Przezroczyste przegrody budowlane, do których zalicza się: szklane ściany, okna, świetliki, drzwi balkonowe, itp., są konstrukcjami spełniającymi wielorakie funkcje.

Najważniejszymi z nich są:
. zapewnienie odpowiedniego oświetlenia światłem dziennym (naturalnym);
. ochrona przed nadmiernymi stratami ciepła pomieszczeń ogrzewanych;
. ochrona przed niekorzystnym wpływem czynników atmosferycznych (opady, wiatr);
. ochrona przed hałasem, zapyleniem z powietrza zewnętrznego itp.;
. zapewnienie dopływu odpowiedniej ilości powietrza do wentylacji pomieszczeń (w przypadku zakładanej ich nieszczelności, przy zastosowaniu w pomieszczeniu/budynku wentylacji naturalnej).

Przegrody te powinny również zapewniać kontakt wzrokowy użytkownika z otoczeniem, chronić przed przegrzewaniem pomieszczeń, wywołanym nadmiernymi zyskami ciepła promieniowania słonecznego, szczególnie w okresie letnim. Ze względu na ilość wymienionych funkcji, przewyższającą pod tym względem inne zewnętrzne przegrody budowlane.

Wprowadzenie
Różnorodność funkcjonalna przegród przezroczystych, przy pojawiających się coraz bardziej rozbudowanych zakresach parametrów technicznych tych konstrukcji może stwarzać niemałe trudności w wyborze rozwiązań najbardziej efektywnych.

Kluczowymi dla konstrukcji przezroczystych wydają się być dwie pierwsze wymienione wyżej funkcje, związane z przepływem ciepła i światła przez analizowane przegrody. Pomimo tego, iż wpływają one na odczucia użytkowników związane z komfortem świetlnym i cieplnym w pomieszczeniu, mogą mieć istotny bezpośredni wpływ na koszty eksploatacji pomieszczeń. Istotne aspekty oddziaływania światła naturalnego i sztucznego na użytkowników pomieszczeń omówione zostały m.in. w pracy [1].

Aktualnie, w obliczu dużej różnorodności rozwiązań konstrukcyjnych tego rodzaju przegród, charakteryzujących się zróżnicowanymi parametrami technicznymi, w tym związanymi z przebiegiem procesów fizycznych, wymiany ciepła i przepływu światła, istotnym staje się dobra znajomość wśród projektantów możliwości jakie stwarzają te konstrukcje. Przyjęcie właściwych rozwiązań projektowych przegród przezroczystych, kształtujących odpowiedni klimat świetlny i cieplny w pomieszczeniu, jest więc możliwe w przypadku prowadzenia badań nad efektami zastosowania tych konstrukcji w obiektach budowlanych i zapoznawania z ich wynikami projektantów, użytkowników, producentów. Ze względu na pewną rolę konstrukcji przezroczystych w skali zużywanej przez obiekt użytkowy energii elektrycznej i ciepła, kwestia ta wydaje się być szczególnie ważna. Ten aspekt eksploatacji konstrukcji przezroczystych wiąże się ze stałym wzrostem kosztów paliw i energii. I w tym kontekście oczywistą jest potrzeba poszukiwania rozwiązań optymalnych, uwzględniających zużycie w budynku dwóch głównych postaci energii, w rezultacie zastosowania konstrukcji przezroczystych.

Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie podstawowych przepisów i wymagań odnoszących się do przegród przezroczystych. Prezentuje również wyniki analizy doświetlenia pomieszczenia i okresu wykorzystywania w nim światła sztucznego przy zastosowaniu szkła o różnej przepuszczalności światła.

Wymagania przepisów budowlanych dotyczące przegród przezroczystych
Wymagania dotyczące dopuszczalnej powierzchni przegrody przezroczystej znaleźć można w dwóch różnych miejscach, w polskich przepisach budowlanych.
1. Pierwszy wymóg, związany jest z koniecznością zapewnienia odpowiedniego doświetlenia światłem naturalnym pomieszczeń, przeznaczonych do stałego pobytu ludzi. Zawiera zapis o minimalnym dopuszczalnym polu powierzchni przezroczystej okna (ewentualnie innego typu przegrody przezroczystej) AO min, liczonym w świetle ościeżnic. Ten wymóg należy traktować jako wymóg nadrzędny.

2. Drugi wymóg, odnosi się do grupy wymagań związanych z ochroną cieplną budynku. Zadaniem jego jest ograniczanie strat ciepła z budynku, przez przegrody zewnętrzne. Podaje on zależność na maksymalne dopuszczalne pole powierzchni Aomax, całej przegrody przezroczystej, a dotyczy przede wszystkim okien i innych przegród przezroczystych, o współczynniku przenikania ciepła, większym od 2,0 W/(m2K).

Według Rozporządzenia [2], w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, w pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi, stosunek powierzchni okien – Ao, liczonej w świetle ościeżnic, do powierzchni podłogi – Ap powinien wynosić co najmniej 1:8, natomiast dla pomieszczeń nie wymagających oświetlenia dziennego co najmniej 1:12.

W tym samym rozporządzeniu [2], w załączniku z wymaganiami odnoszącymi się do izolacyjności cieplnej i związanymi z oszczędnością energii, powierzchnia okien oraz innych przegród przezroczystych Ao, o współczynniku przenikania ciepła Uk większym niż 2,0 W/(m2K), obliczona według wymiarów modularnych, nie powinna być większa od wartości Aomax obliczanej według wzoru

Aomax = 0,15 Az + 0,03 Aw (1)

gdzie:
Az – suma powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (po zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych, m2;
Aw – suma powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji (tj. po odjęciu od całkowitego pola rzutów kondygnacji powierzchni Az), m2.

Wymóg ten odnosi się do budynków jednorodzinnych oraz budynków użyteczności publicznej.
W zestawieniu wymagań dotyczących Aomin oraz Aomax (tab. 1), zawarto również wymagania stawiane polu powierzchni okien budynków przemysłowych, które jest uzależnione od pola powierzchni elewacji.

Dla tego rodzaju obiektów, typowym jest występowanie, tak pomieszczeń przeznaczonych do przebywania ludzi, jak i takich gdzie oświetlenie dzienne nie jest wymagane. A więc, dla tej kategorii obiektów, może obowiązywać dwojakie wymaganie dotyczące Aomin, tak – 0,125 Ap, jak i – 0.083 Ap.


Tabela 1. Zestawienie zbiorcze wymagań dotyczących dopuszczalnego pola powierzchni przegród
przezroczystych


Oznaczenia zastosowane w tabeli:
Ap – pole powierzchni podłogi
Az – pole pasa powierzchni podłogi o szerokości 5 m, biegnącego wzdłuż ściany zewnętrznej,
Aw – pole powierzchni wewnętrznej podłogi, Aw = Ap - Az,
Ae – pole powierzchni elewacji, włączając w nie powierzchnię okien

Charakterystyczne jest, iż w przytoczonych wymaganiach dotyczących powierzchni okien i innych przegród przezroczystych, nie różnicuje się tych wymagań w zależności od rodzaju doświetlenia pomieszczeń, przykładowo bocznego, górnego, czy też mieszanego. Oczywistym jest, iż doświetlenie górne lub mieszane jest znacznie efektywniejsze od bocznego, w związku z tym wymagania dotyczące Aomin należy odnosić przede wszystkim do tego ostatniego typu doświetlenia.

Podobny brak zróżnicowania na położenie i pochylenie konstrukcji okiennych występuje w przypadku przepisów dotyczących Aomax. Pomimo tego, że wymiana ciepła (straty ciepła) przez przegrody przezroczyste usytuowane w połaci dachowej cechuje się odmiennymi charakterystykami, niż przez przegrody pionowe.

Zróżnicowanie przepisów odnoszących się do dopuszczalnego poziomu izolacyjności cieplnej Uk(max) okien i innych przegród przezroczystych, w tym usytuowanych w połaci dachowej, pojawia się natomiast po raz pierwszy w przepisach [2]. Wymagania tego rodzaju pojawiły się również w rozporządzeniu do ustawy termomodernizacyjnej [3]. Zestawienie wymagań z wymienionych wyżej aktów prawnych przestawia tabela 2.


Tabela 2. Wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła Umax dla przegród przezroczystych
według przepisów warunków technicznych budowlanych (przy założeniu two >16oC) i przepisów ustawy termomodernizacyjnej

1) – wymagania wg warunków technicznych budowlanych
2) – wymagania wg rozporządzenia do ustawy termomodernizacyjnej
*) – wymóg ten może dotyczyć tylko budynku użyteczności publicznej, wypełniającego
funkcje publiczne, będącego własnością samorządu terytorialnego, np. szkoła, przedszkole,
przychodnia zdrowia itp.

Z powyższego zestawienia (tab. 2) wynika, iż aktualne przepisy budowlane i wytyczne termomodernizacyjne, dotyczące dopuszczalnej wartości współczynnika przenikania ciepła, stawiają ostrzejsze wymagania dla przegród przezroczystych umieszczanych w połaci dachowej, niż w przegrodzie zewnętrznej pionowej. Ponadto przepisy termomodernizacyjne są w tym zakresie bardziej rygorystyczne niż budowlane.

Interesujące okazuje się być porównanie między sobą obydwu wymagań dotyczących skrajnych dopuszczalnych pól powierzchni przegród przezroczystych tj. Aomin i Aomax. W celu umożliwienia porównania między sobą tych dwóch kryteriów, niezbędne jest przyjęcie następującego założenia 

           (2)

gdzie:

Aodoś – pole powierzchni przegrody przepuszczającej światło, do której odnosi się wymóg Aomin;
Ao – pole powierzchni przegrody, przez którą następują straty ciepła, z wymaganym Aomax.

Porównanie Aomin z Aomax pozwala określić przedział pola powierzchni podłogi pomieszczenia (gabarytów pomieszczenia), dla którego możliwe jest spełnienie obydwu kryteriów. W tym celu przyjęto jeden wspólny dla obydwu kryteriów czynnik, od którego uzależniona będzie skrajna (maksymalna lub minimalna) wartość pola powierzchni przegrody przezroczystej.

Jest nim Az + Aw = Ap.

Przy takim założeniu wymóg dotyczący Aomin można wyrazić następującym wzorem:

Aomin = 0,125 (Az + Aw) (3)

a Aomax zależnością (1).

Rys. 1. Przebieg linii Aomax i Aomin (odniesionych do 1 m szerokości mieszczenia) od głębokości
pomieszczenia

Na wykresie (rys. 1), przedstawiono zależność powierzchni Aomax i Aomin odniesionej do 1 m szerokości podłogi, od głębokości pomieszczenia, mierzonej od pionowej przegrody przezroczystej.

Zaznaczony na wykresie obszar pomiędzy linią czerwoną na górze a żółtą na dole wskazuje na możliwe wartości powierzchni przegród przezroczystych spełniających równocześnie wymóg zapewnienia odpowiedniego doświetlenia pomieszczeń światłem naturalnym i wymóg zapewnienia odpowiedniej ochrony cieplnej, ze względu na występowanie w przegrodzie zewnętrznej okna.

Linia przerywana wskazuje dopuszczalną graniczną głębokość pomieszczenia, powyżej której nie jest możliwe równoczesne spełnienie wymagania odnoszącego się do powierzchni maksymalnej i powierzchni minimalnej okien i innych przegród przezroczystych.

Z porównania obydwu kryteriów wynika, iż równoczesne ich spełnienie, czyli

Aomax ≥ Ao ≥ Aomin,

może nastąpić, tylko w przypadku pomieszczenia o głębokości (tj. odległości od pionowej przegrody doświetlającej), równej około 6,3 m. W przypadku pomieszczenia o głębokości przekraczającej 6,3 m, wymóg Aomin, może być spełniony, bez potrzeby sprawdzania Aomax tylko przy zastosowaniu okien charakteryzujących się współczynnikiem Uk<2,0 W/(m2K).

Tak więc, w zakresie dopuszczalnej powierzchni przegród przezroczystych, w aktualnych przepisach budowlanych występuje pewna nieścisłość. Nie uwzględniają one również przypadków przegród odchylonych od pionu, w tym umieszczonych w innej przegrodzie zewnętrznej niż ściana zewnętrzna, tj. okna połaciowe, świetliki, oraz znacznego zróżnicowania parametrów przepuszczalności, odbicia i absorpcji promieniowania słonecznego widzialnego i całkowitego, cechującego stosowane obecnie szyby, zestawy szybowe, czy też przegrody wykonane z przezroczystych tworzyw sztucznych itp.
 
Pewne zróżnicowanie rodzajów przegród zewnętrznych przezroczystych, uwzględniane jest natomiast w przepisach dotyczących wymaganej izolacyjności cieplnej przegród przezroczystych Uk(max) (tab. 2).

Wpływ parametrów technicznych okien na czas użytkowania światła sztucznego Przegrody przezroczyste charakteryzują się zróżnicowanymi parametrami przepuszczalności świata. Dla większości oferowanych zestawów szybowych współczynnik ten kształtuje się od 40% do 80%.

Taki też przedział przyjęto do przeprowadzonych obliczeń natężenia światła w przykładowym pomieszczeniu biurowym, o powierzchni 33,11 m2, dla stosunku powierzchni otworu okiennego do powierzchni podłogi na poziomie 0,2. Podobne obliczenia wykonano również dla kilku przypadków powiększonej powierzchni okien, powyżej wymaganego stosunku powierzchni okien – Ao, do powierzchni podłogi – Ap, równego 0,125.

Obliczenia wykonano przy pomocy programu DIALux 4.1. służącego głównie do projektowania oświetlenia sztucznego, ale uwzględniającego przy tym natężenie światła naturalnego wpadającego do pomieszczenia przez przegrody przezroczyste.

W obliczeniach założono, iż w miejscach pracy podczas pisania ręcznego, pisania na maszynie, czytania, obsługiwania klawiatury, przetwarzania danych a także w odniesieniu do stanowiska projektowania wspomaganego komputerowo, zapewniony będzie zgodnie z normą PN EN 12464-1:2003 (U) [4], minimalny poziom natężenia światła równy Em=500 lx.

Tabela 3. Podstawowe dane przyjęte do obliczeń

W okresach niedostatecznego natężenia światła naturalnego, wpadającego przez przegrody przezroczyste, zakłada się włączanie światła sztucznego. Inne dane przyjęte do obliczeń zamieszczone zostały w tabeli 3.

Obliczenia natężenia światła zostały wykonane dla powierzchni roboczej, tj. wysokości 85 cm. Przyjęto w nich 12-godzinny dzień eksploatowania pomieszczenia (pracy) od godziny 700 do 1900, oraz dzień roku 23 marca, czyli dzień równonocy, w którym czas dopływu promieniowania słonecznego w ciągu doby wyniesie około 12 godzin. W obliczeniach nie uwzględniono zaciemnień od otaczających obiektów. Jednym z rezultatów obliczeń jest zmieniający się czas włączania i wyłączania światła sztucznego.

Tabela 4. Czas włączania i wyłączania światła sztucznego w pomieszczeniu przy różnych wartościach
współczynnik transmisji światła szyb okiennych



Tabela 5. Pora włączania i wyłączania światła sztucznego, przy różnym stosunku powierzchni
otworu okiennego do powierzchni podłogi


Rezultaty obliczeń rozkładu natężenia światła i czasu z dopływem odpowiedniej porcji światła oraz czasu włączania oświetlenia sztucznego zamieszczone zostały na wykresach (rys. 2, 3) oraz tabelach 4 i 5.

  

 Rys. 2. Przebieg linii natężenia światła na płaszczyźnie roboczej w ciągu dnia przy różnych wartościach współczynnika transmisji światła szkła okiennego

Rys. 3. Przebieg linii natężenia światła na płaszczyźnie roboczej w ciągu dnia przy różnych wartościach stosunku powierzchni okna do powierzchni podłogi

Wnioski

1. Aktualne przepisy budowlane stawiają przegrodom przezroczystym wymagania w znacznym stopniu uproszczone, w stosunku do znaczenia tych przegród w zakresie pełnienia ważnych funkcji związanych z eksploatacją i stwarzaniem odczucia komfortu u użytkowników pomieszczeń.

Przykładowo w odniesieniu do minimalnej powierzchni otworu doświetleniowego Aomin, przepisy nie wymagają uwzględniania orientacji, nachylenia, czy też przepuszczalności światła tego rodzaju konstrukcji.

2. Możliwość równoczesnego spełnienia wymogów Aomin i Aomax istnieje tylko dla pomieszczeń o głębokości dochodzącej do ok. 6,3 m. Przy tym odpada potrzeba sprawdzania wymogu Aomax w przypadku zastosowania przegrody o współczynniku przenikania ciepła poniżej 2,0 W/(m2K). Należy przy tym równocześnie pamiętać, iż współczynnik Uw całej przegrody przezroczystej włączając w to ramy, jest z reguły wyższy od współczynnika Ug samego przeszklenia.

3. Przegrody przezroczyste mogą w istotnym stopniu wpływać na łączne koszty energetyczne eksploatacji pomieszczeń. Decydujący wpływ mają w tym przypadku: współczynnik przenikania ciepła, współczynnik transmisji ciepła promieniowania słonecznego, współczynnik transmisji światła naturalnego.
Przy rozpatrywaniu efektywności energetycznej pomieszczeń i całych budynków oraz poszukiwaniu optymalnych rozwiązań pod względem energetycznym, należy brać pod uwagę cały kompleks czynników wpływających na koszty energii (elektrycznej i ciepła).

4. Współczynnik transmisji światła naturalnego w znaczącym stopniu decyduje o czasie włączenia i wyłączenia oświetlenia sztucznego. W rozpatrywanym, w artykule przypadku czas wykorzystania światła sztucznego przy różnej transmisyjności przeszklenia okien waha się od ok. 4 do 6,5 godzin. Przekłada się to bezpośrednio na koszty wykorzystania energii elektrycznej w układach oświetleniowych.

5. Podobnie wielkość otworów przezroczystych wpływa istotnie na porę włączenia i wyłączenia oświetlenia sztucznego. W rozpatrywanym, w artykule przypadku czas wykorzystania światła sztucznego przy różnym stosunku powierzchni otworu przezroczystego do powierzchni podłogi waha się od ok. 3,75 do 6 godzin. Co również przekłada się bezpośrednio na koszty wykorzystania energii elektrycznej w układach oświetleniowych.

dr inż. Adam Ujma
inż. Adam Grund

Politechnika Częstochowska

Literatura
1. Ujma A.: Wybrane aspekty naturalnego oświetlenia pomieszczeń. „Światło” 4(9), s. 20-23, 1999.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 r., w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dziennik Ustaw nr 75 z 15.06.2002 r.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 15.01.2002 r., w sprawie szczegółowego zakresu i formy audytu energetycznego. Dziennik Ustaw nr 12 z 15.02.2002 r.
4. PN-EN 12464-1:2003 (U) Technika światła. Miejsca pracy wewnątrz pomieszczeń

więcej informacji: Świat Szkła 5/2006

  • 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.