Wpływ okien na energooszczędność domu. Ile ciepła ucieka przez okna? Od czego zależy efektywność cieplna okien?
We współcześnie budowanych domach o niskim zapotrzebowaniu na energię okna muszą spełnić wiele różnorodnych oczekiwań. Mają bowiem stanowić zarówno atrakcyjne dopełnienie elewacji i wnętrz, jak i pozytywnie wpływać na bilans energetyczny budynku.
Autor: Mariusz Bykowski, projekt: Edward Dylawerski/NUX Pracownia Projektowa
W domach energooszczędnych dąży się do lokalizowania największej liczby przeszkleń i o największej powierzchni od strony południowej
Spis treści
- Wpływ okien na energooszczędność domu
- Co to jest bilans energetyczny budynku?
- Od czego zależy efektywność cieplna okien?
- Ile ciepła ucieka przez okna?
- Czym jest współczynnik UW okien?
- Jak zoptymalizować zyski energetyczne z okien?
- Parapetry szyb: g - współczynnik przepuszczalności promieniowania
- Jak zbalansować parametry okien dla optymalnych zysków i strat energii?
- Okna w bilansie energetycznym. Zdjęcia
Światło naturalne wprowadzane przez okna nie tylko pozwala na wykonywanie zwykłych czynności życiowych w budynku wzniesionym z nieprzeziernych materiałów, ale też pełni funkcje aranżacyjne.
Ponadto okna wzbogacają wnętrza atrakcyjnymi widokami, często zacierając granice między wnętrzem a otoczeniem domu. To tylko kilka przyczyn obecnej tendencji do powiększania powierzchni przeszkleń i umieszczania dużych okien w nietypowych miejscach.
Wpływ okien na energooszczędność domu
Podążaniu za modą na wielkopowierzchniowe przeszklenia może towarzyszyć obawa, że zastępowanie znacznie cieplejszych murów taflami szkła naraża budynek na większe straty ciepła zimą i przegrzanie wnętrz latem.
Jednak wiele współczesnych realizacji i projektów jest dowodem na to, że im wyższy standard energooszczędności ma spełnić budynek, tym większa jest w nim powierzchnia okien.
Duże przeszklenia wpuszczają do wnętrza nie tylko światło, ale też promieniowanie słoneczne stanowiące naturalne źródło energii. Odpowiednio usytuowane są w stanie dostarczyć darmowej, bo niewymagającej montażu dodatkowych urządzeń niezbędnych do produkcji energii grzewczej.
Paradoksalnie, z uwagi na bierne, nazywane też pasywnymi, zyski energetyczne, powiększenie okien może w pewnych okresach zmniejszyć zużycie energii grzewczej uzyskiwanej drogą konwencjonalną.
Jednak możliwość osiągnięcia przewagi zysków energetycznych nad stratami to w dużej mierze zasługa nowoczesnych okien oraz dostępnych obecnie akcesoriów.
Żeby w chłodne miesiące nie dochodziło do znacznych ubytków energii tą drogą, a latem nie trzeba było jej zużywać na klimatyzację, wybiera się okna o możliwie jak najlepszych parametrach termoizolacyjnych, inwestuje w przesłony i stawia na szczelny montaż.
Trzeba przy tym pamiętać, że podyktowane energooszczędnością dążenie do szczelności przegród pociąga za sobą z kolei konieczność zapewnienia lepiej opracowanego systemu dopływu świeżego powietrza do wnętrz.
W domach z wentylacją grawitacyjną okna muszą mieć okucia z funkcją mikrowentylacji albo nawiewniki. Szczelną stolarkę można montować jedynie w domach z wentylacją mechaniczną.
Bilans zysków energetycznych i strat ciepła przez okna nie zależy jednak tylko od samych okien. Kluczowa jest właściwa orientacja pomieszczeń względem stron świata, warunki naturalne otoczenia, a także często niedoceniana w tym względzie aranżacja wnętrz czy codzienna eksploatacja.
Co to jest bilans energetyczny budynku?
Bilans energetyczny budynku to różnica pomiędzy zyskami energii i stratami ciepła, do jakich dochodzi przez przegrody zewnętrzne – ściany, dach, stolarkę otworową. Zazwyczaj znacznie więcej jest strat energii niż zysków (bilans ujemny) i trzeba je rekompensować energią dostarczaną przez ogrzewanie budynku.
Wielkość tego zapotrzebowania na energię świadczy o standardzie energetycznym domu. Bardzo dobrym wynikiem odznaczają się budynki pasywne (o bardzo niskim sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło z ogrzewania nieprzekraczającym 15 kWh/m2/rok).
Straty energii są w nich zminimalizowane dzięki między innymi szczelności przegród zewnętrznych, a zyski ciepła od słońca mogą pokrywać nawet 44% sezonowego zapotrzebowania na ciepło. Jeśli zyski przewyższają straty, można mówić o pozytywnym bilansie energetycznym, taką cechę mają tzw. budynki plusenergetyczne.
Obliczenie bilansu energetycznego budynku to skomplikowany i czasochłonny proces.
Na wynik bilansu energetycznego budynku wpływ mają:
- powierzchnia i kubatura wnętrza
- izolacyjność termiczna przegród zewnętrznych (fundamentów, ścian, dachu, okien)
- wentylacja (grawitacyjna, mechaniczna, rekuperacja)
- kształt i konstrukcja domu
- usytuowanie budynku (zyski ciepła wynikające z nasłonecznienia budynku) cechy otoczenia
- wyposażenie techniczne budynku
Przeszklenia są więc tylko jednym z elementów wpływających na wysokość bilansu cieplnego budynku. Odgrywają jednak dużą rolę, szczególnie w porównaniu z innymi przegrodami budowlanymi, ponieważ oprócz strat ciepła, potrafią generować także zyski energii.
W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej wymienia się również ciepło z promieniowania słonecznego docierającego do budynku lub jego części przez okna.
Od czego zależy efektywność cieplna okien?
Porównując zyski i straty energii przez okna, można określić ich wpływ na bilans energetyczny całego budynku. W tym kontekście mówi się też o efektywności energetycznej (cieplnej) okien.
Bilans energetyczny okna to straty cieplne pomniejszone o przenikającą do pomieszczenia energię słoneczną. Jest on dodatni, gdy ilość energii słonecznej docierającej do pomieszczenia jest większa niż straty cieplne.
Efektywność cieplna okien zależy głównie od trzech współczynników:
- przenikania ciepła Uw
- całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g
- przepuszczalności światła Lt.
Aby ilość energii słonecznej docierającej do pomieszczenia była większa niż straty cieplne, okna powinny charakteryzować się jak najmniejszą wartością Uw i stosunkowo wysokimi wartościami g oraz Lt.
PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ: Ciepłe okna - co to znaczy? Jak wybrać najcieplejsze okna?
Ile ciepła ucieka przez okna?
Powiększając okna, również w poszukiwaniu zysków energetycznych, nie można bagatelizować realnych strat energii, jakie generują elementy przeszklone. Przez okna ucieka z domu od 25 do 40% ciepła.
By okna nie wychładzały wnętrz domów, muszą mieć bardzo dobrą izolacyjność termiczną – takie okna nazywamy ciepłymi. Ich zadaniem jest jak najlepsza ochrona budynku przed przeciągami wynikającymi z nieszczelności i wychłodzeniem w okresie jesienno-zimowym, a w efekcie zmniejszenie zapotrzebowania na energię grzewczą.
Czym jest współczynnik UW okien?
Strata energii przez okno zachodzi na drodze przenikania, o jej wysokości informuje wartość współczynnika Uw. Ucieczka ciepła przez okno jest tym większa, im wyższa jest jego wartość, a im jest niższa – tym więcej energii można zaoszczędzić.
Okna o współczynniku przenikania ciepła Uw na poziomie 0,9 W/(m2·K) pozwalają na znaczne zminimalizowanie strat ciepła w nowych domach, zaleca się również zakup „ciepłych” okien do domów czy mieszkań remontowanych.
Inwestor nie ma więc problemu z dostosowaniem się do tych wymogów, bo okna o Uw na poziomie 0,8 W/ (m2·K) to dzisiaj rynkowy standard, a branża okienna oferuje też produkty o znacznie lepszych parametrach termoizolacyjnych.
Jak zoptymalizować zyski energetyczne z okien?
Na straty energii wpływają wszystkie elementy składowe okna i sposób jego zamontowania, a na zysk energetyczny od promieniowania słonecznego – tylko pakiet szybowy. Pozyskiwanie ciepła od promieniowania słonecznego jest korzystne, ale tylko w sezonie grzewczym.
Korzyści płynące z wykorzystania promieniowania słonecznego przenikającego przez szybę do wnętrza pomieszczenia są wtedy czynnikiem wpływającym na poprawę bilansu energetycznego budynku, ponieważ mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na energię grzewczą pochodzącą ze źródeł konwencjonalnych.
Ta właściwość przeszkleń jest wykorzystywana nie tylko w budownictwie pasywnym, gdzie odpowiednio usytuowane przeszklenia mogą dać więcej zysków niż strat ciepła, ale również w standardowych budynkach, w przypadku których zyski energetyczne z okien przynajmniej częściowo pokrywają straty ciepła.
PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ: Dopłaty do wymiany okien 2024. Z jakich programów wsparcia można skorzystać?
Parapetry szyb: g - współczynnik przepuszczalności promieniowania
Właściwość pakietu szybowego związaną z wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego wyraża współczynnik przepuszczalności energii g (Solar Factor). Jego wartość określa, jak dużo energii słonecznej padającej na szybę jest przepuszczane do wnętrza pomieszczenia (w zakresie od 300 do 2500 nanometrów).
Pod wpływem promieniowania słonecznego szkło się nagrzewa i oddaje ciepło na zewnątrz i do wewnątrz, dlatego na wartość g składają się zarówno bezpośrednia transmisja energii, jak i wtórnie oddawane ciepło. Wartość g jest podawana w procentach.
Oceniając okna pod kątem korzyści w pozyskiwaniu energii słonecznej, trzeba wziąć pod uwagę to, że szyby zespolone nie przepuszczają do wnętrza całej ilości promieniowania słonecznego padającego na okno, spora część energii (nawet połowa) jest przez nie absorbowana. Wysokość współczynnika g szyb zespolonych zależy więc od ich konstrukcji i zastosowanych rozwiązań technicznych.
Generalna zasada jest taka, że im więcej szyb, tym wartość g jest mniejsza. Dla pojedynczej szyby może on wynosić nawet 85%, a we współcześnie produkowanych dwukomorowych pakietach szybowych – 50-55%. Decydujące znaczenie ma przezroczystość pakietu szybowego, która zależy od liczby szyb, a także od ich grubości.
Ponadto zwykłe szkło produkowane jest z dodatkiem związków żelaza, które nadają mu lekko zielonkawy odcień. Również nakładane na szyby powłoki o różnych funkcjach często zabarwiają szkło, wpływając na ich przezroczystość. Im grubsze i bardziej zabarwione tafle szkła, tym więcej promieniowania absorbują i współczynnik g jest mniejszy.
Dobrym parametrem g wykazują się neutralne w kolorze szyby (ze szkłem float) oraz szyby zespolone ze szkłem hartowanym lub o wzmocnionej termicznie wytrzymałości, które pozwalają zmniejszyć grubość stosowanych tafli szkła.
Powłoki niskoemisyjne, którą są obecnie powszechnie stosowane w pakietach szybowych, wpływają na zmniejszenie współczynnika g w bardzo małym stopniu.
Jak zbalansować parametry okien dla optymalnych zysków i strat energii?
Wartość współczynnika g powinna być oceniana w połączeniu ze współczynnikiem Ug, informującym o stratach energii przez pakiet szybowy. Dopiero zestawienie tych wartości pozwala ocenić bilans energetyczny okna – oblicza się go, odejmując od strat cieplnych generowanych przez okna ilość ener- gii słonecznej przenikającej przez nie do pomieszczenia przez okna.
Pogodzenie dwóch wymogów – niskiego Ug oraz wysokiego g – stanowi wyzwanie dla producentów okien. Niestety pakiety wieloszybowe z powłokami zapobiegającymi stratom ciepła mogą zmniejszać zyski ciepła przez okna.
Dążenie do minimalizowania strat energetycznych przez szyby odbija się na przepuszczalności energii słonecznej przez okna. By połączyć wyższą izolacyjność okien z ich dobrą przeziernością, stosuje się nowe rodzaje szkła, między innymi niemal idealnie przezroczyste szkło odżelazione (na przykład float UltraClear).
Z kolei szkło o selektywnym działaniu, które ma powłoki prawie niewypuszczające ciepła z pomieszczenia, a jednocześnie w niewielkim stopniu ograniczające ilość światła docierającego do wnętrza, ma niski stopień przepuszczalności energii słonecznej, przy jednocześnie wysokiej przepuszczalności światła.
Ważną kwestią jest także odpowiednie usytuowanie okien. Aby dostarczały one jak najwięcej energii słonecznej zimą, najlepiej jeśli są umieszczone na elewacji o wystawie od południowo-wschodniej do zachodniej – wtedy przez cały dzień świeci na nie słońce.
Wysokość strat ciepła przez okna często podaje się w odniesieniu do strat przez inne przegrody. Jednak kierowanie się jedynie tymi wartościami może być mylące.
Jeśli bowiem porównuje się straty ciepła przez okna w domach wybudowanych w standardzie pasywnym i w domach o niskim standardzie energetycznym (starych nieocieplonych budynkach), to okazuje się, że udział strat ciepła przez okna (przenikanie oraz wentylacja) w stratach całkowitych może wynosić w domach pasywnych nawet powyżej 40%, a w słabo ocieplonych jedynie kilkanaście procent.
Tak ogromne różnice w proporcjach wynikają z innej izolacyjności przegród zewnętrznych oraz rodzaju zastosowanej wentylacji.
W domach o niskim standardzie energetycznym znacznie więcej ciepła ucieka przez słabiej zaizolowane ściany i dach oraz wentylację grawitacyjną.
W przypadku domów pasywnych zarówno wysoka ochrona cieplna i szczelność przegród zewnętrznych, jak i wentylacja mechaniczna generują stary ciepła na bardzo niskim poziomie, a dzięki zastosowaniu odpowiednio rozmieszczonych dużych przeszkleń zyski ciepła od promieniowania słonecznego docierającego do wnętrza budynku przez okna są w stanie pokryć do 50% wszystkich strat.
Jeszcze inaczej rzecz się przedstawia w przypadku domów energooszczędnych, które mają dobrze ocieplone ściany, ale wymiana powietrza jest zapewniana tradycyjnie, przez wentylację grawitacyjną.
Taki standard mają na przykład budowane obecnie budynki, spełniające wymogi obowiązujących przepisów – izolacja przegród zewnętrznych odpowiada standardom domów energooszczędnych, ale nie muszą one być wyposażone w wentylację mechaniczną i spełniać tak wysokich wymogów szczelności przegród, jak domy pasywne.
Wtedy okna muszą mieć okucia umożliwiające napływ powietrza zewnętrznego, które zastępuje to zużyte wydostające się z budynku przez kratki wentylacyjne na przewodach kominowych. Żeby wentylować pomieszczenia tylko wtedy, gdy jest taka konieczność, okna powinny być wyposażone w nawiewniki kontrolujące ilość wymienianego powietrza zależnie od jego temperatury albo wilgotności.
Prowadzone badania w budynkach pasywnych dowiodły, że jedynie okna usytuowane od strony południowej oraz południowo-wschodniej i południowo-zachodniej mogą mieć pozytywny bilans energetyczny.
Największa ilość energii z promieniowania słonecznego przypada na kierunek południowy, dlatego też w budownictwie pasywnym stosuje się fasady południowe z dużymi powierzchniami przeszkleń w celu maksymalnego pozyskania zysków ciepła od słońca („otwarta” fasada południowa), natomiast unika się w miarę możliwości stosowania przeszkleń od strony północnej.
Okna w bilansie energetycznym. Zdjęcia
Autor: Mariusz Bykowski, projekt: Edward Dylawerski/NUX Pracownia Projektowa
W domach energooszczędnych dąży się do lokalizowania największej liczby przeszkleń i o największej powierzchni od strony południowej
PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ: Duże przeszklenia w domu. Jak zamontować okna tarasowe?
Autor: MS WIĘCEJ NIŻ OKNA
Dzięki dobrym parametrom termicznym okna tarasowe nie będą powodować wychładzania wnętrz i wpuszczą pod dach mnóstwo słońca
