Słońce jest największym, a zarazem najbardziej zasobnym i niewyczerpalnym dostawcą energii niezbędnej do funkcjonowania ludzi. Energia słoneczna jest najczystsza – korzystanie z niej nie zanieczyszcza środowiska, a zarazem jest najtańsza – koszty poniesione przy jej pozyskiwaniu szybko się zwracają.
Aby energia słoneczna mogła zastąpić energię elektryczną i cieplną pochodzącą z innych źródeł, stosuje się odpowiednie urządzenia, jak np. ogniwa fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne. Można jednak również wpuścić ją do wnętrz przez okna i wykorzystać jako ciepło do ogrzania domu. Nie trzeba ponosić żadnych dodatkowych kosztów, aby światło dzienne wpadające przez okna wykorzystać jako ciepło ogrzewające pomieszczenia. Wystarczy odpowiednio zaprojektować liczbę i powierzchnię przeszkleń oraz ich lokalizację względem stron świata.
Więcej przeszkleń – kiedy można zyskać
Okna połaciowe mają duży udział w pozyskiwaniu darmowej energii. Pod tym względem wygrywają z oknami elewacyjnymi. Ponieważ są zamontowane pod kątem, wpuszczają do wnętrza więcej światła, a zatem również więcej ciepła. Zyski ciepła pozyskiwanego przez okna połaciowe są znaczące – minimum to około 10%. Warunkiem pozyskania jak największej ilości energii słonecznej przez okna połaciowe jest odpowiedni, sprzyjający energooszczędności projekt domu, a w szczególności kształt dachu umożliwiający zastosowanie okien połaciowych.
Jaki dach, taki zysk
Okna połaciowe, choć praktycznie można zamontować w dachu o każdym kształcie, są idealnym rozwiązaniem do prostych dachów dwuspadowych, które są zarazem wyznacznikami architektury sprzyjającej oszczędzaniu energii. Mając do dyspozycji obszerną, prostą płaszczyznę połaci, łatwo powiększyć powierzchnię przeszkleń, np. przez zamontowanie zestawu kilku okien. Nie ma również ograniczeń w komponowaniu zestawień. Na dachu dwuspadowym łatwiej wykorzystać nietypowe rodzaje przeszkleń dachowych: kolankowe i kalenicowe. Na prostych połaciach dachu jest także więcej miejsca na zestawy solarne. Również na dachach cztero- i wielospadowych zamontowanie okien połaciowych zamiast lukarn wspomaga uzyskanie pozytywnego bilansu energetycznego. Okno pionowe w lukarnie jest mniej efektywne w pozyskiwaniu darmowej energii słonecznej, a ponadto ścianki lukarny wymuszają rozbudowanie połaci dachu i zwiększają powierzchnię zewnętrznych przegród, narażając dom na większe straty ciepła.
W stronę słońca
Największe zyski energii słonecznej uzyskamy z okien usytuowanych od południa, z tej strony światło dociera do wnętrza przez najdłuższą część dnia i jest najintensywniejsze. Jak uzyskać największą powierzchnię przeszkleń od południa?
Najprostszym rozwiązaniem jest dom oparty na planie prostokąta, przykryty dachem dwuspadowym i kalenicą ustawiony wzdłuż osi wschód-zachód. Zyski energii można zmaksymalizować, wybierając dach dwuspadowy asymetryczny i kierując połać o większej powierzchni na południe. Ważny jest również kąt nachylenia dachu – największe zyski przynoszą okna zamontowane w dachu o kącie nachylenia 45°, tylko nieco mniejsze przy kącie 60°, natomiast najmniejsze przy 30° i 90°.
Zyski ciepła z okien usytuowanych od innych stron świata są mniejsze. Najtrudniej uzyskać pozytywny bilans energetyczny od północy – jest on możliwy dopiero przy zastosowaniu okien o bardzo niskim współczynniku U. Wartość ta zmienia się również w zależności od kąta nachylenia połaci – największe zyski osiągniemy przy kącie nachylenia 30°. Warto też wiedzieć, że stopień nasłonecznienia zmienia się wraz z porami roku, np. zimą do elewacji północno-zachodniej w ogóle nie dociera słońce, a północno-wschodnia jest nasłoneczniona zaledwie przez 45 minut.
Największe zyski z promieni słonecznych docierających przez okna usytuowane od strony wschodniej osiągniemy również przy kącie nachylenia połaci sięgającym 30°, natomiast od zachodniej okno dostarczy najwięcej ciepła przy kącie 45°.
Wraz z oknami połaciowymi można zamontować na dachu kolektory słoneczne, które przynoszą dodatkowe zyski dla budżetu domowego i środowiska. Dzięki odpowiedniej konstrukcji pozwalającej cały osprzęt ukryć w konstrukcji dachu montuje się je w jednej płaszczyźnie z oknami połaciowymi.
Okna o wysokim g
Energia słoneczna , która dociera do okien połaciowych, nigdy całkowicie nie dostaje się do środka, zawsze jej część ulega odbiciu przez szyby. Ilość przedostającej się do wnętrza energii zależy od zastosowanej szyby. Określa ją współczynnik przepuszczalności energii całkowitej g, który wskazuje, jaki procent energii słonecznej przenika przez okno do wnętrza pomieszczenia, np. g równe 0,6 oznacza 60%. Im wyższy współczynnik g, tym więcej energii słonecznej przeniknie do wnętrza. Warto wiedzieć, że zastosowanie nowoczesnych powłok niskoemisyjnych zmniejsza zdolność do przepuszczania światła i ciepła. Wartości współczynnika g w zależności od rodzaju szyby wynoszą dla szyby podwójnej jednokomorowej 0,75, dla szyby podwójnej jednokomorowej z jedną powłoką niskoemisyjną 0,67, a dla szyby potrójnej (dwukomorowej) z dwiema powłokami niskoemisyjnymi 0,50.
