Nowoczesna architektura zbliża się coraz bardzie do idei szklanych domów. Tendencja zwiększania powierzchni przegród przezroczystych wiąże się jednak pojawieniem się różnych trudności, zwłaszcza jeżeli chodzi o zużycie energii. Dotyczy to budynków ogrzewanych i chłodzonych. Choć izolacyjność termiczna takich przegród stale się poprawia, jednak straty ciepła przez przegrody przezroczyste zimą oraz niepożądane zyski ciepła latem zwiększają zużycie energii. Rosną koszty eksploatacyjne budynku oraz pojawiają się trudności związane z utrzymaniem komfortu cieplnego pomieszczeń i odpowiedniego mikroklimatu.

Nowe oczekiwania od przegród zewnętrznych

W nowoczesnym pojęciu ściana zewnętrzna jest przegrodą interaktywną o wielorakim spektrum zadań. Musi reagować na zmienne warunki otoczenia, w kontrolowany sposób wykorzystując jego energię, pozwalając na tworzenie kompleksowych systemów mikroklimatu wewnątrz obiektu. Narzuca to „zdolność” dynamicznego dostosowywania się do zmiennych warunków zewnętrznych oraz wewnętrznych, można by rzec: przegrody „inteligentnej”. Musi ograniczać straty ciepła zimą, jednocześnie umożliwić maksymalne zyski, latem zaś konieczne jest ograniczanie zysków ciepła przy zapewnieniu odpowiedniej przejrzystości pomieszczeń.

Nowoczesne przegrody powinny umożliwiać również zmiany ekspresji elewacji, a nawet formy budynku „wykorzystując transparentność lub refleksyjność szkła” [1]. Poszukiwania w zakresie nowoczesnych przegród zewnętrznych zmierzają do zdolności „komunikowania” się z otoczeniem. Stają się nośnikiem informacji, ekranem emitującym obrazy i treści [1]. Są to przegrody zewnętrzne – medialne lub multimedialne, wchodzące w dialog z użytkownikiem oraz z osobami przebywającymi z otoczeniem [1].

Wpływ przegród przeźroczystych na energochłonność pomieszczenia, lokalu czy budynku zależy od: powierzchni przegród przeźroczystych, przepuszczalności energii cieplnej i widzialnej oraz izolacyjności termicznej. Dobra przejrzystość zawsze wiąże się z dobrą przepuszczalnością energii cieplnej.

Tabela 1. Wartość dodatkowego oporu cieplnego wynikającego z zastosowania różnych osłon przeciwsłonecznych

  
Podstawowe wymagania stawiane przegrodom przezroczystym:

    * zapewnienie odpowiedniego oświetlenia światłem dziennym
    * ochrona przed nadmiernymi stratami ciepła
    * ochrona przed nadmiernymi zyskami ciepła
    * ochrona przed niekorzystnym wpływem czynników atmosferycznych
    * ochrona przed hałasem
    * zapewnienie dopływu powietrza – wentylacja naturalna
    * spełnienie funkcji estetycznej w budynku

Często jednak decyduje gównie kryterium estetyczne.

Osłony przeciwsłoneczne a współczynnik Uw okna

Obliczeń współczynnika przenikania ciepła można dokonać na podstawie normy PN-EN ISO 10077-1 Własności cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część I. Metoda uproszczona [4] według wzoru:

                                   (6),

gdzie:

Ag, Ug – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła szyby,

Af, Uf – powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła ramy,

ψg, lg – wartość mostka liniowego oraz jego całkowita długość.

ΔR – wartość dodatkowego oporu cieplnego wynikająca z zastosowania osłon przegród przezroczystych spowodowane warstwą powietrza i osłoną.

Wartość dodatkowego oporu osłony zależy od:

. typu osłony (np. aluminiowe, z tworzywa sztucznego, drewniane)

. przepuszczalności powietrza przez osłonę przeciwsłoneczną ( bardzo wysoka, wysoka, średnia, niska przepuszczalność oraz szczelna osłona)

 

 Fot. 1. Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła Uw dla okna o wymiarach 2x1,5 m i Uf=1,48 Ug=1,0 W/m2K oraz ψ=0,06 W/mK

Fot. 2. Wyniki obliczeń współczynnika przenikania ciepła Uw dla okna o wymiarach 2x1,5 m i Uf=1,48 Ug=1,0 W/m2K oraz ψ=0,06 W/mK z zastosowaniem osłony drewnianej o niskiej przepuszczalności powietrza

To samo okno przy użyciu różnych typów osłon charakteryzować się będzie różną izolacyjnością termiczną. W omawianym przypadku wartość Uw z uwzględnieniem osłon będzie w przedziale od 1,20 do 0,9 W/m2K, co oznacza, że poprawa izolacyjności termicznej przegrody przezroczystej będzie od 10% do 32 %.

A zatem, przy zastosowaniu osłon o dużej przepuszczalności powietrza, oszczędności zużycia energii osiągają 2,5% do 3%. Osłony przegród zewnętrznych mogą ograniczać straty ciepła, mogą też ograniczać zyski ciepła. W okresie grzewczym powinny umożliwić w ciągu zyski ciepła od energii słonecznej, a w ciągu nocy ograniczyć straty ciepła. Latem wymagania od przegród przezroczystych są zupełnie inne.

Konieczne jest ograniczenie zysków ciepła w ciągu dnia przy spełnieniu odpowiedniej przejrzystości przegrody. Potrzebne są nam osłony o zmiennych parametrach, np. ruchome. Wyznaczanie wpływu osłon przeciwsłonecznych na energochłonność budynku można wykonać zgodnie z normą PN-EN ISO 13790:2008 roku wg której dla każdego otworu i dla każdego miesiąca oblicza się:

                      (9),

gdzie:

Fsh,ob – współczynnik zacienienia związany z zewnętrznymi elementami zacieniającymi (liczony na podstawie normy PN-EN ISO 13790:2008 [5]):

                      (10),

gdzie:

Fhor – czynnik zacienienia od otoczenia wyznaczany na podstawie: kąta wzniesienia (0..40)°, orientacji okna oraz szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°,

Fov – czynnik zacienienia od elementów pionowych wyznaczany na podstawie: kąta dla elementu pionowego (0..60)°, orientacji okna szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°,

Ffin – czynnik zacienienia od elementów poziomych wyznaczany na podstawie: kąta dla elementu poziomego (0..60)°, orientacji okna szerokości geograficznej: (49, 50, 51, 52, 53, 54)°,

Asol – efektywne pole powierzchni nasłonecznionej:

                                (11),

gdzie:

Fsh,gl – współczynnik zacienienia związany z ruchomymi elementami zacieniającymi, liczony z wzoru:

                                 (12),

gdzie:

ggl – współczynnik. przepuszczalności energii promieniowania słonecznego bez ruchomych elementów zacieniających,

ggl+sh – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego z ruchomymi elementami zacieniającymi,

fsh,with – udział czasu użycia ruchomych elementów zacieniających,

ggl – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego,

FF – współczynnik uwzględniający udział powierzchni ramy w całkowitej powierzchni otworu, tj. (1 – C/100),

Aw,p – całkowite pole powierzchni otworu,

Isol – średnia miesięczna wartość promieniowania słonecznego na powierzchnię otworu, dla danej orientacji oraz kąta nachylenia (kąt uwzględniony jest przez wsp. kα),

Fr – współczynnik kierunkowy dla danego otworu i powierzchni nieba (1,0 dla niezacienionego poziomego dachu; 0,5 dla niezacienionej pionowej ściany): 0° - 1,000; 30° - 0,833; 45° - 0,750; 0° - 0,667; 90° - 0,500.

Tabela 2. Zmiana współczynnika przenikania ciepła okna o wymiarach 2 x 1,5 m w zależności od zastosowania osłony przeciwsłonecznej

Stosowanie osłon przeciwsłonecznych

Zastosowanie osłon przeciwsłonecznych pozwala ograniczyć zużycie energii na chłodzenie. Najlepiej, żeby osłony umożliwiały wykorzystywać oddziaływanie słońca w okresie ogrzewczym, kumulując maksymalnie zyski ciepła, a latem ograniczały nagrzewanie budynków od wpływu słońca oraz minimalizowały refleks świetlny powstający na monitorach komputerów w dni słoneczne. W dni pochmurne osłony powinny umożliwiać maksymalny dopływ światła widzialnego do wnętrza budynku. Rozwiązania muszą się charakteryzować zmiennymi parametrami latem i zimą. Postanowiliśmy sprawdzić skuteczność takich rozwiązań. Wykonaliśmy badania termowizyjne dla zewnętrznych osłon typu refleksol z ręczną możliwością regulacji, zamontowaną od zewnątrz. W dwóch pomieszczeniach o podobnym położeniu (stona południowo-zachodnia) oraz o zbliżonej powierzchni wykonano badania w okresie letnim, przy temperaturze zewnętrznej 23,59°C.

W artykułach "Wymagania dotyczące przegród przeszklonych" oraz "Osłony przeciwsłoneczne w budownictwie" omówiono skutki stosowania takich osłon latem.

Dla tych samych pomieszczeń wykonano badania w ziemie. Termogramy wykonano o godzinie 22.30 do 23.30 przy temperaturze zewnętrznej -0,95°C oraz o godzinie 5.30 do 6.30 przy temperaturze zewnętrznej -3,93°C. W pomieszczeniu bez osłon zewnętrznych temperatura wewnętrzna temperatur wynosiła 22.53°C. W pomieszczeniu z opuszczoną osłoną – 22.15°C, czyli o 0,38°C niższą.

Fot. 3. Okno z osłoną zewnętrzną (refleksową) widok od wewnątrz 

Fot. 4. Okno z osłoną zewnętrzną (refleksową) widok od wewnątrz
 

 Fot. 5. Widok refleksoli od zewnętrznej strony budynku

 

Prezentacja wyników badań termowizyjnych refleksoli

Osłony przeciwsłoneczne - refleksole są to specjalnie przygotowane perforowane materiały przepuszczające promieniowanie słoneczne o różnej długości fali w różnym stopniu. Refleksole są specyficznymi łamaczami światła, które są montowane na zewnątrz budynków, w obrębie okien, w pozycji poziomej, pionowej lub skośnej i mają na celu ochronę przed przenikaniem promieni słonecznych do pomieszczeń (rys 1). Ze względu na budowę i sposób realizacji osłony stolarki okiennej istnieje obawa, że nie będzie żadnego wpływu na strumień ciepła.

 Rys. 1. Schemat działania refeksoli (z materiałów firmy SELT)

Wyniki analiz i wnioski

W pomieszczeniu bez opuszczonych refleksoli temperatura wewnętrzna wynosiła 22,53°C i była nieznacznie większa (o 0,38°C) od temperatury w pomieszczeniu z działającymi osłonami. Zatem temperatury na badanych przegrodach przeźroczystych też powinny być odpowiednio niższe. Jednak tak nie jest. Temperatura na badanym oknie z opuszczoną osłoną jest wyższa, co świadczy o zdecydowanie mniejszym strumieniu ciepła przenikającym przez badane okno.

W polu R1 (termogram 2, tabela 3) na badanym oknie wyznaczono średnią temperaturę, która wynosi 19,58°C.

Pomieszczeniu z opuszczonymi refleksolami (termogram 3 tabela 4) na badanym oknie średnia temperatura w polu R1 wynosi 20,1°C i jest wyższa 0,52°C od średniej temperatury okna bez osłon. Uwzględniając różnicę temperatury w pomieszczeniach wynoszącą 0,38˚C, różnica temperatur na powierzchni badanego okna z osłonami do badanego okna bez osłon wynosi 0,9˚C.

W analizowanym przypadku zastosowanie osłon przeciwsłonecznych pozwala na nieznaczną poprawę izolacji termicznej przegrody przezroczystej. Zastosowanie refleksol zimą ma niewielki wpływ poprawę izolacyjności cieplnej przegród przezroczystych. Jeżeli refleksole są zainstalowane na przegrodach przeźroczystych warto je uruchamiać nawet zimą.

Oszacowano, że stosowanie refleksoli w zimie w okresie nocnym może spowodować ograniczenie zużycia energii do ogrzewania o 1,12%. Dużo większe efekty można uzyskać stosując ten typ osłon latem. Obniżenie zużycia energii potrzebnej do wytworzenia chłodu będzie o kilkanaście, a w niektórych przypadkach o kilkadziesiąt procent.

Termogram 1. Zobrazowanie budynku od strony frontowej (południowo-zachodniej) wykonane o godzinie 5.30 do 6.30  

Termogram 2. Zobrazowanie wykonane w pomieszczeniu bez osłon przeciwsłonecznych
  

  

Termogram 3. Zobrazowanie wykonane w pomieszczeniu z osłonami przeciwsłonecznymi

 

 Tabela 3. Prezentacja wyników pomiarów zarejestrowanych na termogramie 2

 

Tabela 4. Prezentacja wyników pomiarów zarejestrowanych na termogramie 3 

 

Jerzy Żurawski

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

inne artykuły tego autora

- Wpływ przegród przezroczystych na jakość energetyczną budynku , Jerzy Żurawski , Świat Szkła 1/2011

Osłony przegród przezroczystych , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 2/2010

- Osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 1/2010

- Elewacyjne osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 5/2009 

- Okno to okno... , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 4/2006 

- Wybór stolarki okiennej  , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 3/2006

 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

  • 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.