10.4 / Przenikalność cieplna

Transkrypt

1 szyby zespolone może być określona za pomocą wartości tabelarycznych. Wyniki powinny być wyrażone zgodnie z EN ISO Wartości izolacyjności akustycznej Rw 39 db lub Rw + Ctr 35 db powinny być określone z zastosowaniem badań / Przenikalność cieplna Dzięki szerokiej promocji energooszczędności, przenikalność cieplna, jest chyba jedyną z właściwości okien, której na dobre udało się przebić do świadomości inwestorów i sprzedawców. Wiedza o jej istnieniu nie oznacza jednak, że potrafią z niej właściwie korzystać. Weźmy pierwszy z brzegu przykład związany z wymianą stolarki w istniejącym obiekcie. Decyzja o zakupie podejmowana jest zazwyczaj wtedy, gdy od okna ciągnie już taki chłód, że trudno przebywać w jego pobliżu. Ten chłód, to głównie skutek niekontrolowanej infiltracji powietrza przez nieszczelności samego okna i styku ramy z murem ościeży. Po wymianie okien wnikanie zimnego powietrza zewnętrznego ustaje i większość kupujących jest zadowolona z osiągniętego efektu. Przecież nie wieje, czyli jest... cieplej. W tym przypadku uczucie jest cieplej ma niewielki związek z faktyczną oszczędnością energii uzyskiwaną dzięki konstrukcji okna. Właściwe uszczelnienie połączenia ościeży okiennej z oknem pozwala uniknąć jedynie tej fizycznie odczuwalnej części strat ciepła spowodowanych niekontrolowaną infiltracją powietrza. Prawdziwe oszczędności energii związane są z różnicami pomiędzy oknem starym i nowym, w zakresie posiadanej przez nie właściwości nazwanej w normie PN-EN A1:2010 przenikalnością cieplną. Norma nie ustala żadnych wymagań w tym względzie pozostawiając producentom pełną swobodę deklarowania wartości współczynnika ciepła okien i drzwi balkonowych, co wynika z przedstawionego poniżej fragmentu tabeli klasyfikacyjnej normy wyrobu. Przenikalność cieplna W/(m² * K) npd Wartości deklarowane Przenikalność cieplna okna PVC jest określana przy użyciu współczynnika przenikania ciepła Uw podającego ilość energii w watach ( W = wat ), przenikającej przez okno o określonej powierzchni (m²), przy różnicy temperatury zewnętrznej i wewnętrznej równej 1K, (1K = 1 C). Jednostką przenikalności cieplnej jest W/(m² * K). Przenikalność cieplna dla elewacyjnych okien i drzwi zewnętrznych może być wyznaczana dwoma równorzędnymi metodami. Metodą referencyjną skrzynki grzejnej z zastosowaniem normy PN-EN ISO albo drogą obliczeń 94

2 z zastosowaniem norm PN-EN ISO i PN-EN ISO Ze względu na łatwość stosowania, przenikalność cieplna konstrukcji okiennych znacznie częściej jest wyznaczana metodą obliczeniową. Obliczanie jest oparte na czterech częściach składowych całkowitego współczynnika przenikania ciepła: dla elementów zawierających oszklenie, współczynnika przenikania ciepła oszklenia, obliczonego z zastosowaniem EN 673 lub zmierzonego zgodnie z EN 674 lub 675, dla elementów zawierających panele nieprzezroczyste, współczynnika przenikania ciepła paneli nieprzezroczystych obliczonego zgodnie z ISO6946 i/lub ISO (wszystkie części) lub zmierzonego zgodnie z ISO 8301 lub ISO 8202, współczynnika przenikania ciepła ramy, obliczonego zgodnie z ISO , zmierzonego zgodnie z EN lub przyjętego z Załącznika D do normy PN-EN ISO :2007, liniowego współczynnika przenikania ciepła połączenia rama-oszklenie, obliczonego zgodnie z PN-EN ISO lub przyjętego z Załącznika E do normy PN-EN ISO :2007 OKNO POJEDYŃCZE Rama (stała) 2 Skrzydło okienne (ruchome) 3 Oszklenie (pojedyncze lub wielokrotne) Obliczenie współczynnika przenikania ciepła Uw okna pojedynczego należy przeprowadzać według następującego wzoru: Uw = Σ Ag x Ug + Σ Af x Uf + Σ Ig x Ψg Σ Ag + Σ Af gdzie: Ug Współczynnik przenikania ciepła oszklenia Ag Pole powierzchni szyby Uf Współczynnik przenikania ciepła ramy Af Pole powierzchni ramy Ψg Liniowy współczynnik przenikania ciepła spowodowany połączonymi efektami oszklenia, ramki dystansowej i ramy lg Długość liniowego mostka cieplnego na styku szyby z ramą A Całkowite pole powierzchni okna, (Ag + Af) 95

3 Praktyczne znaczenie współczynnika przenikania ciepła Uw Omówienie praktycznego znaczenia znajomości wartości współczynnika przenikania ciepła Uw okna, warto rozpocząć od przypomnienia jego definicji. Współczynnik przenikania ciepła Uw podaje ilość energii w watach ( W = wat ), przenikającej przez okno o określonej powierzchni (m²), przy różnicy temperatury zewnętrznej i wewnętrznej równej 1K, (1K = 1 C), a jego jednostką jest W/ (m² * K). Z powyższej definicji wynika, że znajomość współczynnika przenikania ciepła okna pozwala nam obliczyć wielkość, a co za tym idzie także wartość strat energii cieplnej, która przez nie ulatuje. Jeśli tak, to spróbujmy przykładowo obliczyć wielkość i wartość energii, która przeniknie w ciągu 1 godziny, przez okno o powierzchni 1 m², dla którego wartość współczynnika Uw wynosi odpowiednio: 1,4 W/(m² * K), 1,2 W/(m² * K), 1,0 W/(m² * K) przy różnicy temperatury powietrza zewnętrznego i wewnętrznego 20 C. Na wstępie mamy następujące dane dotyczące wartości współczynnika przenikania ciepła Uw, które możemy zapisać w postaci równań: Okno nr 1 Uw = 1,4 W/(m² * K) Okno nr 2 Uw = 1,2 W/(m² * K) Okno nr 3 Uw = 1,0 W/(m² * K) Aby obliczyć ilość energii przepływającej przez każde z tych okien przekształcamy równania do następującej postaci: W = Uw * m² * K * h i dokonujemy obliczeń: Okno nr 1 - W = 1,4 * 1 * 20 * 1 = 28 W = 0,028 kwh Okno nr 2 - W = 1,2 * 1 * 20 * 1 = 24 W = 0,024 kwh Okno nr 3 - W = 1,0 * 1 * 20 * 1 = 20 W = 0,020 kwh Znając już ilość energii przepływającej przez okno w określonych warunkach i czasie możemy pokusić się o wyliczenie wartości strat, do czego niezbędna jest znajomość ceny 1 kwh energii pochodzącej z medium będącego źródłem energii cieplnej w naszym domu lub mieszkaniu. Dla naszych obliczeń przyjmijmy, że ciepło pochodzi z energii elektrycznej, a cena 1 kwh tej energii wynosi 0,5 zł. Poniżej obliczamy wartość strat dla naszych przykładowych okien: 96

4 Okno nr 1-0,028 kwh * 0,5 zł = 0,014 zł Okno nr 2-0,024 kwh * 0,5 zł = 0,012 zł Okno nr 3-0,020 kwh * 0,5 zł = 0,010 zł Teraz możemy odpowiedzieć na pytanie o ilość i wartość energii przenikającej w ciągu 1 godziny, w określonych warunkach przez każde z naszych przykładowych okien: W ciągu 1 godziny przez okno nr 1 przenika 0,028 kwh energii o wartości 1,4 gr. W ciągu 1 godziny przez okno nr 2 przenika 0,024 kwh energii o wartości 1,2 gr. W ciągu 1 godziny przez okno nr 3 przenika 0,028 kwh energii o wartości 1,0 gr. To proste obliczenie potwierdza intuicyjne stwierdzenie, że im niższy współczynnik przenikania ciepła Uw okna, tym mniejsze straty energii cieplnej, a przy okazji przestroga, aby nie lekceważyć tych relatywnie niewielkich, groszowych wartości strat ciepła. W każdym indywidualnym przypadku mogą one w ciągu jednego sezonu grzewczego zmienić się w dziesiątki, a nawet setki złotych. W jaki sposób? W najprostszy! Sezon grzewczy w Polsce nie trwa 1 godzinę, lecz całe długie 7 miesięcy, czyli około godzin, a powierzchnia okien w przeciętnym M-4, to około 13 m², w domu jednorodzinnym 25 m². Wystarczy przyjąć podane wartości do przedstawionego wyżej wzoru i przeliczyć. Kilowaty nie na straty mówi ludowe porzekadło i... ma rację. Okna energooszczędne Okna energooszczędne, to rzecz, o której się dyskutuje, ale której nikt nie widział. Do tej pory nie istnieje żadna legalna definicja pojęcia okno energooszczędne. Po naszych obliczeniach z pewnością wiele osób zgodziłoby się ze stwierdzeniem, że ich zadaniem jest ograniczanie strat energii niezbędnej do ogrzania pomieszczeń, dlatego powinny charakteryzować się jak najniższym współczynnikiem przenikania ciepła Uw. Jednak w tej quasi definicji kryje się błąd logiczny ignotum per ignotum (nieznane przez nieznane), bowiem zawiera dwa niewiele mówiące pojęcia; ograniczanie i jak najniższy. Oba pojęcia są tylko pozornie jasne, w praktyce dla każdego mogą oznaczać co innego, inne dolne wartości graniczne współczynnika Uw. Na razie należy raczej przyjmować, że okna energooszczędne należą do kategorii pojęć marketingowych i technicznie niezdefiniowanych. W praktyce każdy może przyjmować i podawać dowolne wartości współczynnika przenikania ciepła mieszczące się poniżej wartości Umax wyznaczanej przez krajowe przepisy techniczno-budowlane twierdząc, że okno o takiej przenikalności cieplnej jest 97

5 energooszczędne. Poniżej przedstawiamy wymagania pochodzące z załącznika nr 2 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. z 2002 roku, Nr 75, poz. 690, w którym podano między innymi obowiązujące w Polsce maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła dla okien i drzwi elewacyjnych w zależności od kategorii budynku i strefy klimatycznej, w której on się znajduje. Rodzaj budynku, typ okna U(max) wymagane Budynek mieszkalny i zamieszkania zbiorowego Okna (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne w pomieszczeniach o ti 16 C a) w I, II i III strefie klimatycznej b) w IV i V strefie klimatycznej 1,8 W/(m² * K) 1,7 W/(m² * K) Okna pomieszczeń piwnicznych i poddaszy nieogrzewanych oraz świetliki nad klatkami schodowymi nieogrzewanymi bez wymagań Drzwi zewnętrzne wejściowe Budynek użyteczności publicznej Okna (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne (fasady): a) przy ti 16 C b) przy 8 C ti 16 C c) przy ti 8 C 1,8 W/(m² * K) bez wymagań Okna i drzwi balkonowe w pomieszczeniach o szczególnych wymaganiach higienicznych (pomieszczenia przeznaczone na stały pobyt ludzi w szpitalach, żłobkach i przedszkolach) 1,8 W/(m² * K) Okna pomieszczeń piwnicznych i poddaszy nieogrzewanych oraz świetliki nad klatkami schodowymi nieogrzewanymi bez wymagań Drzwi zewnętrzne wejściowe do budynków Budynek produkcyjny, magazynowy i gospodarczy Okna (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne w pomieszczeniach o ti 16 C a) w I, II i III strefie klimatycznej b) w IV i V strefie klimatycznej 1,9 W/(m² * K) 1,7 W/(m² * K) Drzwi i wrota w przegrodach zewnętrznych Przyglądając się wartościom współczynnika Umax podanym w tabeli można stwierdzić, że całkowicie nie przystają do aktualnego stanu techniki okiennej i możliwości wytwórczych producentów. Trudno tu mówić o jakimkolwiek pozio98

6 mie energooszczędności okien. Produkt o przenikalności cieplnej na poziomie 1,8 W/ (m² * K), to przeżytek! Nie mamy jednak wyjścia, przepis obowiązuje i zgodnie z wolą ustawodawcy trzeba uznać te parametry za górną dopuszczalną granicę współczynnika przenikania ciepła okna, co wcale nie znaczy, że każde okno o niższej przenikalności cieplnej od razu zasługuje na miano energooszczędnego. Na drugim krańcu postawimy okna przeznaczone do budynków pasywnych. Dla tej kategorii okien polskie przepisy techniczno-budowlane także nie ustalają żadnej granicznej wartości współczynnika przenikania ciepła, jednak na podstawie powszechnie uznanych w branży wytycznych Passivhaus Institut Darmstadt przyjmuje się pewne wartości progowe, wynoszące Uw 0,8 W/(m² * K) dla okna niezabudowanego i Uw 0,85 W/(m² * K) dla okna zabudowanego. Mając na uwadze tak dobrane skrajne wartości można uznać, że współczynnik przenikania ciepła każdego okna energooszczędnego powinien zawierać się w granicach spełniających na razie taki oto warunek: 0,8 < Uw 1,7 lub 1,8 W/(m² * K) w zależności od strefy klimatycznej, a o konkretnej wartości współczynnika zawsze zadecydują wymagania obiektowe wynikające z projektu lub ustalone przez inwestora. Mapa stref klimatycznych Polski Koszalin STREFA V Gdańsk STREFA I Olsztyn STREFA IV Szczecin Bydgoszcz Białystok STREFA III Poznań Warszawa Zielona Góra STREFA II Łódź Lublin Wrocław Kielce Opole Katowice Kraków 50 STREFA V Rzeszów 50 STREFA IV

7 W związku z tym, że ustalone w załączniku do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. z 2002 roku, Nr 75, poz. 690, wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła Umax dla okien i drzwi są powiązane ze strefami klimatycznym i panującymi w nich warunkami, poniżej przedstawiamy za normą PN-76/B Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego oraz PN-82/B Ogrzewnictwo. Temperatury ogrzewanych pomieszczeń w budynkach mapę stref klimatycznych Polski dla okresu zimowego oraz poziomy temperatury obliczeniowej powietrza zewnętrznego w poszczególnych strefach klimatycznych: Temperatura obliczeniowa powietrza zewnętrznego w poszczególnych strefach klimatycznych Strefa klimatyczna Temperatura obliczeniowa powietrza na zewnątrz budynków w C I II III IV V / Właściwości związane z promieniowaniem Norma PN-EN A1:2010 wymienia dwie właściwości okien związane z promieniowaniem słonecznym: Przenikalność światła Lt oraz współczynnik promieniowania słonecznego g. Obie są nierozerwalnie związane z rodzajem oszklenia zastosowanym w konstrukcji okna. Pisaliśmy o nich dość szeroko w części Vademecum poświęconej właściwościom szkła i szyb zespolonych, więc teraz nie widzimy potrzeby, by czynić to raz jeszcze. Dla utrwalenia wiedzy przypomnimy tylko najważniejsze informacje dotyczące obu tych właściwości. Współczynnik przepuszczalności światła Lt Jedną z podstawowych funkcji każdego okna jest dostarczanie do pomieszczeń odpowiedniej ilości naturalnego światła. Ta właściwość okien zależy głównie od parametrów technicznych szyb zespolonych, które są elementem konstrukcji. Producenci szyb, dla każdego ich rodzaju, precyzyjnie określają współczynnik przepuszczalności światła Lt (Light transmission). Współczynnik przepuszczalności światła Lt opisuje stosunek ilości światła słonecznego docierającego do szyby zespolonej, do ilości światła, która zostaje przez nią przepuszczona. Właściwość ta, określana całkowitą przepuszczalnością światła, podawana jest w procentach (%). Im wyższy procent przepuszczanego światła tym jaśniej będzie w pomieszczeniu. 100