Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo mieszkaniowe jedno- i wielorodzinne

4 stycznia 2019

NR 8 (Grudzień 2018)

Przegrody przezroczyste w dachach budynków niskoenergetycznych

0 175

Przegrody przezroczyste są bardzo istotnym zagadnieniem w projektowaniu budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię – mogą być bowiem zarówno miejscem potencjalnych strat ciepła ze względu na występowanie mostków cieplnych, jak i źródłem ich zysków z promieniowania słonecznego. Nie inaczej jest w przypadku okien dachowych.

Okna zajmują szczególne miejsce w bilansie energetycznym budynków – z kilku powodów. Z jednej strony mogą być traktowane jako miejsca potencjalnych strat ciepła, szczególnie narażone na występowanie mostków cieplnych. Z drugiej strony mogą też być źródłem zysków ciepła z promieniowania słonecznego, w zależności od ich orientacji względem stron świata. Należy przy tym pamiętać o ograniczeniu ryzyka przegrzewania się budynku latem. W budownictwie pasywnym, podobnie jak w innych standardach budownictwa niskoenergetycznego, jedną z zasad naczelnych jest unikanie potencjalnych miejsc narażonych na zwiększone straty ciepła. Jednym z takich miejsc są niewątpliwie okna. Ze względu na trudności technologiczne związane z ograniczeniem mostków cieplnych przy otworach dachowych, wszelkie przezroczyste przegrody umieszczone w dachu, takie jak okna połaciowe i świetliki, którym poświęcony jest niniejszy artykuł, przez długi czas były w budownictwie pasywnym tematem problematycznym. Z tego powodu w tego typu budynkach starano się w ogóle unikać otworów doświetlających w dachu. Jest to jednak istotne ograniczenie projektowe, zwłaszcza w przypadku budynków o większej powierzchni kondygnacji. Współcześnie oferowane przez producentów stolarki okiennej produkty w połączeniu z odpowiednią technologią montażu pozwalają na ograniczenie potencjalnych strat ciepła, umożliwiając stosowanie doświetlenia dachowego w budynkach o niskim zapotrzebowaniu na energię.

Fot. 1. Okna połaciowe pasywne VELUX GGU INTEGRA® Solar
Źródło: Velux

Podstawowe właściwości okien dachowych

Dla właściwego doboru okien dachowych ważna jest znajomość ich właściwości i parametrów technicznych. Do ich scharakteryzowania używa się kilkunastu wielkości fizycznych, określających właściwości energetyczne, ekonomiczne i użytkowe okien. Do najistotniejszych należy zaliczyć:

  • Współczynnik przenikania ciepła okna Uw – jest to główny parametr określający właściwości cieplne okna, a mówiąc ściślej – średnią wielkość strat ciepła przez przenikanie w jednostce powierzchni. Jako że okno nie jest przegrodą jednorodną, współczynnik przenikania ciepła okien o tej samej budowie (ram i zestawów szybowych) będzie różny w zależności od jego wymiarów. Dlatego często dla celów porównawczych podaje się współczynnik przenikania ciepła dla okna o wymiarach referencyjnych – zwyczajowo przyjmuje się wymiary 1,23 × 1,48 m (m.in. dla potrzeb certyfikacji komponentów przez Passivhaus Institut w Darmstadt) [1]. Sposób obliczania współczynnika Uw dla całego okna uwzględnia trzy składowe – współczynnik przenikania ciepła zestawu szybowego, współczynnik przenikania ciepła ramy oraz liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka od osadzenia zestawu szybowego w ramie. We współczynniku Uw nie uwzględnia się natomiast mostka cieplnego od osadzenia stolarki w otworze okiennym (może on być zróżnicowany w zależności od sposobu wykonania na budowie, a nie zależy od producenta okna). Wzór na obliczenie współczynnika przenikania ciepła okna przedstawia się następująco:

Uw=(Ug × Ag+ Uf × Af)/Aw +Ψg × lg  [W/(m2 × K)]

gdzie:
Ug – współczynnik przenikania ciepła zestawu szybowego,
Ag – pole powierzchni oszklenia,
Uf – współczynnik przenikania ciepła ramy,
Af – pole powierzchni ramy,
Aw – pole powierzchni całego okna,
Ψg – liniowy współczynnik przenikania ciepła ramki dystansowej zestawu szybowego,
lg – obwód przeszklonej części okna.

Fot. 2. Certyfikowane okna pasywne VELUX GGU INTEGRA® Solar – widok z wnętrza domu
Źródło: Velux
  • Współczynnik przenikania ciepła zestawu szybowego Ug – jedna z dwóch głównych składowych współczynnika przenikania ciepła okna. Zależy m.in. od rodzaju szkła (np. pokrycia powłoką niskoemisyjną), budowy zestawu (mamy tu na myśli m.in. liczbę szyb w pakiecie – w budownictwie energooszczędnym obecnie stosowane są zestawy 3-, a nawet 4-szybowe) oraz od rodzaju wypełnienia przestrzeni między szybami. W oknach o dobrej izolacyjności cieplnej zamiast wypełnienia powietrzem stosuje się wypełnienie gazami szlachetnymi – argonem lub kryptonem. Pojawiają się też rozwiązania z wypełnieniem próżniowym – dla zapewnienia sztywności zestawu wobec naporu na szybę, wynikającego z różnicy ciśnień, wymagają one zastosowania elementów dystansowych pomiędzy szybami.
  • Współczynnik przenikania ciepła ramy Uf – drugi główny czynnik wpływający na izolacyjność cieplną okna. Zależy od materiału, z którego wykonana jest rama, a także od budowy profilu, w tym liczby komór (profile trzykomorowe, pięciokomorowe) lub wypełnienia materiałem izolacyjnym.
Fot. 3. Okna połaciowe pasywne VELUX GGU INTEGRA® Solar
Źródło: Velux
  • Liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka od osadzenia zestawu szybowego w ramie Ψg zależy od sposobu i głębokości osadzenia zestawu szybowego w ramie oraz od materiału, z którego wykonana jest ramka dystansowa. Ramki wykonane ze stali nierdzewnej są korzystniejsze pod względem energetycznym niż wykonane z aluminium, gdyż stal ma znacznie mniejszą przewodność cieplną – przewodność cieplna stopów aluminium wynosi 200 W/(m × K) [2], podczas gdy stali nierdzewnej 17 W/(m × K) [3].
  • Liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka od montażu Ψf – czyli mostka cieplnego występującego na obwodzie okna w miejscu osadzenia ramy okiennej w otworze. Jest to miejsce newralgiczne, szczególnie narażone na straty ciepła. W celu ich minimalizacji stosowane są rozwiązania dążące do zachowania ciągłości izolacji na styku przegroda – okno.
Fot. 4.Okna połaciowe pasywne VELUX GGU INTEGRA® Solar – widok z sypialni
Źródło: Velux

 

  • Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g – jest to stosunek całkowitej energii przepuszczanej przez szybę do energii słonecznej padającej na nią. Do jego wyznaczenia bierze się pod uwagę promieniowanie o długości fali w zakresie 300–2500 nm.
  • Współczynnik przepuszczalności światła Lt – jest to stosunek ilości światła słonecznego przepuszczonego przez szybę zespoloną do ilości światła docierającego do niej. W tym przypadku bierzemy do obliczeń promieniowanie o długości fali w zakresie światła widzialnego, czyli 380–750 nm.
  • Wskaźnik izolacyjności akustycznej Rw jest mierzony w decybelach i mówi, o ile przegroda jest w stanie zredukować poziom natężenia hałasu.

Okna dachowe w bilansie energetycznym budynku

Jak już zostało wspomniane na wstępie, okna dachowe, tak jak każde okno, mogą być w bilansie energetycznym traktowane dwojako:

  • jako źródło zysków ciepła z promieniowania słonecznego,
  • jako potencjalne miejsce występowania strat ciepła przez przenikanie.

Możliwość włączenia okna do bilansu cieplnego po stronie zysków zależy od jego ekspozycji na promieniowanie słoneczne. To z kolei uzależnione jest od orientacji względem stron świata oraz kąta nachylenia połaci dachu, a także od zacieniania dachu przez sąsiadujące budynki, części tego samego budynku lub inne obiekty. Dlatego też przy projektowaniu budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię niebagatelną rolę odgrywa nie tylko dobór, ale przede wszystkim rozmieszczenie okien dachowych. Przekłada się to na podejście do projektowania, wymuszając myślenie o doświetleniu górnym już na etapie koncepcji, co ma wpływ na rozmieszczenie funkcji w budynku. Do obliczenia zysków z promieniowania słonecznego wpadającego przez okna używa się współczynnika całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g,
korzystając ze wzoru:
Qs=r × g × Ag × G [kWh/rok]

gdzie:
Qs – całkowita ilość zysków ciepła z promieniowania słonecznego,
r – współczynnik redukcyjny uwzględniający: kąt padania promieni słonecznych na powierzchnię okna, zacienienie i zabrudzenie,
g – współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej dla zestawu szybowego,
Ag – pole powierzchni oszklenia,
G – całkowite promieniowanie słoneczne w sezonie grzewczym.

Z kolei po stronie strat ciepła okna dachowe włącza się do bilansu jako kolejną składową strat ciepła przez przenikanie, analogicznie jak pozostałe przegrody budowlane. Dodatkowo trzeba doliczyć stratę ciepła z tytułu mostka cieplnego od montażu:
Qt=Qw+∆Qlf [kWh/rok]

gdzie:
Qt – całkowita strata ciepła przez przenikanie przez otwór okienny,
Qw – strata ciepła przez przenikanie przez okno, wliczając w to przenikanie przez ramę, zestaw szybowy i mostek cieplny na obwodzie szyby,
∆Qlf – dodatkowa strata ciepła przez mostek liniowy od montażu (po obwodzie otworu okiennego).

Fot. 5. Okna połaciowe pasywne VELUX GGU INTEGRA® Solar
Źródło: Velux

Dobór okien dachowych

Dla uporządkowania terminologii przyjrzyjmy się rodzajom przezroczystych przegród budowlanych stosowanych w dachu. Przede wszystkim należy rozróżnić okna połaciowe – przeznaczone do dachów stromych oraz świetliki – przeznaczone do montażu w dachach płaskich. Szczególnym rodzajem świetlików są tzw. pasma świetlne, czyli modułowe zestawy świetlików przeznaczone do dachów wielkopowierzchniowych, stosowane np. w halach produkcyjnych i magazynowych. Oprócz tego stosowane są świetliki rurowe (z zewnątrz na dachu widoczne są jedynie kopułki doświetlające), które zapewniają pośredni dostęp naturalnego światła do pomieszczeń, gdzie nie ma możliwości zamontowania okien w ścianie lub dachu, umożliwiając przynajmniej częściowe zastąpienie oświetlenia sztucznego w takich pomieszczeniach, co przekłada się na oszczędność energii elektrycznej.

Okna połaciowe

Na rynku oferowanych jest wiele rodzajów okien połaciowych. Różnią się one między sobą m.in. kształtem, przeznaczeniem, sposobem otwierania, zastosowanymi materiałami oraz technologiami wykonania ram i zestawów szybowych.
Ze względu na kształt, a co za tym idzie – możliwości zastosowania (miejsce zamontowania) można wyróżnić m.in. następujące rodzaje okien dachowych:

  • typowe okna połaciowe – prostokątne, płaskie, do stosowania w jednej połaci dachu skośnego, które ze względu na sposób otwierania dzielimy na:
    • obrotowe – z zawiasami umieszczonymi w połowie wysokości, w wersji z otwieraniem górnym lub dolnym,
    • o podwyższonej osi obrotu, dostępne również w wersji z dodatkowym naświetleniem dolnym,
    • uchylno-obrotowe (klapowo-obrotowe) – z zawiasami umieszczonymi na górnej krawędzi,
    • p...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy