W dniu 25.10.2012 r. Unia Europejska przyjęła Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady EU 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej. Dokument ten został opublikowany w Dzienniku Urzędowym UE 14 listopada br., a Państwa członkowskie są zobowiązane do wdrożenia ww. Dyrektywy w terminie do 5 czerwca 2014 r.

 

Dyrektywa, poprzez ustanowienie wspólnych działań mających na celu obniżenie o 20% zużycia energii pierwotnej w krajach UE, stanowi także istotny czynnik w realizacji unijnej strategii energetycznej na rok 2020. W ramach postanowień nowej Dyrektywy, państwa członkowskie są zobowiązane m.in. do ustalenia orientacyjnej krajowej wartości docelowej w zakresie efektywności energetycznej w oparciu o swoje zużycie energii pierwotnej lub końcowej, oszczędności energii pierwotnej lub końcowej albo energochłonności.

 

29-fot1

 

Unia Europejska stawia na oszczędzanie energii

W sektorze budowlanym kraje członkowskie muszą także ustanowić długoterminowe, krajowe strategie wspierania inwestycji w odniesieniu do renowacji swych zasobów budynków mieszkaniowych i użytkowych, zarówno publicznych, jak i prywatnych [1].

 

Za konieczne uznano m.in. zapewnienie poddania renowacji (od dnia 1.01.2014 r.) 3% całkowitej powierzchni ogrzewanych lub chłodzonych budynków  administracji publicznej, by spełniały one wymagania odpowiadające minimalnym standardom wyznaczonym dla nowych budynków.

 

Jak ważnym zagadnieniem w polityce energetycznej UE jest poprawa efektywności energetycznej budynków świadczy m.in. tematyka ogłaszanych ostatnio konkursów na projekty badawcze w tej dziedzinie.

 

Tematem jednego z nich, ogłoszonego w 2011 r. w ramach 7-go Programu Ramowego (FP7), było zaproponowanie nowych rozwiązań materiałowokonstrukcyjnych w dziedzinie stolarki okiennej, tzw. „Smart Windows” (program: EeB.NMP.2012-5 Novel materials for Smart Windows, conceived as affordable multifunctional systems offering enhanced energy control [2]).

 

Spośród 25 zgłoszonych projektów, cztery z nich (MEM4WIN, WINSMART, SMARTBLIND, HARWIN [2]) otrzymały dofinansowanie na łączną kwotę ok. 15 mln euro. Jednym z trzech głównych kryteriów branych pod uwagę przy ocenie złożonych wniosków, był warunek uzyskania dla zaprojektowanego okna wartości współczynnika przenikania ciepła Uw na poziomie 0,3 W/(m2·K). Obecnie, zgodnie z wymaganiami dla budownictwa pasywnego, stosowane są okna o wartości współczynnika przenikania ciepła Uw na poziomie 0,8 W/(m2·K) [3].

 

Kolejnym etapem poprawy izolacyjności cieplnej okien wydaje się być osiągnięcie wartości Uw na poziomie 0,6 W/(m2·K). Skonstruowanie więc okna, dla którego wartość współczynnika przenikania ciepła zostanie jeszcze zredukowana o 50% wydaje się być dużym wyzwaniem. Wyniki badań zatwierdzonych do realizacji projektów poznamy pod koniec 2016 r.

 

W dążeniu do uzyskania parametrów dla tzw. okna pasywnego – w odniesieniu do jego wartości współczynnika przenikania ciepła Uw na poziomie 0,8 W/(m2·K) – koniecznym stało się zastosowanie nowoczesnych, na chwilę obecną, rozwiązań materiałowych, co pozwoliło zarówno na dokonanie zmian w konstrukcji samej ramy, zastosowanie oszklenia o Ug<1,0 W/(m2·K), a tym samym obniżenie wartości współczynnika przenikania ciepła dla całego okna Uw [4].

 

Główne zmiany w konstrukcji okna dotyczyły:
- zwiększenia szerokości kształtowników (szerokość – wymiar w kierunku przepływu ciepła),
- rozmieszczenia (układu) pustek w kształtownikach,
- wypełnienia izolacją cieplną (m.in. pianki, maty aerożelowe, uszczelki) pustek oraz komór wzmocnień,
- zastosowania wzmocnień o wyższej izolacyjności cieplnej (np. kompozyty poliestrowo-szklane tzw. „fibreglass”) w porównaniu do wzmocnień standardowych, tj. stalowych,
- zagłębienia oszklenia w ramie,
- grubości pakietu szybowego (pakiety dwukomorowe, o wartości Ug na poziomie 0,5-0,8 W/(m2·K).


Prace w kierunku produkcji okien o jak najkorzystniejszym (najmniejszym) współczynniku przenikania ciepła Uw to nie tylko wyzwanie dla całej stolarki okiennej, lecz to także wyzwanie badawcze, by zarówno poprzez badania, jak i obliczenia, w sposób prawidłowy określić wartości współczynnika przenikania ciepła dla tych nowych, energooszczędnych rozwiązań.

Wyznaczanie wartości współczynnika przenikania ciepła okna Uw
Zgodnie z normą wyrobu (PN-EN 14351-1+A1:2010) [5] deklarowana przez producenta wartość współczynnika przenikania ciepła okna Uw jest określona na podstawie wartości zmierzonej metodą skrzynki grzejnej (Hot-Box Metod) wg PN-EN ISO 12567-1 [6] lub EN ISO 12567-2 [7] lub wartości obliczonej metodą wg PN-EN ISO 10077-1 [8] i PN-EN ISO 10077-2 [9].

 

     (...)

 

ITB jest jedyną jednostką notyfikowaną w Polsce posiadającą stanowisko do badań współczynnika przenikania ciepła okien Uw metodą skrzynki grzejnej. Pomiary wykonywane są na zlecenie producentów okien, co trzeba zaznaczyć, ostatnio dość sporadycznie. Do badań producent dostarcza okno o wymiarach zewnętrznych wg normy wyrobu, zawierających się w granicach 1,23 m (±25%) x 1,48 m (-25%). Maksymalne wymiary próbki do badań na stanowisku w ITB są równe 1,6 m (szerokość) x 2,1 m (wysokość).

 

Próbka (okno) umieszczana jest w otworze przegrody stanowiska, która w czasie pomiaru oddziela dwa środowiska: tzw. część zimną (temperatura wynosi około 0°C (±1)) od tzw. części ciepłej (temperatura około 20°C (±1)). Montaż próbki, instalacja termopar na próbce, sprawdzenie bieżące stanowiska, uzyskanie zakładanej różnicy temperatury, jak i spełnienie kryteriów stanu ustalonego trwa zazwyczaj około 2 tygodni.

Najczęściej stosowana w praktyce przez producentów okien metoda wyznaczania Uw jest oparta na wartości obliczonej metodą wg PN-EN ISO 10077-1 [8] i PN-EN ISO 10077-2 [9].

Dane do obliczeń współczynnika przenikania ciepła okna Uw przyjmuje się na podstawie raportów uzyskanych od producenta (systemodawcy) ram okiennych w zakresie:
- współczynnika przenikania ciepła ramy Uf, na podstawie obliczeń wg PN-EN ISO 10077-2 [9] lub pomiarów metodą skrzynki grzejnej wg PN-EN 12412-2 [10],
- liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψg, na podstawie obliczeń wg EN ISO 10077-2 [9],
- wartości w zakresie współczynnika przenikania ciepła oszklenia Ug, (na producencie szyb zespolonych spoczywa obowiązek deklarowania tej cechy zgodnie z normą tego wyrobu PN-EN 1279-5 [11]), otrzymanych na podstawie pomiarów na aparatach płytowych wg PN-EN 674 [12] (lub PN-EN 675 [13]) lub obliczeń wg PN-EN 673 [14], w których daną do obliczeń jest wartość emisyjności zadeklarowana przez producenta szkła.

W Laboratorium Fizyki Cieplnej, Instalacji Sanitarnych i Środowiska ITB określa się wartości współczynnika przenikania ciepła okien Uw poprzez realizację każdego z następujących po sobie etapów:
1. wykonuje się badania współczynnika przewodzenia ciepła materiałów, λ W/(m·K), z których są wykonane ramy okienne, zgodnie z PN-EN 12664:2002 [15];
2. następnie określa się wartości Uf i Ψ zgodnie z PN EN 10077-2 [9] przy użyciu programu komputerowego [16] oraz oblicza wartości Uw zgodnie z PN EN 10077-1 [8];
3. w kolejnym etapie wykonuje się badania okna Uw metodą osłoniętej skrzynki grzejnej zgodnie z PN-EN ISO 12567-1:2004 [6] lub PB-LF-001/1/12-1993 [7];
4. w trakcie wykonywania badania okna w skrzynce grzejnej przy użyciu przetworników gęstości strumienia ciepła (ciepłomierzy) [17] wykonuje się także badanie pakietu szybowego Ug.


Wartości projektowe przewodności cieplnej materiałów wykorzystanych do produkcji ram okiennych są wymagane jako dane wyjściowe do wyznaczenia metodami komputerowymi współczynnika przenikania ciepła ramy Uf oraz liniowego współczynnika przenikania ciepła Ψ na połączeniu ramy i oszklenia.

 

Określenie wartości projektowej przewodności cieplnej materiałów jest niezbędne, jeśli do wykonania kształtowników, ich wypełnień, uszczelek, wzmocnień czy przekładek termicznych stosuje się materiały, dla których w przedmiotowych normach [8, 9, 18] nie ma podanych stabelaryzowanych wartości projektowych przewodności cieplnej.

 

Wielu producentów stosuje obecnie materiały, które często charakteryzują się lepszymi właściwościami izolacyjnymi od podanych w ww. normach i dla których koniecznym jest określenie wartości obliczeniowych współczynnika przewodzenia ciepła. Procedurę określania deklarowanej i projektowej wartości przewodności cieplnej materiałó w i wyrobów budowlanych podano w PN-EN ISO 10456:2004 [18].


Do wyznaczania obliczeniowej wartości współczynnika przenikania ciepła ramy Uf i liniowego współczynnika przewodzenia ciepła Ψ na połączeniu ramy i oszklenia (wg [9]) stosowane są komercyjne programy komputerowe m.in. Bisco firmy PHYSIBEL [16]. Program ten służy do obliczania ustalonych stanów przepływu ciepła w obiektach dwuwymiarowych o dowolnym kształcie [19].


By sprostać wymaganiom określenia metodą badawczą współczynnika przenikania ciepła okien, charakteryzujących się coraz lepszymi właściwościami izolacyjnymi, przeprowadzono w Laboratorium Fizyki Cieplnej, Instalacji Sanitarnych i Środowiska ITB badania mające na celu sprawdzenie i potwierdzenie możliwości wykonanie tego rodzaju badań na stanowisku osłoniętej skrzynki grzejnej. Do badań współczynnika przenikania ciepła zastosowano więc materiał charakteryzujący się relatywnie małą wartością współczynnika przenikania ciepła (U<0,5 W/(m2·K)). W tym celu do badań użyto płyt EPS o wartości współczynnika przewodzenia ciepła poniżej 0,035 W/(m·K).


Postępując zgodnie z przyjętą w ITB metodyką określania współczynnika przenikania ciepła wykonano następujące badania:
- zgodnie z PN-EN 12667:2002 [15] w aparacie płytowym wykonano pomiary oporu cieplnego i wyznaczono wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla próbek o wymiarach 300x300x100 mm; następnie obliczono wartość współczynnika przenikania ciepła zgodnie z PN-EN ISO 6946:2008 [20].
- metodą skrzynki grzejnej wykonano badania współczynnika przenikania ciepła zgodnie z PN-EN ISO 12567-1:2004 [6] dla dwóch próbek o wymiarach, odpowiednio, 1,23x1,48x0,2 m i 1,23x1,48x0,1 m.

- w czasie badania współczynnika przenikania ciepła (pkt. 2) określono także wartość współczynnika przenikania ciepła za pomocą przetworników gęstości strumienia ciepła [17].


Wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono na rysunku 1.

 

Wartości współczynnika przenikania ciepła dla badanych próbek metodą skrzynki grzejnej i obliczeniową są zgodne i wynoszą 0,16 W/(m2·K) i 0,32 W/(m2·K) odpowiednio dla próbki o grubości 100 mm i 200 mm. Wyniki uzyskane metodą z zastosowaniem ciepłomierzy są o 0,01 W/(m2·K) większe dla obydwu próbek.

 

Wykonane badania pozwalają stwierdzić, że badania okien charakteryzujących się niskim współczynnikiem przenikania ciepła, tj. na poziomie 0,3 W/(m2·K), mogą zostać wykonane metodą osłoniętej skrzynki grzejnej, a uzyskane tą metodą wyniki będą zgodne z wynikami otrzymanymi na drodze obliczeń (tj. z zastosowaniem symulacji komputerowych) pod warunkiem, że zostaną wykonane pomiary współczynników przewodzenia ciepła materiałów zastosowanych do budowy ram, jak i badania współczynnika przenikania ciepła oszklenia metodą przetworników gęstości strumienia ciepła.


Kierunki rozwoju stolarki okiennej Wartości współczynnika przenikania ciepła okien stosowanych w budynkach pasywnych są, jak już wspomniano na wstępie tego artykułu, na poziomie 0,8 W/(m2·K), podczas gdy np. dla ścian, sufitów czy podłóg wartości współczynnika przenikania ciepła wynoszą ok. 0,15-0,20 W/(m2·K). Tak widoczna różnica w izolacyjności cieplnej tych elementów konstrukcyjnych budynku oznacza tylko, że obniżenie wartości Uw wydaje się być wręcz koniecznością.

 

Obecnie najlepsze rozwiązanie w dziedzinie profili okiennych uzyskują wartości współczynnika przenikania ciepła ramy Uf na poziomie 0,7-0,8 W/(m2·K), podczas gdy stosowane pakiety szybowe mają Ug na poziomie 0,5 W/(m2·K), a nawet 0,3 W/(m2·K).

 

Dążenia do polepszenia właściwości izolacyjnych ramy – obniżenie wartości Uf – jest już realizowane albo poprzez ulepszenie istniejących rozwiązań konstrukcyjnych profili okiennych poprzez np. wypełnienia komór profili materiałami o dobrych właściwościach izolacyjnychpianki izolacyjne czy maty aerożelowe, albo poprzez poszukiwanie nowych materiałów, które zastąpią stosowane obecnie (PVC, drewno, aluminium), a których wartość współczynnika przewodzenia ciepła będzie zbliżona do wartości najlepszych obecnie materiałów izolacyjnych np. wspomnianych już mat aerożelowych o wartości współczynnika przewodzenia ciepła na poziomie 0,015-0,020 W/(m2·K).

 

Na pewno nowym kierunkiem staje się wprowadzanie na rynek nowych wyrobów, które pozwolą zredukować ich oddziaływanie na środowisko. Np. w odniesieniu do oszklenia będą to okna i szyby niskoemisyjne z nowoczesnymi powłokami. W dalszym ciągu będzie także rozwijana technologia wytwarzania szyb powlekanych oraz wielokomorowych szyb zespolonych.

 

Kwestie dotyczące oszczędności energii będą wymuszały niejako popyt na produkty energooszczędne, które zaś będą wyznaczać kierunek rozwoju oszklenia, np. na produkty, które redukują przepuszczalność promieniowania słonecznego przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiego poziomu oświetlenia światłem dziennym. Zmiany te będą więc pozytywnie wpływać na bilans energetyczny budynku a jednocześnie obniżać koszty utrzymania optymalnej temperatury latem.

Bibliografia
1. Pełny tekst Dyrektywy ws efektywności energetycznej jest dostępny pod adresem: www.ure.gov.pl/portal/pl/603/4940/Dyrektywa_w_sprawie_efektywnosci_energetycznej.html
2. http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html
3. Feist W., Schlagowski G.: Podstawy budownictwa pasywnego. Polski Instytut Budownictwa Pasywnego, 2006 r.
4. Strategiczny Projekt Badawczy 2010-2013. pt. Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków. Zadanie badawcze pt.: Opracowanie optymalnych energetycznie typowych rozwiązań strukturalno-materiałowych i instalacyjnych budynków. Praca zbiorowa.
5. PN-EN 14351-1+A1:2010 Okna i drzwi - Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne
- Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących
odporności ogniowej i/lub dymoszczelności.
6. PN-EN ISO 12567-1:2004 Cieplne właściwości użytkowe okien i drzwi. Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej. Część 1: Kompletne okna i drzwi.
7. PB-LF-001/1/12-1993.
9. PN-EN ISO 10077-2:2005 (PN-EN 10077-2:2012) Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Obliczenie współczynnika przenikania ciepła. Cześć 2: Metoda komputerowa dla ram.
10. PN-EN 12412–2:2005 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji. Określanie współczynnika przenikania ciepła metodą skrzynki grzejnej. Część 2: Ramy.
11. PN-EN 1279-5:2006 Szkło w budownictwie. Izolacyjne szyby zespolone Część 5: Ocena zgodności wyrobu z normą.
12. PN-EN 674:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda osłoniętej płyty grzejnej.
13. PN-EN 675:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda pomiaru przepływu ciepła miernikiem.
14. PN-EN 673:1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda obliczeniowa.
15. i) PN-EN 12664:2002 Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Suche i wilgotne wyroby o średnim i małym oporze cieplnym.
ii) PN-EN 12667:2002 Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych.
Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Wyroby o dużym i średnim oporze cieplnym.
16. Program komputerowy BISCO firmy PHYSIBEL, www.physibel.be 
17. PN-EN 1934:1999 Właściwości cieplne budynków. Określanie oporu cieplnego metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza
18. PN-EN ISO 10456:2004 Materiały i wyroby budowlane. Procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych.
19. R. Geryło, D. Młoźniak, J. Pogorzelski: Wybrane problemy numerycznej symulacji pól temperatury w Zakładzie Fizyki Cieplnej. „Prace Instytutu Techniki Budowlanej”, 2000 (29), nr 1, s. 24-37.
20. PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowalne i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczeniowa.


Barbara Pietruszka
Zakład Fizyki Cieplnej, Instalacji
Sanitarnych i Środowiska ITB
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 2/2013 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.