współczynnik gG należy przyjmować zgodnie z deklarowanymi danymi producenta szyb.

W przypadku, gdy jest brak takich danych, w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie wartości gG można przyjąć zgodnie z tabelą zamieszczoną poniżej.

Współczynnik całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego a efektywność energetyczna okna Dobrze wykorzystane własności szyby w zakresie przepuszczalności promieniowania słonecznego gG może mieć istotny wpływ na efektywność energetyczną stolarki a także budynku. Na potrzeby artykułu wykonano analizy wpływu wartości gG na jakość energetyczną budynku. Do analiz przyjęto dom jednorodzinny o powierzchni 126 m2 i „typowej” architekturze, niskoenergetyczny, o zapotrzebowaniu na energię użytkową EU=18,27 kWh/m2rok, uzyskanej przy oknach o UW=0,9 W/m2K i szybach o gG=0,62. Obliczenia wykonano następnie dla okien o takim samym UW oraz o gG – 0,5 oraz 0,33. Wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli poniżej. Zastosowanie szyb o mniejszej wartości gG ma istotny wpływ na pogorszenie charaktery-

Tabela 2.

Tabela 3. Analiza zapotrzebowania na ciepło dla budynku o F=126 m2 i UW = 0,9 W/m2K przy zmiennej wartości gG.

Wysoka przepuszczalność światła Lt najczęściej wiąże się z dużą przepuszczalności

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

39

Jerzy Żurawski Tabela 4. Teoretyczna analiza wpływu gG na jakość energetyczną okna w pomieszczeniach ogrzewanych.

Tabela 5. Teoretyczna analiza wpływu gG na jakość energetyczną okna w pomieszczeniach ogrzewanych i chłodzonych.

styki energetycznej budynku. Przy gG=0,5 wzrost EU, EK, i EP wynosi 12% a przy gG=0,33 aż o 32%. W omawianym przypadku bilansie energetycznym udział chłodzenia był pomijalny dlatego budynek analizowany był w zakresie energii na ogrzewanie.

Niezbędne jest szacowanie wpływu przepuszczalności promieniowania słonecznego również w całym sezonie użytkowym. Wyniki analiz mogą być inne dla pomieszczeń ogrzewanych i chłodzonych.

Z tego powodu niezbędne jest wprowadzenie oceny energetycznej stolarki, pomocnej przy podejmowaniu decyzji zarówno dla projektantów oraz inwestorów. Konieczne jest wprowadzenie takiego samego systemu oceny energetycznej dla projektantów i inwestorów będącego etykietowaniem energetycznym stolarki.

Przykład oceny energetycznej stolarki o UW=1,3 W/m2K oraz zmiennej wartości g wykonano na potrzeby artykułu.

Wyniki symulacji przedstawione w tabelach 4 i 5 są teoretyczne. Rzeczywiste parametry szyby: Lt, gG, UG mają wpływ na współczynnik przenikania ciepła okna i nie są liniowe, jak przedstawiono w tabelach 4, 5. Dla lepszego, zbliżonego do rzeczywistych wartości wykonano analizy energetyczne dla dwóch grup produktów tak aby spełnić wymagania prawne w zakresie UW≤1,3 W/m2K oraz ≤0,9 W/m2K. Obliczenia współczynnika przenikania ciepła wykonano dla okna o wymiarach 1,48x1,23 m2 oraz dla ramki dystansowej o Ψ=0,04 W/mK. Szczegóły zamieszczono w tabelach obok.

Powyższe analizy nasuwają następujące wnioski: • o jakości energetycznej stolarki nie decyduje jedynie izolacyjność termiczna szyby, a co za tym idzie i okna; • okno o najlepszej wartości UW ale o niskiej wartości gG może nie być rozwiązaniem energetycznie i ekonomicznie optymalnym; • dobrze, gdy przegrody przeźroczyste charakteryzują się zmienną wartością gG zależną od pory roku oraz od lokalizacji względem stron świata; • w okresie letnim, w przypadku występowania konieczności chłodzenia, współczynnik przepuszczalności energii słonecznej gG powinien być niski; • optymalna wartość gG zależy od lokalizacji budynku: nasłonecznienia, zacienienia otoczenia, zastosowania dodatkowych

Tabela 6. Analiza wpływu gG na jakość energetyczną okna dla przegrod spełniających minimalne wymagania prawne zlokalizowanych w pomieszczeniach ogrzewanych.

40

WYDANIE SPECJALNE

Parametry techniczne szyby a jakość energetyczna stolarki Tabela 7. Analiza wpływu gG na jakość energetyczną okna dla przegrod spełniających wymagania Uw≤0,9 W/m2K zlokalizowanych w pomieszczeniach ogrzewanych.

energetycznej stosowanej przy etykietowaniu energetycznym stolarki już na etapie projektowania.

Podsumowanie

•

urządzeń zacieniających oraz związanych z tym kosztów inwestycyjnych; w okresie grzewczym wartość gG powinna być jak najwyższa tak, aby umożliwić

•

wykorzystanie darmowej energii słonecznej do ogrzewania pomieszczeń; zastosowanie właściwych rozwiązań narzuca konieczność metodologii oceny

Analiza efektywności energetycznej okien w odniesieniu do parametrów technicznych części przeźroczystych – szyb – jest zadaniem złożonym. Oszacowanie wpływu szyb na jakość energetyczną okna nawet dla projektantów i specjalistów jest zadaniem niełatwym. Wsparciem jest etykietowanie energetyczne stolarki, w którym podawane są wszystkie parametry mające wpływ na jakość energetyczną okna i do którego materiały są do pobrania z: http:// www.cieplej.pl/soft/etenstol/setup.exe

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

Jerzy Żurawski Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska

41

Marcin Idczak, Szymon Firląg

Okna w budynkach pasywnych – – funkcje, wymagania, bilans energetyczny, komfort cieplny Polityka zrównoważonego rozwoju, zapisana obecnie w ustawach zasadniczych większości państw świata, stawia przed współczesnymi inżynierami nowe zadania, z których najważniejszym jest zapewnienie przyszłym pokoleniom równych szans rozwoju. Sposobem realizacji tego zadania jest minimalizacja zapotrzebowania na energię – w tym w warunkach Europy Północnej i Wschodniej przede wszystkim na energię dla celów grzewczych. Dlatego w wielu krajach europejskich i w Polsce podejmowane są działania zmierzające do racjonalizacji wykorzystania energii, zastosowania jej odnawialnych źródeł i wdrażania nowych, wysokoefektywnych technologii. Jednym z rezultatów tych działań, spełniającym jednocześnie wszystkie wymienione kryteria są budynki pasywne (Firląg 2005).

Wprowadzenie Budynek pasywny, to budynek, w którym warunki komfortu cieplnego mogą być osiągnięte bez zastosowania aktywnych systemów grzewczych lub klimatyzacyjnych. Dom ogrzewany jest w sposób pasywny oraz poprzez dogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Uwarunkowane jest to sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło, nieprzekraczającym 15 kWh/ m2a (Feist 1988). Osiągnięcie tak niskiego poziomu zapotrzebowania na ciepło nie może się wiązać ze wzrostem zużycia innych nośników energii (na przykład energii elektrycznej).

Dlatego też całkowita ilość energii pierwotnej zużywanej przez budynek pasywny nie może być większa niż 120 kWh/m2a. Pod pojęciem energii pierwotnej kryje się całkowita ilość energii zawartej w paliwie, które musi zostać spalone, aby pokryć zapotrzebowanie budynku na cele grzewcze, przygotowanie ciepłej wody

użytkowej, pracę urządzeń elektrycznych i oświetlenia.

W budynku pasywnym rolę instalacji grzewczej pełni instalacja wentylacyjna i to jej zadaniem jest zapewnienie komfortu cieplnego poprzez dostarczenie ciepła do pomieszczeń za pomocą ogrzanego powietrza (Panek, Firląg 2004). Z uwagi na to, iż temperatura nawiewanego powietrza nie może być wyższa od 52°C (by uniknąć przypiekania kurzu w nagrzewnicy i w kanałach wentylacyjnych), a nawiewany strumień powietrza przyjmowany jest na poziomie 1 m3/m2 powierzchni użytkowej budynku (kryterium higieniczne i energetyczne) wynika, że maksymalna moc grzewcza, która może być dostarczona przez instalację wentylacyjną wynosi 10 W/m2. Stąd kolejne kryterium energetyczne – zapotrzebowanie na moc grzewczą w budynku pasywnym nie może przekraczać 10 W/m2.

Podsumowując: budynek pasywny zużywa na cele grzewcze siedmiokrotnie mniej energii w

Rys. 1. Porównanie całkowitego zapotrzebowania na energię dla budynków mieszkalnych (źródło Passivhaus Institut, Darmstadt)

42

porównaniu do budynku wybudowanego zgodnie z obowiązującymi normami. Osiągnięcie tak niskiego standardu energetycznego jest możliwe poprzez zapewnienie doskonałej izolacyjności cieplnej oraz szczelności przegród zewnętrznych budynku, zastosowanie instalacji wentylacyjnej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła, pozyskiwanie ciepła w sposób pasywny oraz z odnawialnych źródeł energii. Jednym z najważniejszych elementów budynku pasywnego, mającym wpływ na całkowity bilans energetyczny budynku oraz komfort użytkownika jest odpowiedni projekt przeszkleń i zastosowanie okien o odpowiednich parametrach. Rolą okien w budynku pasywnym jest: • ograniczenie strat ciepła przez przenikanie i minimalizacja zużycia energii na ogrzewanie, • pozyskanie w sposób pasywny zysków ciepła od promieniowania słonecznego, • zapewnienie odpowiednio wysokiej temperatury powierzchni wewnętrznej okna, w

Rys. 2. Miejsce okien w bilansie energetycznym budynku pasywnego

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynkach pasywnych – funkcje, wymagania, bilans energetyczny, komfort cieplny celu zagwarantowania komfortu cieplnego mieszkańcom budynku oraz uniknięcia kondensacji wilgoci.

Aby uzmysłowić sobie jak ważną rolę w budynku pasywnym pełnią odpowiedniej jakości okna, należy zwrócić uwagę na miejsce okien w bilansie energetycznym budynku pasywnego.

Poniższy wykres przedstawia ogólne wyniki obliczeń energetycznych wykonanych przez Instytut Budynków Pasywnych w Warszawie dla jednorodzinnego budynku pasywnego, który ma wkrótce powstać w okolicach Wrocławia. Udział start ciepła przez okna w prezentowanym bilansie energetycznym budynku jest ogromny i wynosi 45%, przy jedynie 11% udziale w całkowitej powierzchni przegród zewnętrznych. Dla porównania w tradycyjnym budynku jednorodzinnym udział start ciepła przez okna wynosi zwykle około 12%. Z drugiej strony, zyski ciepła od promieniowania słonecznego docierające do wnętrza budynku przez okna, pokrywają aż 44% sezonowego zapotrzebowania na ciepło dla budynku. Widać więc wyraźnie, że spełnienie wymagań energetycznych nie jest możliwe bez zastosowania okien o odpowiedniej jakości.

Warto także nadmienić, że bilans energetyczny budynku pasywnego jest niezwykle trudny do zrównoważenia i szczególnie wrażliwy na parametry okien.

Wymagania dla okien w budynku pasywnym W świetle wymagań stawianych oknom przez Instytut Budynków Pasywnych w Darmstadt (Feist 1998), okna dla budynków pasywnych powinny charakteryzować się: • całkowitym współczynnikiem przenikania ciepła dla okna nie wyższym niż 0,8 W/m2K, • całkowitym współczynnikiem przenikania ciepła dla okna zabudowanego nie wyższym niż 0,85 W/m2K, • współczynnikiem przepuszczalności promieniowania słonecznego g powyżej 50%.

Dla osiągnięcia wspomnianej wyżej wartości współczynnika przenikania ciepła, współ-

czynnik przenikania ciepła dla szklenia powinien się zawierać w przedziale 0,6-0,7 W/m2K, dla ramy 0,7-0,8 W/m2K, a współczynnik przenikania ciepła konstrukcyjnego mostka cieplnego na styku szklenie-rama powinien wynosić nie więcej niż 0,1 W/mK. Wymagania odnośnie współczynnika przenikania ciepła dla okna w budynku pasywnym są więc wyższe niż aktualnie obowiązujące, sformułowane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

W budynku tradycyjnym nawiew powietrza do budynku (w systemach wentylacji naturalnej) zachodzi głównie przez nieszczelności w stolarce okiennej. W budynku pasywnym okna nie biorą udziału w procesie wentylacji. Strumień świeżego powietrza w ilości spełniającej wymagania higieniczne jest dostarczany przez system wentylacji mechanicznej nawiewnowywiewnej. W celu ograniczenia strat ciepła konstrukcja budynku powinna być jak najbardziej szczelna, by uniknąć niekontrolowanej infiltracji (oraz eksfiltracji) powietrza do budynku. Zapewnienie odpowiedniej szczelności dotyczy także okien, a w szczególności połączenia ościeżnicy z ościeżem. Szczelność w budynku pasywnym jest zachowana, jeśli współczynnik n50 wyznaczony na podstawie testu przeprowadzonego zgodnie z normą PN EN 13892 Właściwości cieplne budynków.

Określanie przepuszczalności powietrznej budynków. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora nie przekracza 0,6 wymiany powietrza w budynku na godzinę.

Konstrukcja okna pasywnego Okno pasywne zawdzięcza swą doskonałą charakterystykę energetyczną odpowiedniej konstrukcji. Jest to zazwyczaj okno z potrójnym szkleniem, w którym przestrzeń między szybami wypełniona jest gazem szlachetnym (argon, krypton). Ponadto szyby pokryte są powłoką niskoemisyjną w celu ograniczenia strat ciepła drogą promieniowania od szyby do otoczenia.

Rys. 4. Bilans słonecznych zysków ciepła (źródło Passivhaus Institut, Darmstadt)

Zwykle pokryta powłoką niskoemisyjną jest zewnętrzna powierzchnia szyby wewnętrznej oraz wewnętrzna powierzchnia szyby zewnętrznej. To rozwiązanie przyjmuje się za bardzo korzystne w klimacie chłodnym, dla pozyskania zysków od słońca w sezonie grzewczym i ograniczenia strat ciepła przez okna. Rzadziej spotykanym rozwiązaniem jest pokrycie niskoemisyjne tylko jednej szyby (zwykle stosowane dla okien z podwójnym szkleniem). Wewnętrzna strona szyby zewnętrznej pokryta jest powłoką ograniczającą ucieczkę ciepła drogą promieniowania z pomieszczenia do otoczenia. Ramka dystansowa, newralgiczny element każdego okna odpowiadający za powstawanie mostka cieplnego na styku szklenia z ramą okienną, jest wykonana z materiału o niskiej przewodności cieplnej,

Rys. 3. Uproszczony bilans energetyczny okna

zazwyczaj z tworzywa sztucznego, bądź z bardzo cienkiego metalu, by straty ciepła tą drogą były także jak najmniejsze. Dodatkowo ramka dystansowa jest znacznie głębiej osadzona w ramie okiennej, niż w przypadku standardowego okna. Profil okienny jest przynajmniej pięciokomorowy, dodatkowo ocieplony materiałem izolacyjnym.

Bilans energetyczny Uproszczony bilans energii okna jest przedstawiony na rys. 3. Strata energii przez okno zachodzi na drodze przenikania Qp i jest tym

Rys. 5. Bilans energetyczny okna w budynku pasywnym w zależności od jego orientacji (źródło Passivhaus Institut, Darmstadt)

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

43

Marcin Idczak, Szymon Firląg większa im wyższy współczynnik przenikania ciepła okna U. Zyski ciepła od promieniowania bezpośredniego QDIR (z kierunku położenia słońca na horyzoncie) oraz od promieniowania rozproszonego QDIF (bezkierunkowego) są uzależnione od współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego g. Określa on jaki udział promieniowania słonecznego dociera do wnętrza budynku, a jaka jego część jest przez szybę odbijana i absorbowana. Łatwo więc zauważyć, że w budynku pasywnym powinniśmy stosować okna o jak najmniejszym współczynniku przenikania ciepła oraz o stosunkowo wysokim współczynniku g dla pozyskania zysków solarnych.

Obok ograniczenia strat ciepła, okno w budynku pasywnym ma za zadanie pozyskanie maksymalnej ilości promieniowania słonecznego w sezonie grzewczym. Dostępna ilość promieniowania słonecznego w Polsce nie dorównuje ilości promieniowania możliwej do pozyskania w krajach śródziemnomorskich, jednak w sezonie grzewczym na jeden metr kwadratowy południowo zorientowanej fasady budynku zlokalizowanego w Warszawie pada około 385 kWh energii. Jest to ilość ciepła, która odpowiada ilości energii uzyskanej ze spalenia 38 litrów oleju opałowego. Niestety w sposób efektywny jesteśmy w stanie wykorzystać jedynie część zysków ciepła od słońca. Rys. 4 przedstawia bilans energii okna o orientacji południowej dla danych pogodowych dla Warszawy z uwzględnieniem start promieniowania cieplnego: • przeciętnie około 20% strumienia promieniowania słonecznego nie dociera do powierzchni okna z uwagi na jego zacienienie spowodowane zagłębieniem w świetle murów, bądź też przez okap, czy przesłaniające horyzont budynki, drzewa, etc, • kolejne 5% promieniowania jest tracone z powodu zanieczyszczenia powierzchni szyby, • około 15% promieniowania słonecznego odbija się od powierzchni szyby (przy wysokich wartościach kąta padania promieni słonecznych), • przeciętnie około 30% całkowitej powierzchni okna stanowi rama okienna, • 50% promieniowania słonecznego zostanie zatrzymane przez szybę ze względu na jej właściwości fizyczne (współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego g), • ilość padającej na powierzchnię okna energii należy jeszcze pomniejszyć o 5% z uwagi na to iż słoneczne zyski ciepła nie są całkowicie wykorzystywane w okresach przejściowych.

Ostatecznie efektywnie wykorzystane w sezonie grzewczym słoneczne zyski ciepła przez okno od strony południowej przewyższą

44

nieznacznie straty ciepła przez przenikanie (dla okna o współczynniku U=0,8 W/m2K), a zysk wynosi około 8 kWh/m2 okna. Wydaje się, że jest to wartość niewielka, jednak przy tak niskim sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło w budynku pasywnym (15 kWh/m2 powierzchni użytkowej), nawet niewielki zysk ciepła netto ma duże znaczenie dla „zamknięcia” bilansu energetycznego.

Prowadzone badania dowiodły, że jedynie okna usytuowane od strony południowej oraz południowo-wschodniej i południowo-zachodniej mogą mieć pozytywny bilans energetyczny. Straty ciepła przez przenikanie przez 1 m2 okna na każdej z fasad będą miały taką samą wartość, natomiast solarne zyski ciepła są mocno uzależnione od orientacji okna. Dlatego też w budownictwie pasywnym stosuje się fasady południowe z dużymi powierzchniami przeszkleń w celu maksymalnego pozyskania zysków ciepła od słońca, natomiast unika się, w miarę możliwości, stosowania okien na pozostałych fasadach budynku. Choć okna na pozostałych fasadach będą miały ujemny bilans energetyczny w sezonie grzewczym, przy projektowaniu budynku nie należy zapominać o zapewnieniu dostępu światła dziennego i walorach estetycznych okien. Rys. 5 przedstawia bilans energetyczny okna w budynku pasywnym w sezonie grzewczym (dane pogodowe dla Warszawy), o współczynniku przenikania ciepła 0,7 W/m2K, współczynniku g=0,5 oraz wymiarach 1,23x1,48 m, w zależności od jego orientacji.

grody, tym intensywniejsza wymiana ciepła).

Duże powierzchnie przeszkleń są tymczasem często stosowanym rozwiązaniem w budynkach pasywnych. Dla zachowania komfortu cieplnego przyjmuje się, że różnica pomiędzy temperaturą wewnętrznych powierzchni przegród otaczających organizm człowieka nie powinna przekraczać 3 K. Inaczej sformułowany warunek mówi, że komfort cieplny jest zachowany, jeśli średnia temperatura wewnętrznych powierzchni przegród w pomieszczeniu jest najwyżej 2 K niższa od temperatury powietrza wewnętrznego. Średnią temperaturę wewnętrznych powierzchni przegród oblicza się ze wzoru:

gdzie: F – powierzchnia i-tej przegrody [m2], t – temperatura wewnętrznej powierzchni i-tej przegrody [°C].

W tradycyjnym budynku z oknami typowymi, temperatura na wewnętrznej powierzchni okna często spada poniżej 15°C, mogąc wywoływać uczucie dyskomfortu. Dlatego też dla zachowania komfortu cieplnego grzejniki usytuowane są zwykle pod parapetem okiennym, dla zbilansowania radiacyjnej wymiany ciepła.

W budynku pasywnym komfort cieplny ma być zapewniony jedynie poprzez dogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Nie przewiduje się stosowania grzejników. Z uwagi na to bardzo

Rys. 6. Zdjęcie termowizyjne powierzchni okna od strony wewnętrznej: lewa strona – okno w budynku pasywnym; prawa strona – okno w budynku tradycyjnym (źródło Passivhaus Institut, Darmstadt)

Komfort cieplny Pomiędzy każdymi dwoma ciałami o różnych temperaturach dochodzi do wymiany ciepła drogą promieniowania cieplnego (długofalowego). Jeśli ciało człowieka otaczają powierzchnie o znacznie różniących się temperaturach, z których każda bierze udział w radiacyjnej wymianie ciepła z organizmem, możliwe jest odczucie dyskomfortu cieplnego wywołane asymetrią promieniowania cieplnego. Najczęstszym problemem będą zimne wewnętrzne powierzchnie przegród zewnętrznych – ścian, bądź okien, w szczególności o dużej powierzchni, które będą upustem promieniowania cieplnego dla organizmu człowieka (im większa powierzchnia prze-

ważne jest zastosowanie okien o wysokiej charakterystyce energetycznej, dzięki którym temperatura na wewnętrznej powierzchni okna nie spadnie poniżej gwarantowanego poziomu zapewniającego komfort cieplny organizmu człowieka. To właśnie głównie z kryterium komfortu cieplnego wynika warunek maksymalnej wartości współczynnika przenikania ciepła dla okna 0,8 W/m2K. W budynku pasywnym nawet przy niskich wartościach temperatury zewnętrznej, temperatura wewnętrznej powierzchni szyby nie spadnie poniżej 17°C, dzięki czemu przeszklenia mogą zajmować duże powierzchnie fasad od podłogi do sufitu, nie wywołując odczucia dyskomfortu.

Na rys. 6 przedstawione zostały zdjęcia termowizyjne powierzchni okna w budynku

WYDANIE SPECJALNE

Okna w budynkach pasywnych – funkcje, wymagania, bilans energetyczny, komfort cieplny

Kondensacja wilgoci Częstym i uciążliwym problemem, jeśli chodzi o okna typowe jest kondensacja wilgoci na jego wewnętrznej powierzchni. Kondensacja zachodzi najczęściej w miejscu styku szklenia z ramą okienną, gdzie powstaje liniowy mostek cieplny. W tym miejscu temperatura na wewnętrznej powierzchni okna jest najniższa.

Przykładowo dla okna o współczynniku przenikania ciepła na poziomie 1,6 W/m2K, przy temperaturze zewnętrznej -10°C, temperatura w tym punkcie będzie wynosiła około 5°C. Dla typowej temperatury wewnątrz pomieszczenia 20°C, kondensacja wilgoci wystąpi już przy wilgotności względnej powietrza o wartości

właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku. Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody obliczania. Dla okien spełniających wymagania budownictwa pasywnego, charakteryzujących się tak niskim współczynnikiem przenikania ciepła, problem kondensacji wilgoci nie występuje. Dzięki odpowiednim rozwiązaniom konstrukcyjnym poprzeczny profil izoterm wykazuje równomierny rozkład temperatur po wewnętrznej stronie okna i eliminację mostka cieplnego na styku szklenia z ramą okienną.

Uwagi odnośnie obliczeń energetycznych i projektowania przeszkleń w budynkach pasywnych W procesie projektowania budynku pasywnego konieczne jest dokładne i staranne przeprowadzenie obliczeń energetycznych. Przy tak niskim zapotrzebowaniu na moc grzewczą oraz sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło, nawet drobne błędy, czy też niedokładności mogą doprowadzić do poważnych problemów eksploatacyjnych. Obliczenia energetyczne są szczególnie ważne dla okien. Jak wspomniano wcześniej, okna odpowiadają za największe straty ciepła w budynku pasywnym, za pomocą

Rys. 7. Obliczanie całkowitego współczynnika przenikania ciepła okna (źródło Passivhaus Institut, Darmstadt)

30%. Kondensacja wilgoci jest zjawiskiem wielce niekorzystnym, gdyż prowadzi do niszczenia przegród budynku, obniżenia ich parametrów wytrzymałościowych i cieplnych, ponadto umożliwia rozwój pleśni i grzybów, co może mieć negatywny wpływ na samopoczucie i zdrowie ludzi. Zgodnie z postanowieniami Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie przegrody zewnętrzne powinny zapewniać zachowanie temperatury o 1 K wyższej na wewnętrznej powierzchni przegrody, niż temperatura punktu rosy dla warunków panujących w pomieszczeniu. Szczegółowe postanowienia na ten temat oraz metoda obliczeniowa jest podana w normie PN EN ISO 13788 Cieplnowilgotnościowe

okien realizowane są także zyski ciepła od promieniowania słonecznego.

Współczynnik przenikania ciepła dla okna obliczany jest na podstawie normy PN EN 10077 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Zgodnie z uproszczoną metodą podawaną przez tę normę, współczynnik przenikania ciepła jest ważoną średnią wartością współczynników przenikania ciepła dla szklenia oraz ramy z uwzględnieniem mostka cieplnego na styku szklenie-rama okienna. Przy obliczaniu okien w budynkach pasywnych konieczne jest jednak także uwzględnienie w obliczeniach mostka cieplnego powstałego na styku ościeżnica-ościeże. Tak policzony współczynnik przenikania ciepła, nie może być wyższy niż 0,85 W/m2K:

gdzie: U – całkowity współczynnik przenikania ciepła dla okna z zabudową [W/m2K], Ug – współczynnika przenikania ciepła dla szklenia [W/m2K], Uf – współczynnik przenikania ciepła dla ramy [W/m2K], Ag – powierzchnia szklenia [m2], Af – powierzchnia ramy [m2], ψg – współczynnik przenikania ciepła konstrukcyjnego mostka cieplnego na styku ramaszklenie [W/mK], sg – długość konstrukcyjnego mostka cieplnego na styku ramaszklenie [m], ψf – współczynnik przenikania ciepła konstrukcyjnego mostka cieplnego na styku ościeżnica-ościeże [W/mK], sf – długość konstrukcyjnego mostka cieplnego na styku ościeżnica-ościeże [m].

Ze względów energetycznych bardziej korzystne jest projektowanie w budynku pasywnym okien o dużych powierzchniach przeszkleń, przy jak najmniejszym udziale powierzchniowym ramy okiennej. Dzięki temu uzyskamy większe

Rys. 8. Przykład wpływu udziału powierzchni ramy w całkowitej powierzchni okna na jego bilans energetyczny

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

45

dokończenie na s. 49

tradycyjnym oraz w budynku pasywnym. Obie fotografie zostały wykonane w warunkach temperatury zewnętrznej -5°C oraz temperaturze wewnątrz pomieszczenia 20°C. Rozkład temperatury na powierzchni okna w budynku pasywnym jest równomierny. Mostki cieplne na styku szklenie-rama oraz przy połączeniu ościeżnicy z ościeżem zostały wyeliminowane.

W przypadku okna w budynku tradycyjnym temperatura powierzchni okna spada poniżej 14°C, widoczne są mostki ciepła, w szczególności ponad oknem, powstałe w wyniku niewłaściwego zainstalowania okna oraz rolet.

Artur Piekarczuk

Projektowanie szyb zespolonych W zakresie projektowania konstrukcji ze szkła budowlanego istnieje kilka metod [1], [2], [10] (metoda naprężeń dopuszczalnych, DELR, Siberta, Shena, GFPM, ASTM E1300, CAN/CGS 12.20) Wśród nich znajduje się projekt normy europejskiej prEN13474. Jest to jedyny europejski dokument, który formalizuje zagadnienia dotyczące metod obliczeń i kryteriów oceny tafli ze szkła. Norma prEN 13474-1 [5] dotyczy podstawowych zasad projektowania, norma prEN 13474-2 [6] projektowania tafli szkła pod obciążeniem równomiernie rozłożonym.

Niestety normy te nie wyszły z fazy projektu, co znacząco utrudnia ich wdrożenie do praktyki inżynierskiej. Sposób projektowania zestawiony w prEN13474 przyjmowany jest w ograniczonym zakresie w postanowieniach krajowych np. w niemieckim wytycznych [11].

Zasady projektowania ujęte w tych normach – pomimo braku formalnych podstaw – są wykorzystywane w praktyce inżynierskiej i często stanowią podstawę do obliczeń tafli szklanych, w tym również szyb zespolonych Obliczanie ugięcia i nośności szyb zespolonych polega na wyznaczeniu obciążeń przypadających na poszczególne tafle szkła szyby zespolonej a następnie obliczeniu ugięć oraz naprężeń przy zginaniu oddzielnie dla tych tafli szkła. Kryterium oceny ugięć i naprężeń determinuje przeznaczenie oszklenia i rodzaj zastosowanego szkła.

Obciążenia wyznacza się zgodnie z zasadami zestawionymi w PN-EN 1990:2004 [7]. W obliczeniach obowiązuje metoda stanów granicznych, w której do wyznaczania ugięć stosuje się obciążenia charakterystyczne ustalone na podstawie odpowiedniej normy przedmiotowej a do obliczeń nośności stosuje się obciążenia obliczeniowe (charakterystyczne przemnożone przez częściowy współczynnik bezpieczeństwa).

W przypadku szyb zespolonych stosowanych do szklenia okien lub ścian osłonowych podstawowym obciążeniem jest obciążenie wiatrem.

Projekty normy prEN 13474-1 [5] i prEN 13474-2 [6] odnoszą się do obciążeń ustalanych na podstawie eurokodów, w również do normy PNEN 1991-1-4 [8]. W związku z tym, w przypadku projektowania okiennych i ściennych szyb zespolonych według norm [5] i [6], do ustalania obciążeń powinna być stosowana norma [8].

Tablica 1 Kombinacje obciążeń [6]

Zalecenia normy prEN 13474-2 [6] dotyczące kombinacji obciążeń zestawiono w tablicy 1.

Metoda obliczeń przedstawiona w prEN 13474-2 [6], oparta jest na nieliniowej metodzie analiz dla płyt cienkich. Wzory do wyznaczania nagięć (7) i naprężeń (9) zawierają odpowiednie stablicowane współczynniki (k2, k4), które w funkcji obciążenia znormalizowanego (8) i wymiarów oszklenia określają zakres nieliniowości. Ścisłe rozwiązania analityczne modeli nieliniowych jest dosyć skomplikowane, a przy złożonych warunkach podparcia używa się przybliżonych metod rozwiązania (np. metody Ritza lub Galernika [3]) lub metod numerycznych metody elementów skończonych (MES).

Nieliniowe metody analiz wymagają przeprowadzenia co najmniej kilku iteracji zanim zostanie osiągnięta rozwiązanie zadania. W metodzie obliczeń przedstawionej w prEN 13474-2 [6] iteracje wykonuje się na etapie ustalania rozdziału obciążeń na poszczególne tafle szkła szyby zespolonej, a następnie podczas wyznaczaniu ugięcia i naprężeń przy zginaniu.

W przypadku jednego obciążenie zmiennego (obciążenie wiatrem) działającego na zewnętrzną taflę szkła, obciążenia przypadające na poszczególne tafle szkła szyby zespolonej powinny być ustalane na podstawie zależności: • dla zewnętrznej tafli szkła (od strony obciążenia):

•

na wewnętrzną taflę szkła:

Gdzie: δ1, δ2, - współczynniki sztywności tafli szkła szyby zespolonej, wg zależności (3) i (4) Gk – obciążenie stałe, Qk – obciążenie zmienne, Φ – współczynnik sprzężenia.

Współczynnik sztywności dla tafli zewnętrznej (od strony obciążenia wiatrem):

Współczynnik sztywności dla tafli wewnętrznej:

Gdzie: h1 – grubość zewnętrznej (od strony obciążenia) tafli szkła szyby zespolonej, h2 – grubość wewnętrznej tafli szkła szyby zespolonej W zależności (1) i (2) występuje współczynnik wprzężenia φ (5), który stanowi pierwszy stopień iteracji i jest on zastosowany przy rozdziale obciążenia. W tym miejscu należy założyć wielkość deformacji szyby zespolonej.

Z reguły na tym etapie obliczeń jest on nieznany, stąd zakłada się, że początkowo deformacja jest nieznaczna, tj. nie przekracza grubości tafli szkła.

Gdzie: a – szeroko długość krótszego boku szyby zespolonej, ã – charakterystyczna długość krótszego boku szyby zespolonej krawędzi wg (6)

46

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie szyb zespolonych To jest pierwszy krok iteracji, więc nie można tu założyć modelu nieliniowego (nieznanego na tym etapie), bo może to prowadzić do rozbieżności iteracji czyli braku prawidłowo rozwiązania. Konsekwencją tego założenia jest przyjęcie liniowego modelu obliczeń. Norma prEN 13474-2 [6] zakłada, że obliczenia liniowe można wykonywać dla ugięć nie przekraczających połowy grubości płyty (inne źródła [5] podają całkowitą grubość płyty). W takim przypadku współczynnik k5 we wzorze (6) należy przyjmować z tablicy 2 jak dla obciążenia znormalizowanego p*=0.

Tablica 2. Współczynnik k5 [6] (fragment tablicy)

Tablica 3. Współczynnik k4 [6] (fragment tablicy)

Gdzie: s – szerokość ramki szyby zespolonej, k5 – współczynnik wg tablicy 2, h1, h2 – jak we wzorze (3) i (3), Tablica 4. Współczynnik k2 [6] (fragment tablicy)

Po ustaleniu wartości obciążeń przypadających na poszczególne tafle szkła szyby zespolonej Fd (wg zależności (1) i (2)), należy przystąpić do obliczeń ugięć i naprężeń przy zginaniu osobno dla każdej tafli.

Dla szyby prostokątnej ze szkła litego podpartej na obwodzie, wartość maksymalnego ugięcia należy wyznaczać wg zależności:

Gdzie: Fkd,i – obciążenie charakterystyczne przypadające na poszczególną taflę szkła, a – krótsza krawędź szyby, E = 70 000 MPa moduł sprężystości podłużnej szkła, k4 - współczynnik wg tablicy 3, hi, – i =1, 2 jak we wzorze, (3) i (4).

Współczynnik k5 należy przyjmować na podstawie wymiarów szyby w zależności od stosunku boków (a/b) oraz obciążenia znormalizowanego wg (8):

dotyczy obciążenia charakterystycznego w stanie granicznym użytkowalności.

Podobnie postępuje się w przypadku wyznaczania naprężeń efektywnych przy zginaniu:

Gdzie: Fd,i – obciążenie obliczeniowe przypadające na poszczególną taflę szkła, a – krótsza krawędź szyby, E = 70 000 MPa moduł sprężystości podłużnej szkła, k2 – współczynnik wg tablicy 4 Wartość obciążenia przypadającego na poszczególne tafle szkła szyby zespolonej występująca we wzorze (9), dotyczy obciążenia obliczeniowego w stanie granicznym nośności.

Gdzie: Fd,i – obciążenie charakterystyczne (wg tabl. 1, zależności (1) i (2)), E, a, hi – jak we wzorze (7)

Naprężenie efektywne wyznaczone wg wzoru (9) odniesione jest do środka rozpiętości tafli szkła.

Po wyznaczeniu ugięcia i naprężeń efektywnych przy zginaniu (wg (7) i (9)) należy sprawdzić warunki stanu granicznego nośności i użytkowalności na podstawie odpowiednich kryteriów oceny.

Dla użytkowalności powinien być spełniony warunek:

Gdzie: wmax – maksymalne ugięcie wg (7), wd – ugięcie dopuszczalne.

Kryterium oceny ugięcia dla przeszkleń pionowych dla szyb zespolonych wynosi:

Tablica 5 Wytrzymałość szkła przy zginaniu [10], [11]

W tym miejscu obliczeń (w przypadku ugięć) wykonuje się drugi stopień iteracji, tym razem oparty na analizie nieliniowej, której charakter odzwierciedla wartość obciążenia znormalizowanego p* od 5 do 500 (wartości pośrednie mogą być interpolowane). Wartość obciążenia przypadającego na poszczególne tafle szkła litego szyby zespolonej występująca we wzorze (7),

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

47

Artur Piekarczuk wd≤a/200 wg [9] lub wd≤a/300 [10]. Kryterium ugięcia może być ustalane indywidualnie Dla nośności powinien być sprawdzony warunek:

Gdzie: σef – naprężenie efektywne wg (9), fg,d – naprężenie dopuszczalne przy zginaniu (wg (12) lub (13)) Naprężenie dopuszczalne szkła hartowanego i półhartowanego przy zginaniu [1], [5] należy wyznaczać wg zależności:

Nośność obliczeniową szkła float przy zginaniu należy wyznaczyć wg zależności:

• • • • • • • • • • • •

Gdzie: ƒb,k – charakterystyczna wytrzymałość szkła (5% kwantyl), dla szkła float, ƒb,k = ƒg,k, dla szkła wzmocnionego termicznie ƒb,k = 70 MPa oraz dla szkła hartowanego ƒb,k = 120 MPa, ƒg,k – charakterystyczna wytrzymałość szkła float (5% kwantyl) ƒg,k = 45 MPa, γV – częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla naprężeń ƒg,k, γV = 2,3; γM – częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla naprężeń powstałych w wyniku hartowania, γM = 1,8, γn – częściowy współczynnik bezpieczeństwa wg ustaleń krajowych γn = 1,0, kA – współczynnik efektu skali kA = A 0,04 dla powierzchni bazowej Atest = 1,0 m2; A – powierzchnia elementu kmod – współczynnik czasu trwania obciążenia i warunków środowiskowych określonych dla najbardziej znaczącego obciążenia w kombinacji dla obciążenia wiatrem kmod = 0,72.

Wykres 1. Wyniki badań i obliczeń szyby zespolonej o wymiarach 2,9x3,3 m

Szyba zespolona zaprojektowana jest poprawnie gdy spełnione są warunki ugięcia (10) i nośności (11) jednocześnie dla dwóch tafli szkła.

Przykład: Szyba pojedyncza grubości h=12 mm, wymiar 2x2 m. Obciążenie wiatrem 2,0 kPa=0,002 MPa, E= 70000 MPa. Stosunek boków a/b=1,0 a) ugięcie maksymalne Obciążenie znormalizowane (wg (8)):

Przedstawiony wyżej sposób obliczania dotyczy tylko szyb prostokątnych podpartych na obwodzie obciążanych wiatrem. Normy prEN 13474-1 [5] i prEN 13474-1 [5] obejmują szereg innych przypadków np. dotyczących obciążenia izhorycznego, różnych kształtów fafli szkła oraz różnych sposobów ich podparcia.

Z tablicy 3 dla a/b=1 oraz p*=22 przyjmuje się (na podstawie interpolacji) współczynnik k4=0,040

Alternatywnie można przyjąć wytrzymałości obliczeniowe szkła przy zginaniu wg tablicy 5.

Metody obliczeń w zakresie ugięć i naprężeń przy zginaniu przedstawione w normie prEN 13474-2 [6], mogą być zastąpione obliczeniami numerycznymi. Poniżej przedstawiono przykład, w którym porównano wyniki obliczeń wg prEN 13474-2 [6] z wynikami obliczeń numerycznych MES.

Ugięcie (wg (7)):

Wynik obliczeń numerycznych metodą nieliniową w postaci map ugięcia przedstawia rys. 1. Maksymalne ugięcie z obliczeń MES wynosi 10,7 mm W przypadku zastosowania analizy liniowej, maksymalne ugięcie wynosi 12,2 mm b) Naprężenie przy zginaniu

Rys. 1. Wyniki obliczeń MES. Maksymalne ugięcie

48

Rys. 2. Wyniki obliczeń MES. Maksymalne naprężenie

Współczynnik z tablicy 4 wynosi k2=0,232 (obciążenie znormalizowane jak w pa)). Naprężenie efektywne wg (9) wynosi:

WYDANIE SPECJALNE

Projektowanie szyb zespolonych

dokończenie ze s. 45

Wynik obliczeń numerycznych metodą nieliniową w postaci map ugięcia przedstawia rys. 2.

W przypadku zastosowania analizy liniowej, maksymalne naprężenie wynosi 15,3 MPa. Maksymalne naprężenie przy zginaniu z obliczeń nieliniowych MES wynosi 14,4 MPa. Wyniki obliczeń są bardzo zbliżone, tj. ugięcia są identyczne, naprężenia nie różnią się więcej niż o 10%. Rozbieżność naprężeń obliczonych numerycznie MES i wg prEN 13474-2 [6] wynika z uproszczeń przyjętych w normie. Nieliniowe obliczenia wg normy prEN 13474-2 [6] i MES mogą być stosowane zamiennie, jednak należy tu pamiętać o interpretacji wyników obliczeń naprężeń wg normy, gdyż dotyczą one środka rozpiętości szyby i nie powinny być odnoszone do maksymalnych występujących w modelu (np. w narożach).

Istotnym elementem w projektowaniu szyb zespolonych jest uwzględnienie nieliniowych

zyski ciepła od słońca, a jednocześnie niższy całkowity współczynnik przenikania ciepła dla okna. To właśnie rama okienna oraz mostek ciepła na połączeniu szklenie-rama są słabym punktem okna, jeśli chodzi o jego charakterystykę cieplną, dlatego należy dążyć do zmniejszenia udziału ich powierzchni w całkowitej powierzchni okna. Przykładowo, dla okna o wymiarach 400x250 cm, udział powierzchni ramy zewnętrznej wynosi 12% całkowitej powierzchni okna (rys. 8). Przy wprowadzeniu ślemion i słupków do konstrukcji okna, udział powierzchni ramy wzrasta do 29%. Zyski ciepła od słońca będą więc mniejsze o około 20%. Ponadto współczynnik przenikania ciepła dla okna bez zabudowy w pierwszym przypadku wyniesie 0,74 W/m2K, podczas gdy w drugim będzie miał wartość 0,89 W/m2K. Starty ciepła przez przenikanie wzrosną więc o około 20%.

Zyski słoneczne w ciągu lata W naszej szerokości geograficznej ilość promieniowania słonecznego jest w sezonie

analiz zwłaszcza w przypadku szyb o dużych wymiarach. Przykład wpływu sposobu analizy na wynik obliczeń przedstawia wykres. 1 Wykres 1 przedstawia wyniki badań ugięć i obliczeń szyby zespolonej 10/12/44.2 o wymiarach 2,9x3,3m pod obciążeniem wiatrem. Badania przeprowadzono w laboratorium zakładowym w Holandii pod nadzorem ITB. Na wykresie widoczne są wyniki obliczeń w zakresie liniowym (linie proste), wyniki badań (linie zakrzywione ciągłe) i obliczeń nieliniowych (linie zakrzywione przerywane). Przebieg wyników badań i obliczeń nieliniowych jest zgodny.

Przy 1000Pa jest prawie dwukrotna różnica między wynikami obliczeń liniowych a wynikami obliczeń nieliniowych i badaniami. Oznacz to, że gdyby projektować szybę zespoloną na podstawie obliczeń liniowych, tafle szkła powinny mieć dwukrotnie większą grubość aby uzyskać ugięcie zbliżone do wyników badań.

Znacznie zwiększa to ciężar szyby zespolonej zwiększa koszty i zużycia materiału.

dr inż. Artur Piekarczuk Instytut Techniki Budowlanej

grzewczym niewielka, w porównaniu do ilości promieniowania słonecznego dostępnego w miesiącach ciepłych. W przypadku budynku o dużej przeszklonej powierzchni fasady południowej może więc wystąpić problem przegrzewania pomieszczeń w ciągu lata. W celu zachowania komfortu cieplnego w budynku pasywnym także w lecie zalecane jest więc stosowanie urządzeń przeciwsłonecznych. Podstawowym rozwiązaniem jest stosowanie okapów, które umożliwiają penetrację promieniowania słonecznego do wnętrza budynku w zimie, gdy słońce stoi nisko na horyzoncie, natomiast zatrzymują je w lecie, gdy słońce znajduje się wysoko. Innymi typowymi rozwiązaniami ograniczającymi dostęp promieniowania słonecznego do wnętrza budynku są rolety, żaluzje, czy też okiennice. Dla zachowania komfortu cieplnego w lecie ważne jest również, by budynek pasywny charakteryzował się stosunkowo wysoką akumulacyjnością cieplną przegród. Dzięki temu nadmierne chwilowe zyski ciepła mogą być magazynowane w ścianach budynku i wykorzystywane w później-

Literatura: [1] M. Haldimann, A. Luible, M. Overend. Structural Use of Glass. Iabse-Aipc-IVBH, ET Zurich 2008 [2] E. B. Shand. Glass Engineering Handbook. McGrawwHill Book Company, INC New York 1958 [3] M. Bijak – Żachowski. Mechanika materiałów i konstrukcji. Tom 2. Warszawa 2006. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej.

[4] Structural Behaviour of Glass Structures In Facades.

Helsinki University of Technology Laboratory of Steel Structures. Publications 27, Espoo 2003” [5] prEN 13474-1 (1999) Glass in building – Design of glass panes – Part 1: General basis of design. Draft, January 1999, [6] prEN 13474-2:2000 Glass In building – Design of glass panes – Part 2 design for uniformalu distributed load.

[7] PN-EN 1990:2004. Eurokod. Podstawy projektowania konstrukcji [8] PN-EN 1991-1-4 Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływani ogólne. Odziaływania wiatru [9] R. Ofner, Leichtbau und Glasbau, Institut für Stahlbau und Flächentragwerke Technische Universität Graz S-501/2007 [10] Structural behaviour of glass structures in facades.

Helsinki University of Technology Laboratory of Steel Structures Publications 27Teknillisen korkeakoulun teräsrakennetekniikan laboratorion julkaisuja 27Espoo 2003 [11] Technische regeln fur die verwendung von linienforming gelagerten verglasungen - Fassung September 1998 - (Mitteilungen DIBt 6/1998)

szym okresie. Wysoka bezwładność cieplna wpływa na wyrównanie profilu wahań temperatury w pomieszczeniach, co gwarantuje komfort mieszkańcom budynku.

Marcin Idczak, Szymon Firląg Instytut Budynków Pasywnych przy Narodowej Agencji Poszanowania Energii S.A. www.ibp.com.pl Bibliografia 1. Feist W., 1988, Forschungsprojekt Passive Hauser, Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt.

2. Feist W., 1998, Passivhaus-Fenester Protokollband Nr. 14, Passivhaus Institut, Darmstadt.

3. Firląg S., 2005, Passive buildings in Polish climate conditions, Proceedings of the 9. Internationale Passivhaustagung 2005, April 29-30 2005, Ludwigshafen, Germany.

4. Panek A., Firląg S., 2004, Wentylacja w budynkach pasywnych, Materiały Konferencyjne VII Ogólnopolskiej Konferencji ENERGODOM 2004, 11-13 październik 2004, Zakopane, Polska.

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

49

Jerzy Żurawski

Budynki energooszczędne i osłony przeciwsłoneczne – wybrane wymagania prawne Ograniczanie zużycia energii jest dziś działaniem społecznie pożądanym, wręcz obowiązkowym, i dotyczy wszystkich dziedzin życia. Budownictwo, wg danych Unii Europejskiej, jest najbardziej energochłonną częścią gospodarki.

Według danych europejskich odpowiada za 41% całkowitego zużycie energii. Z tego powodu branża ta powinna prowadzić działania mające na celu poprawę efektywności energetycznej z uwzględnieniem zasad zrównoważonego rozwoju na każdym etapie „życia budynku”. Poszukiwanie rozwiązań efektywnych energetycznie, ekologicznych i ekonomicznie (ocena LCA) jest dążeniem społecznie pożądanym, zgodnym z zasadami zrównoważonego rozwoju. Jak pokazuje praktyka nie jest to zadaniem łatwym.

Cechy budynków energooszczędnych Radykalne ograniczanie zużycia energii cieplnej często prowadzi do wzrostu energii potrzebnej do zapewnienia temperatury komfortu. Liczne przykłady pokazują, że ograniczanie zużycia energii na ogrzewanie nie może doprowadzić do trudności eksploatacyjnych w okresie letnim. Nadrzędnym celem nie jest zapewnienie niskiego zużycia energii a zapewnienie odpowiednich warunków użytkowych przy racjonalnie niskim poziomie zużycia energii.

Można wyszczególnić co najmniej piętnaście cech mających wpływ na jakość energetyczną budynku. Należą do nich między innymi: 1. architektura budynku, 2. izolacyjność termiczna przegród nieprzeźroczystych, 3. parametry techniczne przegród przeźroczystych w tym szyby, 4. osłony przeciwsłoneczne, 5. system grzewczy, 6. system chłodniczy, 7. OZE, 8. pojemność cieplna, 9. system sterowania i zarządzania energią, 10. oświetlenie, 11. urządzenia pomocnicze, 12. lokalizacja na działce i otoczenie, 13. zieleń w architekturze, 14. szczelność budynku, 15. mostki termiczne.

Osiągnięcie warunków komfortu przy zadowalającej efektywności energetycznej wymaga indywidualnego modelowania parametrów, tak aby ostatecznie osiągnąć optymalną charakterystykę energetyczną budynku. Celem jest budy-

50

nek energooszczędny, który powinien charakteryzować się niskim zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej – EP, będący sumą nieodnawialnej energii pierwotnej na: ogrzewanie, wentylację, chłodzenie, ciepłą wodę, urządzenia pomocnicze i oświetlenie. Nieodnawialna energia pierwotna uwzględnia energię chemiczną związaną z paliwem, energię niezbędną do wydobycia, wytworzenia i transportu do miejsca wykorzystania. Osiągnięcie wymagań prawnych w zakresie EP jest zadaniem pozornie prostym.

Nie wystarczy zaprojektować najlepszą izolacyjność przegród i efektywny energetycznie system grzewczy. Budynek można porównać do systemu naczyń połączonych. Zwiększając izolację termiczną przegród budowlanych zmniejszamy zużycie energii na ogrzewanie jednak możemy pogarszać warunki użytkowania budynku latem.

Przykładem potwierdzającym przedstawione zależności była pierwsza szkoła pasywna zrealizowana w Budzowie gdzie zapotrzebowanie na chłód jest 8 razy większe niż zapotrzebowanie na ciepło, co było powodem trudności zapewnienia warunków komfortu podczas użytkowania pomieszczeń edukacyjnych.

Nadrzędnym cele jest zapewnienie odpowiednich warunków użytkowania, dlatego poszukiwane są różnego rodzaju rozwiązania mające na celu ograniczenie zużycia energii na ogrzewanie i chłodzenie. Jednym z takich rozwiązań są osłony przeciwsłoneczne.

oraz odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych. Głównym celem jest stworzenie odpowiedniego środowiska wewnątrz w pomieszczeniach budynku, zgodnie z ich przeznaczeniem. Zagadnienia środowiska wewnętrznego opisane zostały w normie PN-EN 15251:2007 Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas. Komfort definiowany jest jako stan umysłu, w którym człowiek odczuwa równowagę pomiędzy środowiskiem otaczającym a wrażeniami psychofizycznym. Na odczucie komfortu wpływa zbiorcza kombinacja wrażeń wizualnych, słuchowych, namacalnych, wilgotnościowych i cieplnych, jakie pojawiają się w danym środowisku i które wynikają ze zmian w zakresie następujących warunków: • temperatura otaczającego powietrza, • temperatura promieniowania otaczających powierzchni, • wilgotność powietrza, • ruch powietrza, • zapachy, • zawartość CO2 oraz innych substancji, • ilość kurzu, • walory estetyczne,

Podstawowe wymagania prawne Projektowanie i budowa budynków wymaga spełnienia wymagań podstawowych. Artykuł 5 Prawa budowlanego [1] precyzuje sześć warunków podstawowych, gdzie celem nadrzędnym jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkowania

WYDANIE SPECJALNE

Budynki energooszczędne i osłony przeciwsłoneczne – wybrane wymagania prawne • • •

natężenie hałasu, oświetlenie, olśnienie.

W pierwszej kolejności o poczuci komfortu decyduje temperatura powietrza, temperatura promieniowania otaczających powierzchni oraz wilgotność powietrza. W tabelach obok zmieszczono przykładowe zalecane wartości wg PNEN 15251:2007 oraz wg PN 78/B-03421.

Clo – określa izolację termiczną odzieży niezbędną do utrzymania równowagi termicznej pomiędzy organizmem człowieka, przebywającym w pozycji siedzącej, a otoczeniem o następujących parametrach: prędkość powietrza – 0,1 m/s, temperatura powietrza i ścian 21ºC oraz wilgotność względna mniejsza niż 50%. Dla tych warunków 1 clo zestawu odzieży jest równy 0,155 m²K/W. Metody określania izolacji termicznej odzieży oraz wartości przykładowych zestawów są przedmiotem normy PN-EN 9920 Ergonomia środowiska termicznego. Ocena izolacyjności cieplnej i oporu parowania zestawu odzieżowego oraz PN-EN ISO 15831. Odzież. Właściwości fizjologiczne. Pomiar izolacyjności cieplnej z zastosowaniem manekina termicznego.

Kategoria I oznacza wysoki poziom oczekiwań dla pomieszczeń użytkowanych przez osoby bardzo wrażliwe o specjalnych wymaganiach: np. osoby niepełnosprawne, chorzy, bardzo małe dzieci i osoby starsze.

Kategoria II oznacza normalny poziom oczekiwań zalecany w przypadku nowych i modernizowanych budynków.

Tabela 1. Przykładowe, zalecane wartości obliczeniowych temperatur wewnętrznych wg PN-EN 15251:2007

Tabela 2. Przykładowe wartości clo dla różnych rodzajów odzieży

Kategoria III oznacza dopuszczalny, umiarkowany poziom oczekiwań.

Zapewnienie odpowiednich warunków użytkowania pomieszczeń wymaga spełnienia wielu warunków i decyduje o kategorii pomieszczeń. W połączeniu z racjonalizacją zużycia energii w budynku zadanie to jest inżyniersko złożone.

Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki…[2] Oprócz wymagań użytkowych budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynku użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnych, gospodarczych i magazynowych – również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane

Tabela 3. Przykładowe zalecane wartości obliczeniowych temperatur wewnętrznych wg PN-78/B-03421

Tabela 4. Wartości współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego gn wg [2]

w sposób zapewniający spełnienie następujących wymagań minimalnych: • wartość wskaźnika EP [kWh/(m2rok)] określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną jest mniejsza od wartości EP; • przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku odpowiadają przynajmniej wymaganiom izolacyjności cieplnej określonym w załączniku nr 2 do rozporządzenia oraz

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

51

Jerzy Żurawski powierzchnia okien odpowiada wymaganiom określonym w pkt. 2.1. załącznika nr 2 do rozporządzenia.

Tabela 5. Przykładowe charakterystyczne parametry dla różnych rodzajów szklenia

Maksymalną wartość wskaźnika EP określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia oblicza się zgodnie z poniższym wzorem: EP=EPH+W +∆EPC+∆EPL; [kWh/(m2· rok)] Tabela 6. Wartości współczynnika redukcji promieniowania osłon przeciwsłonecznych fc wg [2]

gdzie: EPH+W – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, ∆EPC – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby chłodzenia, ∆EPL – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby oświetlenia.

Ponadto budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. Ochronę przed przegrzewaniem budynku można realizować np. przez zastosowanie urządzeń przeciwsłonecznych.

Urządzenia przeciwsłoneczne – wymagania prawne Zgodnie z obowiązującym prawem obowiązkowe jest stosowanie osłon przeciwsłonecznych, które ograniczą zyski słoneczne ciepła w budynku latem. Okna wszystkich rodzajów budynków muszą charakteryzować się odpowiednim współczynnikiem przepuszczalności energii

całkowitej promieniowania słonecznego oraz przegród szklanych i przezroczystych, oznaczonym jako g. Wartość g liczona według wzoru g=gn·fC musi być mniejsza od 0,35, gdzie: gn – współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla typu oszklenia, którego przykładowe wartości zamieszczono w tabeli 4 i 5 , fC – współczynnik redukcji promieniowania ze względu na zastoso-

Fot. 1. Widok osłon przeciwsłonecznych wykonanych z materiałów perforowanych

52

wane urządzenia przeciwsłoneczne, w okresie letnim (tab. 6). Wartości współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla typu oszklenia gn należy przyjmować na podstawie deklaracji właściwości użytkowych okna. W przypadku braku danych wartość gn określa tabela 4.

Przyjmowanie wartości gn wg Warunków technicznych [2] prowadzi do błędnych wyników. Powszechnie stosowane szyby podwójne z powłoką selektywną legitymują się wartościami gn=0,47 do 0,63 [6]. Przy projektowaniu przegród przeźroczystych oraz charakterystyki energetycznej budynku należy stosować wartości projektowane gn odpowiadające stosowanym szybom. W tabeli 5 zamieszczono wartości gn dla różnych kombinacji zestawów szybowych wg danych producenta.

Wartości współczynnika redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne fC określa poniższa tabela 6.

Wymagań tych nie stosuje się w odniesieniu do powierzchni pionowych oraz powierzchni nachylonych więcej niż 60 stopni do poziomu, skierowanych w kierunkach od północno-zachodniego do północno-wschodniego (kierunek północny +/- 45 stopni), okien chronionych przed promieniowaniem słonecznym elementem zacieniającym, spełniającym wymagania oraz do okien o powierzchni mniejszej niż 0,5 m2. Aktualne wymagania prawne narzucają obowiązek stosowania osłon przeciwsłonecznych.

WYDANIE SPECJALNE

Budynki energooszczędne i osłony przeciwsłoneczne – wybrane wymagania prawne

Fot. 2. Okiennice występujące na budynkach mieszkaniowych w Mediolanie i Augsburgu

Osłony przeciwsłoneczne Najstarsze osłony pełniące pośrednio funkcje ochrony przeciwsłonecznej to okiennice drewniane, firanki i zasłony. Początkowo mocowane od wewnątrz, ostatnio, dzięki nowym technologiom oraz możliwościom automatycznego sterowania, instalowane również od zewnątrz. Do takich rozwiązań należą np. markizy, skriny, refleksole, folie naklejane na szyby. Znane są też rozwiązania umiejscowione w przestrzeni międzyszybowej. Od niedawana popularność zyskują urządzenia mocowane po zewnętrznej stronie elewacji, tzw. łamacze światła, nadające architekturze nowy przestrzenny charakter.

Miejsce montażu systemu osłon przeciwsłonecznych wpływa na efektywność energetyczną przesłony. Urządzenia zewnętrzne znacznie skuteczniej chronią pomieszczenia przed przegrzewaniem w okresie letnim. Ze względu na większe oddziaływanie czynników atmosferycznych muszą być odporne na warunki atmosferyczne i są zazwyczaj droższe.

Oprócz ochrony przeciwsłonecznej, chroniącej pomieszczenia przed letnim przegrzewaniem, należy także zapewnić użytkownikom, głównie pomieszczeń biurowych i użyteczności publicznej, ochronę przed olśnieniem. Ochrona przeciwsłoneczna wykonana ze specjalnych siatek (fot. 1) zwanych refleksolami, markizami lub skrinami może pełnić funkcję zarówno ochrony termicznej, jak też zabezpieczeniem przed bezpośrednim światłem słonecznym. Ochrona przed olśnieniem jest funkcją wizualną, związaną z łagodzeniem wysokiej luminancji w polu widzenia, której źródłem jest nie tylko bezpośrednie światło słoneczne, ale także światło z nieboskłonu oraz światło odbite.

warunki intymności użytkowania. W późniejszych okresach, głównie w krajach południowych, zaczęto wykorzystywać różnej budowy okiennice do ochrony wnętrz przed nadmiernym działaniem energii słonecznej.

Wraz rozwojem techniki wytwarzania szkła oraz ze zmieniającymi się trendami w architektu-

rze, zwiększającymi powierzchnię przegród przeźroczystych, zaczęto stosować inne rozwiązania pozwalające osiągnąć oczekiwane efekty. Żaluzjami listewkowymi zewnętrznymi nazywamy zasłony składające się z poziomych ruchomych listewek tworzących kurtynę, która wprawiona jest w ruch za pomocą mechanizmu

Fot. 3. Markizy nad restauracją na korcie centralnym Wimbeldonu

Rodzaje osłon przeciwsłonecznych Początkowo stosowano drewniane osłony, które pełniły wiele różnych funkcji. Chroniły wnętrza budynków przed nieproszonymi gośćmi, pełniąc funkcje zabezpieczające przed włamaniem oraz chroniły pomieszczenia, zwłaszcza nocą, przed nadmiernymi stratami ciepła, hałasem oraz stwarzały odpowiednie

Fot. 4. Markizy oraz markizolety w budynku biurowo-usługowym (Monachium)

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

53

Jerzy Żurawski

Fot. 5. Łamacze światła na budynkach użyteczności publicznej i biurowym (Londyn)

napędowego, a listewki w zależności od potrzeb mogą być przechylane oraz wciągane poprzez podniesienie i spiętrzenie. Żaluzje te ochraniają budynek od zewnątrz przed promieniowaniem słonecznym (cieplnym i świetlnym) nie dopuszczając do nadmiernego nagrzania i naświetlenia wnętrza pomieszczenia oraz powodują zaciemnienie i rozproszenie ostrego światła słonecznego. Dają jednocześnie możliwość swobodnego wietrzenia oraz poprawiają sztuczne oświetlenie wnętrza obiektu na drodze odbicia światła przez listwy. Przy częściowym zaciemnieniu pomieszczenia istnieje możliwość swobodnego spoglądania na zewnątrz (łączność wzrokowa z otoczeniem). Żaluzje mogą także stanowić ważny element plastyczny w kompozycji architektonicznej budynku. Konstrukcja jednak została w ostatnich dziesięcioleciach zdecydowanie udoskonalona, głównie poprzez wprowadzenie napędu elektrycznego oraz automatycznego sterowania. Obecnie projektuje się i wdraża systemy ochrony przeciwsłonecznej z użyciem żaluzji listewkowych zewnętrznych osłaniających okna, w których stosowane są automatycznie sterowane listewki. System sterowania działa w zależności od położenia słońca oraz siły wiatru zapewniając właściwe oświetlenie i komfort pomieszczeń, przy jednoczesnym widoku środowiska zewnętrznego.

Tego typu rozwiązania są skuteczną ochroną przeciwsłoneczną. Maksymalna wartość fc w takich rozwiązaniach może sięgać nawet fc=0,06. Nie chroni jednak pomieszczeń przez insektami, co w niektórych sytuacjach i położeniu geograficznym jest istotną wadą, zwłaszcza w budynkach z zielenią naścienną. Ograniczeniem w stosowaniu tego typu rozwiązań jest ryzyko uszkodzenia listewek żaluzji przy nadmiernie wiejącym wietrze oraz działaniu innych sił na osłonę. Graniczna prędkość wiatru najczęściej wynosi od 12 do 15 m/sek. W nowoczesnych rozwiązaniach chodzi o to, aby zautomatyzować sterowanie takimi urządzeniami przez pomiar odpowiednich parametrów określających możliwość pracy osłon. Istnieje możliwość pomiaru prędkości lub ciśnienia

54

Fot. 6. Łamacze światła na budynku biurowym (Londyn)

(parcia) wiatru oraz nasłonecznienia. Miernik ciśnienia powinien być tak usytuowany, aby można było nim mierzyć napływający strumień powietrza w nieosłoniętym miejscu budynku.

Po zarejestrowaniu przez czujnik połączony z ciśnieniomierzem granicznej siły wiatru następuje automatyczne włączenie napędu żaluzji, powodującego podniesienie i spiętrzenie listewek żaluzji. Najważniejszymi elementami systemu ochrony przeciwsłonecznej są urządzenia związane z optymalnym ustawieniem listew żaluzji w zależności od położenia słońca, co zapewnia stosowne zaciemnienie okien usytuowanych w poszczególnych ścianach budynku. W celu zapobiegania natychmiastowemu, niepotrzebnemu sterowaniu listwami (np. gdy słońce jest chwilowo przesłonięte przez chmurę), stosowany jest regulator czasu, to znaczy pewnego rodzaju opóźniacz czasowy, umożliwiający likwidację reakcji urządzeń na chwilowe zmian natężenia światła. Istnieje

także możliwość podnoszenia i spiętrzania listew, jeżeli poziom oświetlenia spadnie poniżej dopuszczalnego. Centralne urządzenie sterujące wyposażone jest w roczny program automatycznego ustawiania listewek w położeniu uwzględniającym różne położenia słońca w ciągu roku.

Zastosowanie przedstawionego systemu, dotyczącego całego budynku przynosi następujące korzyści: • umożliwia wykorzystanie działania promieni słonecznych na budynek i pomieszczenia zimą i ogranicza ich nagrzewanie latem; • pozwala indywidualizować względem pomieszczeń korzyści z wykorzystania działania promieni słonecznych; • redukuje zapotrzebowanie mocy chłodniczej; • obniża zużycie energii na chłodzenie i na ogrzewanie budynku, a co za tym idzie, także koszty eksploatacyjne; • zwiększa oszczędność energii elektrycznej związanej z oświetleniem; • poprawia samopoczucie, komfort i wydajność pracy; • jest zgodny z zasadami zrównoważonego rozwoju, umożliwiając optymalne wykorzystanie energii odnawialnej w budynku.

Markizami, nazywamy zasłony zewnętrzne wykonane z tkaniny, instalowane w obrębie otworów okiennych w celu ochrony wnętrza obiektu przed promieniowaniem słonecznym, co ogranicza nagrzanie i nadmierne naświetlenie pomieszczeń i oślepianie. Zamontowane nad tarasami i balkonami oraz placówkami handlowo-usługowymi, jak restauracje i kawiarnie na otwartym powietrzu, oprócz zacienienia ochraniają także przed opadami atmosferycznymi.

Mogą również stanowić ciekawy element wystroju elewacji, podkreślając architektoniczne walory obiektu. Markizy są zasłonami, które są rozciągane (rozwijane) i wciągane (zwijane) w płaszczyźnie poziomej lub skośnej oraz mogą być unieruchamiane w położeniu pośrednim.

Korzystną alternatywą dla wszelkiego rodzaju stałych zadaszeń są markizy z ramionami składanymi. Ten typ zasłony zewnętrznej chroni

WYDANIE SPECJALNE

Budynki energooszczędne i osłony przeciwsłoneczne – wybrane wymagania prawne przed niekorzystnym działaniem czynników atmosferycznych, a szczególnie promieni słonecznych, teren o powierzchni nawet 80 m2.

Jest rozwiązaniem nowoczesnym, bardzo uniwersalnym oraz ekonomicznym w zastosowaniu.

Konstrukcja markizy oparta jest o kwadratową, metalową belkę mocującą, do której zamontowana jest rura nawojowa oraz wsporniki ramion składanych. Wewnątrz ramion zainstalowane są sprężyny, które za pomocą łańcucha lub linki stalowej powodują prostowanie ramion i rozwijanie kurtyny markizy. Wsporniki ramion posiadają konstrukcję umożliwiającą płynną regulację nachylenia kurtyny markizy w zakresie od 0o do 90o. Markiza może być wyposażona w daszek ochronny lub szczelnie zamkniętą kasetę, mieszczącą rurę nawojową z zawiniętą kurtyną z tkaniny oraz składane ramiona. Żaluzje wielkogabarytowe – zwane często łamaczami światła – są ekranami montowanymi na zewnątrz budynków w obrębie okien w pozycji poziomej, pionowej lub skośnej i mają na celu ochronę przed przenikaniem promieni słonecznych do pomieszczeń. Występują osłony przeciwsłoneczne stałe oraz ruchome, zwane także nastawnymi. Osłony zewnętrzne stałe charakteryzują się zamontowanymi na stałe rozwiązaniami np. listwami lub różnego rodzaju ażurowymi pomostami, pełniącymi komunikacyjne funkcje oraz ograniczającymi oddziaływanie słońca na budynek. Przy ich stosowaniu ważnym zagadnieniem jest określenie wysięgu, czyli długości, a w przypadku listew również kształtu i kąta ich usytuowania. Jeżeli wysięg osłony jest za duży, to może być podzielony na elementy umieszczone jeden nad drugim przed oknem, co jednak ogranicza widoczność z budynku. Osłony posiadają konstrukcję uniemożliwiającą przenikanie promieni słonecznych pomiędzy poszczególnymi listwami i są mocowane na ścianie w takiej odległości, aby okno było skutecznie zacienione także przy wysokim położeniu słońca. Same listwy wykonywane są głownie ze stopów aluminium, co oprócz lekkości zapewnia swobodne wydłużanie.

Fot. 8. Markizolety na budynku biurowym (Niemcy)

Osłony zewnętrzne ruchome, umożliwiają każdorazowo, w zależności od położenia słońca, odpowiednie ustawienie listew, gdy mogą być bardziej lub mniej przymknięte. Ruchome osłony przeciwsłoneczne powinny być montowane w pewnej odległości od ściany, ponieważ – szczególnie przy skośnym ustawieniu – unoszące się, nagrzane powietrze kierowane jest na ścianę i przy otwartych oknach wnika do wnętrza budynku. Dla przegród przeźroczystych o stosunkowo małym oporze cieplnym zjawisko to może mieć wpływ na zwiększony przepływ ciepła do budynku i nadmierne, nieprzewidziane w procesie projektowania, przegrzewanie pomieszczeń. Najskuteczniejszymi osłonami ruchomymi są osłony przeciwsłoneczne poziome i pionowe, posiadające pojedynczo lub zespołowo obracające się listwy przysłaniające. Nowością są osłony, które jednocześnie służą produkcji energii elektrycznej. Mogą to być typowe panele fotowoltaiczne lub ostatnio wprowadzone do stosowania powłoki fotowoltaiczne, które można naklejać na dowolne powierzchnie przezroczyste.

Fot. 7. Osłony przeciwsłoneczne usytuowane w dużej odległości od okien (Agusburg)

Główną zaletą przesłon ruchomych jest fakt, że działanie przesłaniające można regulować i nie występuje ograniczenie widoczności. Skala ich możliwości sięga od całkowitego przysłonięcia słońca przy zamkniętych listwach, poprzez różne pozycje wysokości i zmienne ustawienie listew w zależności od kąta padania promieni słonecznych.

Jest to zapewnione poprzez automatyczne systemy sterowania i regulacji. Możliwe więc jest automatyczne ustawienie listew w zależności od czasu, daty, toru przemieszczania się słońca i intensywności nasłonecznienia, co powoduje optymalne, zależne od potrzeby zacienienie w każdej porze roku. Żaluzje poziome (weneckie). Bardzo popularne rozwiązanie, także dzięki szerokiej gamie kolorystycznej i możliwości zastosowania lameli z aluminium, drewna lub materiałów drewnopodobnych. Żaluzje weneckie ograniczają wgląd z zewnątrz oraz częściowo widok z pomieszczenia, a także zapewniają umiarkowaną dystrybucję światła – odwrócone, posrebrzane lamele, ustawione w pozycji horyzontalnej, zwiększają poziom oświetlenia naturalnego pomieszczeń. Należy jednak zadbać o to, aby same przesłony nie stały się wtórnym źródłem olśnienia. Zainstalowanie żaluzji poziomych może wpłynąć w lecie na obniżenie temperatury w pomieszczeniu o 2-4°C. Zastosowanie sterowania automatycznego wpływa na polepszenie tych parametrów [7]. Żaluzje pionowe, tak zwane verticale, są często stosowane głównie od wewnątrz. Ze względu na stosunkowo niski koszt i możliwość przesłaniania przeszkleń o dużych wymiarach cieszą się sporym zainteresowaniem użytkowników. Szyny są montowane najczęściej do sufitu lub ściany i mogą być gięte w łuk na wymiar. Producenci oferują szeroką gamę kolorów, faktur i wzorów oraz materiałów: tkaniny lub PVC o różnych właściwościach ochronnych. Dodatkowo obrotowe pionowe lamele można w łatwy sposób regulować, decydując o ilości i kierunku wpadającego światła. Wadą może być dosyć duży ciężar

Fot. 9. Markizolety na budynku biurowym (Augsburg)

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym

55

Jerzy Żurawski długich pasków materiału, przytwierdzanych tylko górą, przy częstej regulacji dochodzi do uszkodzeń mechanizmu łańcuszkowego. Żaluzje pionowe zastosowane od wnętrza na dużej powierzchni przeszklonej mogą w sposób istotny wpłynąć na kolorystykę elewacji. Efektywność energetyczna wewnętrznych osłon jest zdecydowanie mniejsza od rozwiązań instalowanych od zewnątrz [7]. Żaluzje z systemami luster (okasolar, fish). Systemy refleksyjnych, nieruchomych profili umieszczonych w przestrzeni międzyszybowej to rozwiązania pełniące pośrednią funkcję, które powinny łączyć zalety osłon zewnętrznych i wewnętrznych. Zaprojektowane są w celu ochrony przeciwsłonecznej, przekierowywania światła dziennego oraz kontroli olśnienia. Ze względu na lokalizację są niewrażliwe na czynniki atmosferyczne, jednak w wyniku usterek eksploatacyjnych mogą stwarzać problemy użytkowe. Efektywność energetyczna jest wyższa w stosunku do rozwiązań zlokalizowanych

tem o właściwościach grzybobójczych i antystatycznych. Zacieniają, ograniczając nadmierne nagrzewanie i nasłonecznienie pomieszczeń, a także osłaniają przed opadami atmosferycznymi i do pewnego stopnia także przed wiatrem. Przy większych podmuchach wiatru muszą być zwijane. Nowoczesne konstrukcje umożliwiają pracę tego typu osłon nawet przy wietrze przekraczającym 80 km/h. Najczęściej są stosowane w parterach obiektów handlowousługowych, mieszkaniach, hotelach, biurach oraz salonach samochodowych.

Z kolei markizolety to połączenie rolet i markiz. Część górna jest pionowym ekranem, który przechodzi w markizę, co daje możliwość „wyglądania” przez nieosłonięte okno. Polecane są szczególnie przy wysokich otworach okiennych.

Refleksole, zwane również czasami markizami lub skrinami, wykonane są z syntetycznych, odpornych na czynniki atmosferyczne tkanin o strukturze specjalnej siatki. Montowane są na zewnątrz przed przegrodą przeszklo-

Fot. 10. Osłony przeciwsłoneczne (zwane markizami, skrinami lub refleksolami) na budynku biurowym (materiały FAKRO)

wewnątrz pomieszczenia ale mniejsza od urządzeń zlokalizowanych od zewnątrz [7].

Rolety chronią otwory okienne, a także drzwiowe przed wpływem czynników zewnętrznych (deszcz, wiatr, promienie słoneczne, hałas).

Zabezpieczają przed wychładzaniem pomieszczeń w sezonie jesienno- zimowym. Mogą być ważnym elementem ochrony osób i mienia w budynku. Niestety, stosowanie tego typu rozwiązań uniemożliwia wykorzystanie światła dziennego do użytkowania pomieszczeń zgodnie z przeznaczeniem. Z tego powodu rolety potocznie nazywane są osłonami termicznymi. Rolety mogą być uruchamiane ręcznie lub silnikami elektrycznymi z wykorzystaniem energii słonecznej, w oparciu o zaawansowaną automatykę [7].

Ostatnią grupą są materiały perforowane, stosowane od zewnątrz, znane jako: refleksole, markizy i markizolety lub skriny. Na rynku pod tą nazwą kryją się zazwyczaj produkty o różnych właściwościach i przeznaczeniu.

Markizy lub refleksole wykonane są z perforowanego materiału pokrytego impregna-

56

ną, w pozycji poziomej, pionowej lub ukośnej, w celu ochrony wnętrz przed nadmiernym nasłonecznieniem. Wskaźnik fc może wynosić nawet 0,06, co świadczy o bardzo dużej skuteczności ochrony przeciwsłonecznej. Tego typu osłony mogą być też montowane również od wewnątrz. Skuteczność takich rozwiązań jest zdecydowanie mniejsza. W nocy, porą zimową, mają niewielki wpływ na ograniczenie strat energii przez okna (ok. 1-2%), natomiast w lecie mogą przyczynić się do obniżenia temperatury we wnętrzach o 2,5–4,0oC. Zalety tego typu rozwiązań: • Latem bardzo skuteczna ochrona przed przegrzewaniem pomieszczeń, eliminuje koniczność chłodzenia lub w znaczący sposób ogranicza moc urządzeń chłodniczych oraz skraca czas ich działania.

Skuteczność ochrony przeciwsłonecznej markiz zależy od zastosowanej automatyki i jej współpracy z systemem chłodniczym oraz warunkami zewnętrznymi i wewnętrznymi w pomieszczeniach.

• •

• • •

Zimą umożliwia optymalnie wykorzystywać energię słoneczną do ogrzewania pomieszczeń budynku.

Umożliwia użytkowanie pomieszczeń nawet podczas całkowitego zacienienia przez markizę, czasami bez konieczności używania oświetlenia sztucznego.

Chroni konstrukcję okna przed wysoką temperaturą oraz promieniowaniem UV. Chroni przed niekorzystnym zjawiskiem olśnienia, umożliwiając równomierny rozkład natężenia światła.

Niektóre rozwiązania pozwalają chronić wnętrze budynku przez owadami i insektami.

Osłony tego typu, podobnie, jak żaluzje zewnętrzne, mogą być wyposażone w automatyczny system sterowania. Instaluje się szereg czujników, które, w zależności od potrzeb, automatycznie sterują działaniem osłony. Czujniki urządzenia kontrolno-sterującego instaluje się na dachu, skąd wysyła sygnały do jednostki sterującej. Gdy słońce jest nisko i kąt padania promieni jest płaski (zimą) refleksole są podniesione, a latem, w zależności do temperatury, automatycznie opuszczone. Po przejściu słońca wysoko nad horyzont (latem w południe) refleksole są w dalszym ciągu opuszczone. Działanie osłon zależne jest także od usytuowania ścian budynku w stosunku do stron świata. Przy wystąpieniu chmur zasłaniających słońce, osłony ustawiają się w położeniu maksymalnego otwarcia. Automatyka powinna wykonywać sukcesywnie pomiary słońca i „płynnie” sterować nastawami osłony. Do prawidłowego działania automatyki niezbędna jest również informacja o temperaturze panującej w pomieszczeniu, dla którego system steruje działaniem osłon przeciwsłonecznych.

Ochrona pomieszczeń przed działaniem słońca w okresach przejściowych może być błędem. Aby stwierdzić konieczność stosowania osłon wymagana jest informacja o temperaturze panującej w pomieszczeniu, a ta może być – w zależności od sposobu użytkowania – nawet przy stosunkowo niskiej temperaturze i słonecznym dniu wysoka.

Pomieszczenie w takiej sytuacji powinno być chronione przed dodatkowymi zyskami słonecznymi lub mechanicznie chłodzone.

Jerzy Żurawski Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska Literatura: [1] Prawo budowlane [2] Warunki techniczne...

[3] PN-78/B-03421 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczonych do stałego przebywania ludzi.

[4] PN-EN 15251:2007 [5] PN-EN 12216:2004 Żaluzje, zasłony zewnętrzne, zasłony wewnętrzne. Terminologia, słownik i definicje.

[6] Geryło R. [7] Tymkiewicz Joanna: Funkcje ścian zewnętrznych w aspekcie badań jakościowych. Wpływ rozwiązań architektonicznych na kształtowanie jakości budynku. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012.

WYDANIE SPECJALNE

Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczÄ&#x2122;dnym

III