Przeszklenia w domu niskoenergetycznym

Przeszklenia w obudowie budynku pełnią nie tylko funkcję architektoniczną i estetyczną, ale przede wszystkim mają istotny wpływ na bilans energetyczny budynku, a także zapewnienie odpowiedniego komfortu cieplnego i wizualnego jego użytkownikom.

Część przeszklona fasady, głównie wskutek wymiany ciepła przez promieniowanie, dostarcza zarówno energię słoneczną, jak i światło dzienne do wnętrza budynku. Przegrody przeszklone wpływają na bilans energetyczny budynku wg ASHRAE (ang. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) poprzez cztery podstawowe mechanizmy:

• wymianę ciepła z otoczeniem,
• słoneczne zyski cieplne,
• przepływ powietrza przez nieszczelności okna (infiltracja),
• światło dzienne,

które można w znacznej części kontrolować lub ograniczyć ich wpływ poprzez:

• użycie do wykonania oszklenia oraz ramy materiałów minimalizujących straty ciepła przez przenikanie,
• użycie właściwego oszklenia oraz systemów zacieniania do kontroli słonecznych zysków cieplnych, aby wspomóc system grzewczy w okresie zimowym oraz zminimalizować ilość energii potrzebnej do chłodzenia i klimatyzacji w okresie letnim,
• odpowiednią konstrukcję, zapewniającą wysoką szczelność z możliwością regulacji poziomu infiltracji,
• użycie światła dziennego do naturalnego doświetlania pomieszczeń i zmniejszenia zapotrzebowania na oświetlenie sztuczne.

Przeszklenia w budynku to nie tylko różne elementy konstrukcyjne – okna, okna dachowe czy drzwi balkonowe, ale również świetliki, atria, ogrody zimowe czy systemy fasadowe.

Okno jest elementem obudowy budynku, który składa się z ościeżnicy, czyli części nieruchomej (rama osadzona w otworze w przegrodzie), skrzydła, czyli części ruchomej (rama mocowana do ościeżnicy za pomocą zawiasów) oraz zestawu szybowego (przeszklenia) wypełniającego skrzydło. Gdy okna są nieotwierane, skrzydło i ościeżnica są jednym elementem i wtedy składają się tylko z zestawu szyb i ramy okiennej. Ponieważ poszczególne części okna są wykonane z różnych materiałów i w różnych technologiach, izolacyjność cieplna okna jest wypadkową izolacyjności elementów składowych. Mimo stosowania takich samych profili ramowych oraz szyb o wartości współczynnika przenikania ciepła dla okna, Uw (ang. window) mogą być różne dla różnych okien, gdyż istotnie na tę cechę wpływa m.in. wielkość okna, jego podział czy choćby to, czy jest otwierane, czy nieotwierane. Warto też wiedzieć, że wartości współczynnika Uw dla okna podawane w ofertach producentów odnoszą się do tzw. okna referencyjnego, czyli o wymiarach 1230 x 1450 mm (szerokość i wysokość).

Przy obliczaniu wartości współczynnika Uw dla okna uwzględnia się współczynnik przenikania ciepła ramy, oszklenia oraz jakość połączenia ramy z oszkleniem poprzez wartość liniowego współczynnika przenikania ciepła dla mostka termicznego w tym miejscu.

Parametrów okna istotnych z punktu widzenia efektywności energetycznej jest wiele, jednak zdecydowanie najważniejsze są dwa:

• współczynnik przenikania ciepła dla okna – Uw (wyrażany w W/m²K, decyduje o ilości strat ciepła prze okna; im niższa jego wartość, tym lepiej – okna mają wyższą izolacyjność cieplną),
• współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego – g (bezwymiarowa wartość, która informuje o ilości przepuszczonego ciepła słonecznego przez przezierną część okna i decyduje o możliwych do uzyskania zyskach słonecznych; teoretycznie im wyższy, tym lepiej, choć jednocześnie może być przyczyną przegrzewania się pomieszczeń).

Lokalizacja inwestycji jest istotnym czynnikiem, który powinien być brany pod uwagę przy doborze przeszkleń w budynku niskoenergetycznym. Chodzi tu zarówno o lokalizację rozumianą jako miejsce w Polsce, jak i panujące warunki nasłonecznienia oraz ukształtowania terenu (kształt działki, nachylenie terenu, osłonięcie od wiatru czy obecność sąsiedztwa zacieniającego, np. budynków lub wysokiej roślinności).

Ponieważ zyski słoneczne mają duży udział w kształtowaniu bilansu cieplnego budynków niskoenergetycznych, optymalne wykorzystanie dostępnego promieniowania słonecznego jest tym bardziej zasadne. Poprawne zaprojektowanie budynku pozwoli na wykorzystanie darmowej, odnawialnej energii słonecznej w sposób pasywny, bez żadnych dodatkowych instalacji, na potrzeby wspomagania ogrzewania czy doświetlania pomieszczeń.

W budownictwie niskoenergetycznym optymalne wykorzystanie energii promieniowania słonecznego jest jedną z podstawowych strategii projektowych.

Odpowiednio opracowana koncepcja architektoniczna domu niskoenergetycznego wykorzystująca dostępne warunki nasłonecznienia w miejscu lokalizacji inwestycji umożliwia wspomaganie systemu ogrzewania w okresie zimowym.

Promieniowanie słoneczne dostaje się do wnętrza budynku i nagrzewa je, dzięki czemu mniej energii można zużyć na ogrzewanie – jest to tzw. pasywne wykorzystanie energii słonecznej. Okno może generować zyski cieplne wtedy, gdy dostępna jest energia słoneczna. Straty ciepła i zyski słoneczne bilansują się zwykle w przypadku umieszczenia okien po bardziej nasłonecznionej stronie budynku. W praktyce zaleca się więc planowanie okien od strony południowej, przynoszą one bowiem zauważalne zyski słoneczne pozytywnie wpływające na bilans cieplny budynku. Okna od wschodu i zachodu wypadają na granicy – dają tylko nieco więcej zysków niż strat ciepła albo odwrotnie. Natomiast umieszczanie okien od północy jest zazwyczaj nieuzasadnione pod względem efektywności energetycznej. Negatywnie wpływa na nią również sąsiedztwo zacieniające, które ogranicza zyski słoneczne nie tylko latem, ale i zimą.

Dostarczanie ciepła słonecznego do budynku w okresie zimowym znacząco wspomaga system grzewczy. Natomiast w okresie letnim to samo ciepło powoduje przegrzewanie się pomieszczeń. W związku z tym konieczne jest ograniczanie dostępu promieniowania słonecznego do budynku w okresie letnim, czyli stosowanie systemów zacieniających.

Kontrolę dostępu energii słonecznej najłatwiej sprawować na elewacji południowej. Zwykle realizuje się ją stosując horyzontalne nadwieszenia. Poprzez odpowiednie dobranie długości nadwieszenia można zminimalizować zyski słoneczne w lecie, przy jednoczesnym zachowaniu ich w okresie zimowym. Elewacje wschodnia i zachodnia są trudne do zacienienia elementami zewnętrznymi, dlatego stosuje się rolety, żaluzje czy okiennice. Elewacja północna zwykle nie potrzebuje zacienienia ze względu na brak bezpośredniego dostępu promieniowania słonecznego.

Dobór przeszkleń o określonych parametrach powinien spełniać kryteria architektoniczne, energetyczne i ekonomiczne. Projektowanie budynku niskoenergetycznego powinno uwzględniać lokalne warunki nasłonecznienia tak, aby uzyskać optymalne rozwiązanie w zakresie wspomagania systemu grzewczego, zapewniając odpowiednią ilość światła dziennego i ochronę przed przegrzewaniem pomieszczeń w lecie przy zachowaniu racjonalnych nakładów inwestycyjnych.