Jak pozyskać darmowe ciepło za pomocą okien?
Dostarczenie do wnętrz światła dziennego to niejedyne zadanie okien. Wraz ze światłem wnika również ciepło, z którego w chłodne miesiące można czerpać wymierne korzyści. Jak zyskać darmowe ciepło do ogrzania naszego domu?
Darmowe ciepło ze słońca?
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. instalację fotowoltaiczną 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.
Pozyskiwanie darmowego ciepła
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 projekt domu energooszczędnego, a w szczególności kształt dachu umożliwiający zastosowanie okien połaciowych.
Odpowiedni dach zwiększy korzyści
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.
Ustawienie okien
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.
Szyby a pozyskiwanie darmowego ciepła
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.
- Współczynnik U określa ilość ciepła uciekającego przez przegrodę. Według przepisów dla okien wynosi on 1,8 W/(m²·K). Standardem na rynku są okna o współczynniku 1,5, natomiast do budynków o najwyższych wymaganiach energetycznych można kupić okna o współczynniku 0,8.
- Współczynnik g pozwala obliczyć ilość energii słonecznej przepuszczanej przez szyby. Zależy on od rodzaju zastosowanej szyby. We współcześnie produkowanych oknach połaciowych wynosi od 0,75 do 0,50.
Zatrzymać ciepło w domu
Oprócz pozyskiwanej darmowej energii okna przynoszą również straty ciepła. Każde okno, nawet to o wysokich parametrach termicznych, jest miejscem, przez które ucieka znacznie więcej ciepła niż przez inne przegrody zewnętrzne, czyli dach i ściany. Wystarczy porównać: dopuszczalny współczynnik U dla okien wynosi nawet 1,8 W/(m²·K), natomiast dla ścian zewnętrznych i dachu zaledwie 0,3 W/(m²·K). Pamiętajmy jednak, że okna mimo potencjalnie wyższych strat mają opisaną wcześniej zdolność pozyskiwania energii, natomiast nawet dobrze izolowane ściany są tylko źródłem strat.
Z punktu widzenia okien najważniejszy jest zatem bilans zysków i strat ciepła zwany bilansem energetycznym okna. Jest on obliczany jako ilość ciepła pozyskana przez okno, pomniejszona o straty ciepła przenikającego tą samą drogą. Kiedy bilans ma szansę być dodatni? Oprócz warunków zapewniających pozyskanie jak największej ilości energii przez okna trzeba zadbać, aby straty ciepła były jak najmniejsze. W tym celu zaleca się zastosowanie okien o wysokich parametrach cieplnych, profesjonalny montaż oraz wyposażenie ich w akcesoria chroniące przed nadmiarem słońca, a jednocześnie przed ucieczką ciepła.
Darmowe ciepło - okna pionowe
Im lepsze pod względem termicznym jest okno, tym mniej przez nie ucieka ciepła. Najważniejszym kryterium jest współczynnik U – im niższy, tym jest ono cieplejsze. Współczynnik U dla podwójnej szyby wyprodukowanej w latach 80. wynosi 2,6 W/(m²·K), podwójnej szyby z jedną warstwą niskoemisyjną i argonem z roku 2005 – 1,5 W/(m²·K), produkowanych współcześnie – 1,0 W/(m²·K). Zalecane do domów pasywnych okno z potrójną szybą z dwiema powłokami niskoemisyjnymi i argonem ma U = 0,5 W/(m²·K).
W naszym klimacie warto zróżnicować okna ze względu na ich parametry termiczne w zależności od usytuowania wobec stron świata. Właściwy ich dobór ma kluczowe znaczenie dla bilansu energetycznego budynku.
Na elewacji południowej wystarczą okna ze standardowym niskoemisyjnym oszkleniem. Szyby powinny natomiast mieć możliwie wysoki współczynnik g. Najlepsze efekty w pozytywnym bilansie energetycznym przyniesie zastosowanie okien z szybą o parametrach U = 1,1 W/(m²·K) i g = 0,6.
Od północy lepiej zastosować okna o podwyższonym współczynniku izolacyjności termicznej. Współczynnik g jest mniej ważny, ponieważ słońce od północy grzeje słabiej. Można tu wykorzystać okno z szybą o parametrach U = 0,5 W/(m²·K) i g = 0,45.
Autor: VELUX
Dwuspadowy z ryzalitem. Obszerna, kryjąca ryzalit przedłużona połać tradycyjnego dachu dwuspadowego gwarantuje dużo miejsca zarówno na zamontowanie okien połaciowych, jak i zintegrowanych z nimi kolektorów słonecznych.Umieszczony w ryzalicie na przykład ogród zimowy zimą ogrzewa darmowa energia z góry.
Bez mostków termicznych
Montaż okien połaciowych najlepiej zlecić profesjonalnej ekipie dekarskiej. Właściwy montaż nie osłabi konstrukcji ścian i dachu, ale co bardzo ważne przy bilansie energetycznym, pozwoli uniknąć mostków termicznych będących powodem strat ciepła. Szczególnej uwagi i precyzji wymaga właściweocieplenie ościeżnicy, a także wnęki okiennej. Aby zminimalizować liczbę błędów przy montażu okien zarówno w nowym, jak i remontowanym dachu, warto skorzystać z gotowych zestawów instalacyjnych, które dobiera się pod wymiar okna.
Rolety dla pozytywnego bilansu
Osłony przeciwsłoneczne latem zapobiegające przegrzewaniu pomieszczeń nocą, a w zimne miesiące chronią przed ucieczką ciepła na zewnątrz. Aby zredukować straty ciepła przez okno, wystarczy na noc zaciągnąć rolety. Zgromadzone w ciągu dnia ciepło można wtedy zatrzymać w pomieszczeniu. Rolety zewnętrzne, dekoracyjne i żaluzje umożliwiają zredukowanie strat ciepła aż do 27%, rolety zaciemniające do 33%, plisowane do 34%.
Zyski ze stosowania osłon przeciwsłonecznych dla bilansu energetycznego okna można osiągnąć również latem w ciągu dnia. Obniżając temperaturę o 7°C, oszczędzamy na energii używanej do klimatyzacji.
Rolety mogą być zasilane za pomocą pilota. Zastosowanie baterii solarnych do napędów rolet przynosi wymierne zyski. Regulowanie dopływu światła i zatrzymywanie ciepła może odbywać się wówczas przy użyciu darmowej energii słonecznej, a nie kosztownej elektrycznej.
Technika eliminująca straty
Straty energii można również redukować, stosując okna sterowane elektrycznie, które współdziałają z innymi urządzeniami w domu – bramami garażowymi, roletami czy ogrzewaniem. Gdy otwieramy okna, aby np. wywietrzyć pomieszczenie, system będzie automatycznie wyłączał ogrzewanie, co już może przyczynić się do oszczędności energii.
Zaprogramowane okna otworzą się automatycznie tylko w momencie odłączenia grzejników lub zostaną zasłonięte po zmierzchu roletami zewnętrznymi, które również zminimalizują straty ciepła.
Aby zatrzymać wprowadzone przez okna ciepło, warto zastosować materiały akumulujące ciepło: kamień, gres, terakotę, klinkier, cotto. Zgromadzone przez nie w ciągu dnia ciepło słoneczne nocą jest oddawane do wnętrza.
