W Warszawie i okolicach możesz uzyskać poradę eksperta - naprawdę, sprawdź szczegóły i klikniji w ten link!

Okna energooszczędne


PatentBudynki w  krajach Unii Europejskiej zużywają przeszło 40% całej produkowanej energii, dlatego też UE postanowiła ograniczyć jej zużycie w tym sektorze wydając Dyrektywę 2002/91/EC dotyczącą jakości energetycznej budynków. Zgodnie z tym dokumentem każdy nowo wznoszony budynek oraz wszystkie podlegające obrotowi (sprzedaży, najmu) będą musiały się legitymować świadectwem efektywności energetycznej. Inaczej mówiąc świadectwo to będzie wymagane przez notariuszy przy podpisywaniu umów.
Podobnym certyfikatem legitymują się już sprzęty gospodarstwa domowego (pralki, lodówki itp.), na których są umieszczane naklejki z oznaczeniem klasy energetycznej. Dotychczas przepis ten był w Polsce martwy, jednak w dniu 9 września 2007r. Sejm uchwalił nowelizację ustawy Prawo Budowlane odnoszącą się do powyższej dyrektywy, a od dnia 1 stycznia 2009r. zapisy tej ustawy wchodzą w życie.
Podstawą do wydania certyfikatu – świadectwa jest przeprowadzenie audytu energetycznego budynku w celu określenia jego zapotrzebowania na energię. Tak jak w przypadku sprzętów AGD najbardziej energożerne budynki otrzymają najniższą klasę energetyczną „G” a najbardziej oszczędne klasę „A”. W Polsce około 80% budynków wymaga ocieplenia.
Okna to jeden z elementów budynków, przez które „ucieka” najwięcej energii (15 – 25%, a w domach z wielkiej płyty nawet 45%), dlatego ważne jest ich uwzględnienie w bilansie energetycznym.
Według normy EN 14351-1 jakość energetyczną okna określają trzy parametry:
•    współczynnik przenikania ciepła U [W/m2K],
•    całkowita przepuszczalność energii promieniowania słonecznego g [%],
•    przepuszczalność (infiltracja) powietrza – klasy od 0 do 4.

Współczynnik przenikania ciepła U pozwala na ocenę jakości izolacyjności cieplnej przegrody i określa wielkość strumienia ciepła przenikającego przez 1m2 tej przegrody przy różnicy temperatur pomiędzy jej przeciwległymi płaszczyznami wynoszącej 1K. Wartość tego współczynnika można wyznaczyć dla konkretnego okna metodą pomiarową (w/g normy PN-EN 12567-1) lub bardziej uniwersalną (prostszą i szybszą) metodą obliczeniową (zgodnie z normą EN ISO 10077-1) wg poniżej przedstawionej zależności:

Równanie
gdzie:
Ug – współczynnik przenikania ciepła przez szyby, [W/m2K]
Ag – pole powierzchni szyby, [m2]
Uf – współczynnik przenikania ciepła przez ramę, [W/m2K]
Af – pole powierzchni ramy, [m2]
Ψg – liniowy współczynnik jednostkowych strat ciepła określający mostek termiczny odniesiony do 1m styku szyby z ramą, [W/mK]
L – długość liniowego mostka termicznego na styku szyby z ramą, [m]
A – powierzchnia całego okna (A = Ag + Af), [m2].

Poszczególne pola powierzchni mogą w powyższej zależności być traktowane jako współczynniki proporcjonalności strumieni strat ciepła poprzez poszczególne rodzaje przegród (szyby, ramy i t.p.).
Znaki sum przy kolejnych elementach wzoru oznaczają, że w jednym oknie mogą wystąpić elementy składowe o różnych współczynnikach U i należy je wszystkie uwzględnić przy obliczaniu średniego U ważonego dla całego okna. I tak np. współczynnik przenikania dla złożenia profili „skrzydło – rama” na krawędzi okna będzie miało inną wartość niż przy zestawie konstrukcyjnym typu „skrzydło – słupek – skrzydło” znajdującym się w środkowej części okna dwuskrzydłowego.

Aby podnieść izolacyjność cieplną całego okna (obniżyć jego współczynnik przenikania ciepła U) należy wprowadzać coraz to doskonalsze rozwiązania konstrukcyjne obniżające współczynniki U dla poszczególnych elementów okna uwzględnionych w powyżej przytoczonej zależności.
Największy wpływ na poziom temoizolacyjności całego okna ma współczynnik przenikania ciepła przez szyby Ug, który zależy od składu chemicznego i struktury szyb jak również od konstrukcji oszkleń wielowarstwowych (tabela 1). Warto/ść współczynnika U jest określana na drodze obliczeniowej (w/g normy EN 673) lub metodą pomiarową (w/g EN 674). Niestety, należy tu wspomnieć, iż współczynnik ten i o tej wartości jest często, z różnych powodów, podawany jako współczynnik U dla całego okna, co jest poważnym nadużyciem.
Obecnie jako standard w konstrukcji okien stosuje się przeszklenie typu 4 – 16 – 4, czyli dwie 4. mm niskoemisyjne tafle szkła oddzielone 16 mm ramką dystansową i szczeliną pomiędzy nimi wypełnioną argonem, co w efekcie daje współczynnik Ug = 1,1 W/m2K w/g EN 673 (1,0 W/m2K w/g EN 674).

Tabela 1. Parametry termoizolacyjne różnych rodzajów konstrukcji szyb

Konstrukcja szyby
szyba 1– dystans – szyba 2 – dystans – szyba 3
Gaz wypełniający
przestrzeń pomiędzy szybami

Współczynnik Ug [W/m2K]
w/g EN 673

Współczynnik
g [%]

w/g EN 410
4mm 5,8 85
4 – 16 – 4
Powietrze 3,0 76
4 – 16 – 4 Argon 2,2 76
4 – 16 – 4 z powłoką niskoemisyjną Argon 1,1 59
4 – 14 – 4 – 14 – 4 z powłokami niskoemisyjnymi Argon 0,6 48
4 – 8 – 4 – 8 – 4 z powłokami niskoemisyjnymi Xenon 0,4 48


Bezpośrednio z szybą (w dosłownym tego słowa znaczeniu) spojony jest element, od jakości którego zależy wartość liniowego mostka termicznego Ψg na styku szyby z ramką dystansowa w konstrukcji szyby zespolonej. Wartość tego współczynnika termicznie charakteryzującego ten mostek zależy w dużej mierze od materiału, z jakiego została wykonana ramka co przykładowo przedstawiono w tabeli 2. Określa on jednostkową wartość strumienia ciepła traconego na długości 1m bieżącego mostka cieplnego przy różnicy temperatur pomiędzy stronami przegrody wynoszącej 1K.

Tabela 2. Przykładowe wartości cieplne Ψg w zależność od materiału ramki

Materiał ramki Współczynnik Ψg [W/mK]
Aluminium 0,08
Stal 0,06
Stal nierdzewna 0,05
Polimery konstrukcyjne 0,04

Niebagatelny wpływ na parametry całego okna ma rama okienna, której udział   w całkowitej powierzchni okna wynosi 30 a czasami nawet do 50%. Na naszym rynku najczęściej spotyka się trzy rodzaje okien z ramami PVC, drewnianymi a także aluminiowymi. Istnieją też inne materiały stosowane w konstrukcjach ram okiennych jak np. stalowe, z włókna szklanego lub łączone drewno i aluminium. Jednak takie rozwiązania stanowią niewielki odsetek w całej krajowej produkcji okien.         
We wszystkich rodzajach rozwiązań konstrukcyjnych okien, a w szczególności w ramach okiennych PVC, największy wpływ na skuteczność termoizolacyjności ma szerokość profili, a nie jak się powszechnie sądzi ilość komór. Inaczej mówiąc czterokomorowy system o szerokości 70mm będzie miał lepsze parametry niż system pięciokomorowy o szerokości 60mm. Większość okien PVC wzmacniana jest stalą, która pogarsza parametry cieplne profili PVC (profil bez wzmocnienia jest lepszym izolatorem niż profil ze wzmocnieniem), są jednak rozwiązania, w których stal zastąpiono kompozytem poliestrowo szklanym dodatkowo wypełnionym termoizolacyjną pianą poliuretanową co pozwoliło znacznie obniżyć wartość Uf (rys. 2 i wykres z rys 3). Łatwo zauważyć, że już samo poszerzenie systemu dało wymierną korzyść, a zastosowanie wzmocnienia termicznego pozwoliło obniżyć współczynnik o ponad 40%.

Profil1 Profil2 Profil3

Wykres

Oprócz materiałów, z których wykonane jest okno, ważna jest także jego geometria. Zazwyczaj szyba posiada lepszy (niższy) współczynnik przenikania ciepła niż rama, dlatego też im relatywnie większa jest powierzchnia szyby, tym ma ono lepsze własności izolacyjności termicznej. Ograniczając liczbę podziałów  w oknie (tzw. skrzydeł) zmniejszamy także długość niekorzystnego mostka termicznego.
Poniższy przykład obrazuje różnicę w wypadkowym współczynniku przenikania ciepła U dla dwóch okien o identycznych wymiarach mierzonych po obwodzie, jednak o innej geometrii, w dwóch wariantach zastosowanych komponentów:

Wariant 1

System ramy PVC pięciokomorowy (Uf1 = 1,58 W/m2K; Uf2 = 1,65 W/m2K), wzmocniony stalą, szyba zespolona Ug = 1,10 W/m2K wypełniona argonem z ramką aluminiową (Ψg = 0,08 W/mK).

Wariant 2

System ramy PVC pięciokomorowy (Uf1 = 1,10 W/m2K; Uf2 = 1,35 W/m2K), wzmocniony wzmocnieniem kompozytowym, szyba zespolona
To trwały, hermetyczny układ dwu lub więcej tafli szkła oddzielonych ramką dystansową, zazwyczaj o grubości 12 lub 16 mm. W przestrzeni międzyszybowej hermetycznie zamkniętej znajduje się mieszanka gazów np. gaz szlachetny argon lub krypton i powietrze (
Ug = 0,60 W/m2K wypełniona argonem z ramką polimerową (Ψg = 0,04 W/mK).


System ramy1 System ramy2


Dane geometryczne okna 1:

szerokość okna – 1,50 m
wysokość okna – 1,50 m

Ag1 + Ag1 = 1,36 m2 (60%)
Af1 = 0,65 m2 (30%)
Af2 = 0,24 m2 (10%)
L1 = 4,68 m
L2 = 2,15 m

Dane geometryczne okna 2:

szerokość okna – 1,50 m
wysokość okna – 1,50 m

Ag = 1,60 m2 (70%)
Af1 = 0,65 m2 (30%)
Af2 = 0
L1 = 5,06 m
L2 = 0

Wykres

Całkowita przepuszczalność energii słonecznej g jest to nic innego jak wyrażony w procentach stosunek wartości energii słonecznej, która się przedostaje przez okno (strumienie Q1 i Q2 z rys. 5) do energii padającej na okno (strumień QS) gdzie:

QS– strumień energii słonecznej podającej na okno
Q1 – strumień energii przedostającej się bezpośrednio przez przegrodę
Q2 – strumień energii wypromieniowanej wtórnie przez przegrodę (np. przegroda nagrzewa się i część tej energii cieplnej wypromieniowuje do pomieszczenia)

Rys. 5. Zyski energii promieniowania słonecznego przez szybę do pomieszczenia.
Ponieważ wartość tego współczynnika zależy wyłącznie od zastosowanego przeszklenia jego przykładowe wartości zostały pokazane w tabeli 1. Oczywiście możemy obniżać ten parametr stosując różne rodzaje szyb przeciwsłonecznych (np. refleksyjnych czy absorpcyjny) jednak z punktu widzenia oszczędności energii im wyższy współczynnik „g” tym lepiej (więcej energii przedostaje się do pomieszczenia).

Przepuszczalność okien dla powietrza, określana ze względu straty ciepła pomieszczeń wynikające z parcia wiatru  podawana jest w klasach od 1 do 4. Klasyfikacja     oparta jest na porównaniu przepuszczalności powietrza badanej próbki w odniesieniu do powierzchni całkowitej oraz przepuszczalności w odniesieniu do długości szczeliny otworu (zewnętrznej uszczelki okna). Wartość całkowitej przepuszczalności powietrza przez badaną próbkę jest mierzona zgodnie z normą EN 1026 poprzez umieszczenie okna w specjalnej komorze, w której z jednej strony okna wywiera się na nie parcie powietrza pod określonym ciśnieniem i mierzy się wielkość strumienia powietrza przedostającego się przez okno przy danym ciśnieniu. Przepuszczalność odniesienia (wzorcowa) jest to wartość przepuszczalności określona przy parciu powietrza o ciśnieniu równym 100 Pa. Dla innych wartości ciśnienia stosuje się następującą zależność:

Równianie2

 
Interpretację otrzymanych wyników badań okna należy przeprowadzić przy użyciu wskaźników zamieszczonych w tabeli 3.

Tabela 3. Wskaźniki klasyfikacji okien pod względem ich przepuszczalności dla powietrza

Klasa
Przepuszczalność powietrza
przy 100 Pam3/h*m2

Przepuszczalność powietrza
przy 100 Pam3/h*m
Maksymalne ciśnienie
próbne

0
Nie bada się 
1
50 12,5
150
2
27
6,75
300
3
9
2,25
600
4
3
0,75
600


Jeśli przepuszczalność okna określona w m3/h podzielona przez jego powierzchnię (wskaźnik kol. 2) wskazuje na inną klasę niż przepuszczalność okna odniesiona do długości jego szczeliny (wskaźnik kol. 3), wówczas wyniki interpretuje się następująco:
•    gdy występuje różnica o jedną klasę – przyjmuje się klasę wyższą;
•    gdy o dwie klasy – przyjmuje się klasę pośrednią.
Tego rodzaju badania są niezwykle ważne, gdyż pozwalają one dokonać oceny możliwości zastosowania takich okien w budynku pasywnym, dla którego badania szczelności jako zamkniętego obiektu również są wymagane.

Podsumowanie

Wzrost cen nośników energii oraz wprowadzenie unijnej dyrektywy EPBD 2002/91/EC i certyfikacji energetycznej budynków zachęca do stosowania okien energooszczędnych. Zastosowanie okien ze wzmocnieniami z kompozytu poliestrowo-szklanego oraz z szybą zespoloną 4-14–4–14–4 z powłokami niskoemisyjnymi znacznie zwiększa opłacalność inwestycji termomodernizacyjnej i poprawia jakość energetyczną budynków. Dlatego już na etapie planowania inwestycji należy zadbać o wybór odpowiedniej, energooszczędnej stolarki okiennej. W dłuższym okresie nowoczesne technologie dają większe oszczędności tak ekonomiczne, poprzez zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych jak również pozwalają na wydłużony cykl eksploatacyjny przy zachowaniu korzystnych parametrów termiczny.
Bardzo rzadko lub w ogóle nie mówi się o tym, iż okna wyprodukowane w najnowszych technologiach zdecydowanie poprawiają komfort cieplny w pomieszczeniach. Skutecznie zapobiegają tworzeniu się chłodnej warstwy konwekcyjnej wzdłuż osi pionowej okna a także przeciwdziałają nieprzyjemnemu oddziaływaniu promieniowania cieplnego z chłodnej przegrody jaką w tym przypadku jest wewnętrzna powierzchnia okna.    

Za M&S Pomorską Fabryką Okien Sp. z o.o.