Optymalizacja energetyczna okien nowych i wymienianych Część 1

Transkrypt

1 Optymalizacja energetyczna okien nowych i wymienianych Część 1 Co roku wymienia się w Polsce miliony okien nowe okna mają być cieplejsze i powinny zmniejszać zużycie energii potrzebnej na ogrzanie mieszkań. Czy faktycznie każdy wybór nowego okna przy wymianie daje taki efekt? Z mojego doświadczenia wynika, że tak nie jest. Na pewno nowoczesne okna są szczelne i ta ich cecha przekłada się na oszczędność energii cieplnej. Trzeba przy tym pamiętać, że jednocześnie w pomieszczeniu minimalizuje się strumień powietrza wentylacyjnego, co ogólnie jest dla lokatora szkodliwe. Szczelność okna to jednak nie wszystko, co decyduje o jego efektywności. Temat jest rozległy i dotyczy nie tylko starych budynków ale jest również ważny na etapie projektowania okien w nowych obiektach. W kolejnych częściach cyklu artykułów przedstawię szczegółową problematykę dotyczącą doboru takich okien, które spełniają swoje funkcje w sposób najbardziej ekonomiczny i ekologiczny. Podstawowe funkcje okna - rozważania przyjęto dla okna w pokoju mieszkalnym. Okno ma trzy podstawowe funkcje i odpowiadające tym funkcjom kryteria: 1. Dostarczenie odpowiedniej ilości naturalnego światła kryterium tej funkcji jest norma, aby wielkość okna stanowiła minimum 1/8 powierzchni podłogi pomieszczenia, 2. Okno jest przegrodą zewnętrzną budynku i powoduje straty ciepła na zewnątrz kryterium tej funkcji jest minimalizacja tych strat poprzez zastosowanie materiałów o możliwie najmniejszym współczynniku przenikania ciepła [U], 3. Okno poprzez otwieranie, uchylanie, rozszczelnianie lub montaż nawiewników powinno doprowadzać do pomieszczenia odpowiednią ilość powietrza wentylacyjnego, kryterium tej funkcji jest norma objętości powietrza wentylacyjnego w budynku mieszkalnym. Z powyższych funkcji podstawowych wynikają funkcje pochodne; 4. Okno jest przegrodą zewnętrzną i powinno minimalizować hałasy z zewnątrz, 5. Szyba okna to nie tylko straty ciepła ale również zyski ciepła od promieniowania słonecznego pożyteczne zimą a szkodliwe latem. Bardzo istotne jest również to, żeby koszt okna wykonanego dla ww. funkcji był możliwie niski. Z opisu funkcji okna wynika, że często są one wzajemnie sprzeczne i dobór okna nie jest sprawą łatwą. Niniejszy cykl artykułów został pomyślany jako forma poradnika dla lokatorów, zarządców nieruchomości, projektantów, certyfikatorów i audytorów energetycznych - w zakresie optymalizacji doboru okien i ich montażu w przegrodach budowlanych oraz obliczenia współczynników przenikania ciepła dla istniejących okien i przegród, w które są wbudowane. Szczególną uwagę poświęcę w tym cyklu mostkom cieplnym występującym w oknach i ościeżach okiennych.

2 Współczynnik przenikania ciepła okna U w Na początek przeprowadźmy takie optymalizacje okien, które pozwolą na uzyskanie najlepszego współczynnika przenikania ciepła jak najmniejszym kosztem. Projektując okno, należy pamiętać, że jego konstrukcja wpływa nie tylko na walory estetyczne budynku i ilość światła, jaka dostaje się do wnętrza domu. W istotny sposób decyduje również o przenikaniu i stratach ciepła. Izolacyjność cieplną okien określa się za pomocą współczynnika przenikania ciepła U, który wyraża się w jednostkach W(m 2 * K) i definiuje się jako ilość ciepła przenikającą w ciągu 1 godziny przez 1m 2 płaskiej przegrody przy różnicy temperatury powietrza po obu jej stronach wynoszącej 1K (1 C). Jednoznacznie należy stwierdzić, że im mniejsza wartość U, tym większa izolacyjność termiczna okna. Producenci okien i projektanci aż do 2007 roku, kiedy wydano PN-EN ISO :2007 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji - Obliczanie współczynnika przenikania ciepła, przyjmowali, że współczynnik przenikania ciepła okna to współczynnik szyby - to był błąd. Niestety, pojawia się również obecnie w zestawieniach stolarki okiennej, stanowiących załącznik do projektu budynku. Wprawdzie to właśnie izolacyjność termiczna szyby w dużej mierze wpływa na to, czy okno możemy określić jako ciepłe, czy też nie, jednak parametrem stanowiącym podstawę do ocen i porównań powinien być tylko współczynnik U w. Dlatego też nawet w obrębie jednego budynku, w którym zaprojektowane zostały okna o takich samych parametrach cieplnych szyb, każde z okien może mieć zupełnie inny współczynnik przenikania ciepła. Według obowiązującej aktualnie normy PN-EN ISO : obliczanie współczynnika przenikania ciepła wykonuję się według poniższego wzoru. [1] Gdzie: U w (window) - średni współczynnik przenikania ciepła okna [W/(m² * K)] U f (frame) - współczynnik przenikania ciepła ramy, [W/(m² * K)] U g (glass) - średni współczynnik przenikania ciepła szyby, [W/(m² * K)] Ψ g - liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka na styku szyby z ramą okna, [W/(m * K)] A f (frame) - pole powierzchni ramy o współczynniku U f, [m²] A g (glass) pole powierzchni szyby, [m²] l g - długość liniowego mostka cieplnego na styku szyby z ramą, [m] A = A g + A w - powierzchnia całkowita okna, [m²]

3 Na zdjęciu pokazano układ okien po ich wymianie z drewnianych na PCV w typowym wielorodzinnym budynku mieszkalnym. Pierwotnie zgodnie z projektem był to zestaw 3 typowych okien; O36 (1765x1435mm) + O35 (1465x1435mm) + OB5 (865x2195mm). Jak widać, po wymianie, na każdej kondygnacji występują różne okna, co świadczy o braku jakiejkolwiek organizacji tej wymiany, każdy lokator wstawił okna według własnego gustu. Na 3 i 5 kondygnacji zachowano pierwotny podział okien według projektu, co można uznać za zasadne z powodów architektonicznych, na kondygnacjach 2 i 4 jest to podział zbliżony do projektu, na 1 i 6 kondygnacji podział jest całkowicie odmienny. W tym przypadku do analizy wybrałem okna na 1 i 3 kondygnacji jako przypadki o najbardziej odmiennych podziałach. Wartość U w można określić dwoma sposobami: 1 - laboratoryjnie, na podstawie badań konkretnego okna, 2- obliczeniowo, na podstawie wzoru, zgodnie z PN EN ISO Ponieważ badanie laboratoryjne wstawionych okien jest niemożliwe - zastosowano wzór z normy przyjmując standartowe dane konstrukcyjne okien: - profil okna (frame) 4-komorowy, U f = 1,76 [W/(m² * K)] - szyba thermofloat 4/16A r /4 U g (glass) = 1,0 [W/(m² * K)] - ramka na styku szyby i okna aluminiowa Ψ = 0,07 [W/(m * K)] Fot. 1

4 Analiza 1 - okno na 3 kondygnacji Fot.2 Wymiary okna - O36 (1765x1435mm) A=2,53 m 2, A g = 1,53 m 2, A f = 1,00 m 2, l (ramka)= 7,3m - O35 (1465x1435mm) A=2,10 m 2, A g = 1,33 m 2, A f = 0,77m 2, l (ramka)= 6,7m - OB5 (865x2195mm) A=1,90 m 2, A g = 1,10 m 2, A f = 0,80m 2, l (ramka)= 6,0m razem A = 6,53 m 2, A g = 3,96m 2, A f = 2,57m 2, l (ramka) = 20,0m Po obliczeniach wg wzoru [1] U w tego okna wynosi ok. 1,51 [W/(m² * K)] czyli aż 50% więcej niż U g szyby. Szacunkowy koszt tego okna (bez montażu i parapetów) wynosi ok zł Analiza 2 - okno na 1 kondygnacji Fot.3 Wymiary okna - O30 (865x1435mm) A=1,24 m 2, A g = 0,87 m 2, A f =0,37 m 2, l (ramka)= 3,9m - okna stałe (2365x1435mm) A=3,39 m 2, A g = 2,76 m 2, A f = 0,63m 2, l (ramka)= 6,9m - OB5 (865x2195mm) A=1,90 m 2, A g = 1,10 m 2, A f = 0,80m 2, l (ramka)= 6,0m razem A=6,53 m 2, A g = 4,73m 2, A f = 1,80m 2, l (ramka)= 16,8m Po obliczeniach wg wzoru [1] U w tego okna wynosi ok. 1,39 [W/(m² * K)] czyli o ok. 8% mniej niż okna z Fot. 2. Szacunkowy koszt tego okna (bez montażu i parapetów) wynosi ok zł czyli o ok. 370 zł mniej niż okno z Fot. 2.

5 Wykonane powyżej kalkulacje są szacunkowe, bez dokładnych pomiarów i mają za cel jedynie analizę porównawczą. Kalkulacje współczynnika U w okien można wykonać również za pomocą programów komputerowych np. Kalkulator Energetyczny Fabryki Okien w Słupsku dostępny na Jakie wnioski? 1. Im więcej szyby w oknie, tym niższy (lepszy) współczynnik przenikania ciepła. 2. Im mniej ramy w oknie i części rozwieranych, tym okno jest tańsze i cieplejsze. 3. Okna należy projektować tak, aby miały jak największą powierzchnię szyby - wtedy wymiar całkowity może być mniejszy. 4. Okna wieloskrzydłowe stosować tylko w koniecznych przypadkach. 5. Jeżeli jest możliwe mycie okien z balkonów i tarasów, należy stosować okna stałe (nieotwierane), a dla wietrzenia przeznaczyć tylko ok. 1/3 części okna. 6. Z powyższych wniosków wynika, że z przedstawionych na Fot.1 okien, najlepiej jest zoptymalizowane okno na parterze, jest ono najtańsze a jednocześnie najcieplejsze i daje najwięcej światła, no i jest chyba najładniejsze. Ponieważ wygląd tego okna znacznie odbiega od pierwowzoru, zmiana powinna być uzgodniona z odpowiednimi władzami, z czym niestety mogą być problemy. W następnej części (2) zostanie przedstawiona optymalizacja energetyczna okien pod względem rodzajów ram okiennych, szyb i ramek łączących szyby z ramą. Włodzimierz Matusiak mgr inż. inżynierii środowiska audytor energetyczny w-matusiak@wp.pl