Podwyżki cen nośników energii (gaz ziemny, olej opałowy, węgiel, energia elektryczna) zmuszają nas do szukania coraz to lepszych sposobów na obniżenie kosztów eksploatacyjnych mieszkań.
Budownictwo pasywne
Pierwszym sposobem obniżania kosztów eksploatacyjnych jest szukanie tańszych nośników energii (miał węglowy, biomasa). Przy wyborze takich surowców należy brać pod uwagę nie tylko cenę, ale również wpływ na środowisko naturalne. Spalanie surowców emituje do atmosfery szkodliwe gazy. Ale to nie jedyne kryterium ekologiczności - ważna jest również "zawartość" w surowcu tzw. energii pierwotnej, czyli energii, która nie jest możliwa do regeneracji. Wszystkie surowce kopalne (węgiel, ropa naftowa) zawierają bardzo dużo energii pierwotnej. Słoma, drewno, rośliny energetyczne posiadają jej bardzo mało (surowce odnawialne). Drugim sposobem na oszczędzanie, jest wznoszenie budynków, które będą zużywały jak najmniej energii cieplnej.
Bardzo dobrym przykładem są budynki pasywne, które zużywają osiem razy mniej energii cieplnej na ogrzewanie, niż konwencjonalne budynki. Budynek pasywny to taki, który wykorzystuje energię słoneczną do ogrzewania budynku.
Trzy podstawowe kryteria budynku pasywnego
. roczne zapotrzebowanie na energię cieplną do ogrzewania max: 15 kWh/(m2a) (a oznacza rok), czyli przeliczając wg wartości energetycznej gazu ziemnego: 1,5 m3 gazu na m2 powierzchni użytkowej na rok
. roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną max: 120 kWh/(m2a) (każdy nośnik energii (gaz, energia elektryczna, drewno, itp.) jest przeliczony według konkretnego współczynnika energii nie nadającej się odnowić)
. szczelność budynku na przenikanie powietrza max: n50 ≤ 0,6/n
Wymagania dla okien przeznaczonych dla budynków pasywnych
Aby spełnić kryteria budynku pasywnego należy zastosować okna o specjalnych wymaganiach określonych przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt (Passivhaus Institut).
Okna takie muszą być:
. ciepłochronne, aby zmniejszyć straty ciepła (cechę tę określa współczynnik przenikania ciepła U W/(m2K))
. przepuszczać energię słoneczną do wnętrza domu – współczynnik g określa procentową przepuszczalność energii całkowitej
. inaczej zamontowane w murze lub ścianie lekkiej niż tradycyjne okna
Aby mieć pewność, że okno jest przeznaczone do budynku pasywnego, musi posiadać odpowiedni certyfikat.
Istnieją trzy grupy certyfikowanych produktów:
szyby, ramy oraz drzwi.
Wymagania dla szkła:
Wartość współczynnika przenikania ciepła dla szyby powinien być mniejszy lub równy:
Ug ≤ 0,8 W/(m2K) (kryterium komfortu cieplnego)
gdzie:
Ug – współczynnik przenikania ciepła dla szyby.
Zaleca się stosować szyby o współczynniku co najwyżej 0,7.
Wartość ta zapewnia jak najmniejsze straty ciepła oraz zapewnia odpowiedni komfort cieplny w pomieszczeniu (nawet bez potrzeby instalowania konwencjonalnych grzejników).
Dzięki wysokiej izolacyjności okna, nie ma potrzeby stosowania grzejników pod oknami – zapobiegały one (w zwykłych budynkach) „spływowi” zimnego powietrza w dół i uczucia zimnych stóp.
Aby zapewnić wykorzystanie energii słonecznej do efektywnego ogrzania pomieszczeń, należy spełnić kolejny warunek:
Ug – 1,6 W/(m2K) ˙ g < 0 (kryterium energetyczne)
gdzie:
Ug – współczynnik przenikania ciepła dla szyby
g – współczynnik przepuszczalności energii (zalecana wartość g > 50 %)
Kryterium te zapewnia zyski z energii słonecznej dla południowej, nie zacienionej fasady również zimą (listopad-luty). Straty ciepła przez szybę są mniejsze niż energia docierająca do pomieszczenia.
Wartość g można wyliczyć według normy EN 410
Wartość współczynnika przenikania ciepła dla szyby oblicza się wg EN 673. Według normy wynik obliczeń podawany jest do jednego miejsca po przecinku. Prowadzi to jednak do wysokiej niedokładności przy obliczaniu strat ciepła wynoszącej nawet 20%. W związku z tym zaleca się podawać wartość współczynnika do dwóch miejsc po przecinku.
Wymagania dla ramy
Wartość współczynnika U dla ramy Uf oraz wartość liniowego mostka cieplnego oblicza się wg EN 10077 przy pomocy dwuwymiarowego programu przepływu ciepła na podstawie rysunku przekroju ramy w skali 1:1 wraz z wbudowaną szybą ciepłochronną.
PHI wykonuje test sprawdzający otrzymane wartości. W testowaną ramę osadza się referencyjną potrójną szybę ciepłochronną o wartości współczynnika przenikania ciepła Ug = 0,7 W/(m2K). Warunki brzegowe dla badania: temperatura zewnętrzna -10oC, temperatura powietrza wewnętrznego 20oC, 1/αa = 0,04 m2K/W, 1/αa = 0,13 m2K/W. Wartości współczynników przewodzenia ciepła użytych materiałów są obliczane na podstawie DIN 4108 lub przejmowane z innych certyfikatów. Wartości współczynników przewodzenia ciepła dla przestrzeni międzyszybowej obliczane są wg EN 10077-2.
W badaniu mierzy się minimalne temperatury powierzchni ramy.
Następnie oblicza się współczynnik mostka termicznego montażu dla trzech podstawowych konstrukcji ścian – ściana murowana z ociepleniem, ściana szalunkowa oraz konstrukcja lekka, przy pomocy dwuwymiarowego programu do obliczania mostków termicznych. Oblicza się straty ciepła przez okno wbudowane w ścianę Qmontaż dla modelu o minimalnych wymiarach: 20 cm szyby, 100 cm ściany:
Ψmontaż = Qmontaż/ΔT – (Uściany ˙ Aściany + Ug ˙ Ag + Uf ˙ Af + lg ˙ Ψg)
gdzie:
Qmontaż – obliczone straty ciepła w symulacji komputerowej
ΔT – różnica temperatury zewnętrznej i wewnętrznej
Uściany – wartość współczynnika przenikania ciepła ściany
Aściany – powierzchnia ściany (aż do ramy okiennej wraz z łączeniem)
Ug – wartość współczynnika przenikania ciepła szyby
Ag – powierzchnia szyby
Uf - wartość współczynnika przenikania ciepła ramy okiennej
Af – powierzchnia ramy okiennej
lg – długość krawędzi szyby (zespolenia szyby tzw. ”ramka dystansowa”)
Ψg – współczynnik mostka termicznego zespolenia szyby
Nazwa „pasywny” pochodzi od sposobu wykorzystania energii słonecznej – nie są użyte żadne aktywne sposoby (urządzenia) do zamiany jej na jakąkolwiek inną formę ciepła.
Energia cieplna pochodząca od słońca wpada poprzez okna do wnętrza budynku.
Kolektory słoneczne nie są wcale niezbędne do funkcjonowania budynku pasywnego.
Pomagają one częściowo pokryć zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową. Takie urządzenia można zastosować w każdym budynku.
Pasywne wykorzystanie energii słonecznej
Okna budynków pasywnych działają jak kolektory słoneczne – pasywnie uzyskana energia słoneczna ma najbardziej znaczący udział w wyrównaniu strat ciepła.
Celem nie jest jednak pozyskanie jak największej ilości energii słonecznej za każdą cenę – znacznie ważniejsze jest utrzymanie możliwie znikomego, pozostałego zapotrzebowania na energię cieplną.
W Europie Środkowej budynek, który w zimie wymaga w bardzo niewielkim już stopniu aktywnego dogrzewania, w okresie przejściowym i letnim nie wykazuje żadnego dalszego zużycia ciepła (niezależnie od przyjętego rozwiązania).
Powyższe dotyczy miesięcy od marca do listopada. Decydujące dla wielkości pozostałego zużycia są zatem miesiące zimowe, a więc grudzień, styczeń i luty.
W zrealizowanych i zamieszkanych domach pasywnych poza tymi miesiącami, żadne ogrzewanie już nie funkcjonuje.
Niestety w okresie środkowoeuropejskiej zimy zyski z energii słonecznej są niewielkie.
Sytuację utrudnia kolejny problem wynikający z warunków klimatycznych: w miesiącach o małym nasłonecznieniu występują niskie temperatury zewnętrzne.
W związku z powyższym straty ciepła są w tym okresie najwyższe. Nawet najlepsze transparentne przegrody mają wciąż wyraźnie wyższą przewodność cieplną w porównaniu z nieprzezroczystymi ścianami czy dachami. W budynku pasywnym średnim współczynnikiem przewodności cieplnej dla ściany jest UW=0,1 W/(m2K), dla szyby Ug=0,7 W/(m2K). Zwiększone powierzchnie okienne mające na celu pasywne wykorzystanie energii słonecznej prowadzą tym samym nieuchronnie do wyższych strat ciepła. Decydujący jest bilans cieplnych zysków słonecznych i dodatkowych strat ciepła i to w okresie pełni zimy.
Już tylko z powyższych rozważań wynikają wyraźnie zasady pasywnego wykorzystania energii słonecznej w budynkach pasywnych:
. konieczne jest utrzymanie strat ciepła, również przez powierzchnie przezroczyste, na jak najniższym poziomie: wymagane są przeszklenia wysokiej jakości gwarantujące przede wszystkim niską przewodność cieplną (niski współczynnik U), przy jednoczesnej wysokiej przenikalności energii słonecznej,
. pozostałe straty ciepła związane z oknem muszą być jak najniższe: mostki termiczne spowodowane łącznikami szyb zespolonych, ramami okiennymi itp. znacząco podwyższają straty ciepła,
. transparentne powierzchnie muszą umożliwiać zysk ciepła z energii słonecznej: powyższe oznacza odpowiednie zorientowanie okna (kierunek południowy jest w zimowych miesiącach idealny) oraz brak zacienienia.
Elementy zacieniające przed elewacją blokują dostęp słońca. Przeszklenie nie może w takim wypadku pełnić niezbędnej roli kolektora, przynosząc jedynie podwyższone straty ciepła.
W ostatnich 30 latach nastąpił szybki rozwój technologii przeszkleń (rys. 1):
. do 1980, w wielu częściach Europy Środkowej, stosowano pojedyncze szklenie okien o współczynniku przenikania ciepła U=5,8 W/(m2K). Zimą, po wewnętrznej stronie takich okien, często występowało oszronienie.
. od 1984 r. do 1995 r. stosowano powszechnie podwójne szklenie o wartości U≈3 W/(m2K). Dzięki temu zredukowano straty ciepła o połowę; nadal jednak dochodziło do kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni szyby.
. od 1990 rozwija się rynek okien ciepłochronnych (2 szyby z warstwą redukującą przepływ ciepła, wypełnione argonem), które osiągnęły wartość U od 1,0 W/(m2K) do 1,6 W/(m2K).
Energooszczędne przeszklenia dwuszybowe nie są jednak wystarczające w budynku pasywnym: temperatura wewnętrznych powierzchni okna może spadać poniżej 14,5oC – powodując obniżające komfort cieplny pomieszczenia – różnice temperatur oraz w przypadku braku grzejnika pod oknem, ruch ochłodzonego przez okno powietrza.
. w budownictwie pasywnym stosuje się obecnie okna z potrójnym szkleniem, dwoma warstwami redukującymi przepływ ciepła, wypełnione argonem lub kryptonem (U od 0,6 do 0,8 W/(m2K). Temperatura wewnętrznych powierzchni okna jest zbliżona do temperatury powietrza w pomieszczeniu, tym samym sytuowanie grzejnika pod oknem stało się zbyteczne.
W Europie Środkowej okna spełniające powyższe warunki zorientowane na południe i o niewielkim zacienieniu nawet w okresie od grudnia do lutego przynoszą większe zyski ciepła pochodzącego z energii słonecznej niż straty.
Przedstawienie pozostałego zapotrzebowania na ciepło jako funkcji udziału powierzchni przeszklenia południowego pokazuje szczególnie wyraźnie wpływ zysków ciepła z energii słonecznej na bilans cieplny (rys. 2). Pokazany tu wykres został obliczony dla budynku pasywnego w Darmstadt Kranichstein przy pomocy dynamicznego modelu symulacyjnego DYNBIL. Porównanie z wynikami rzeczywistych pomiarów w w/w budynku potwierdza wiarygodność symulacji; w obliczeniach zostały nawet uwzględnione efekty zacienienia przez ramy okienne, zależność transmisji przez przeszklenie od kąta promieniowania, wpływ temperatury na przepływ ciepła. Grafika pokazuje wyraźnie, że w budynku pasywnym nie jest możliwe osiągnięcie zysków ciepła netto przy zastosowaniu zwykłego podwójnego szklenia. Nawet w idealnych warunkach zwykłe potrójne szklenie również nie redukuje zapotrzebowania na ciepło.
W przypadku powszechnie obecnie stosowanych w domach energooszczędnych okien z podwójnym szkleniem ciepłochronnym, przy ograniczonym udziale przeszklenia osiągalny jest już pewien zysk. Prawdziwe pasywne zyski energii słonecznej otrzymuje się jednak dopiero przy zastosowaniu przeszkleń wysokiej jakości jak np. trójszybowe przeszklenie ciepłochronne (zwane również „oknami dla budownictwa pasywnego”). Duże, zorientowane na południe, w większości nie zacienione okna tej jakości pozwalają na obniżenie wskaźników energetycznych jeszcze o połowę, w stosunku do doskonale ocieplonego budynku o przegrodach nieprzezroczystych.
Można wyraźnie zauważyć znaczący spadek możliwości wykorzystania energii słonecznej w przypadku udziału powierzchni okien na poziomie 40%, szybki początkowo wzrost oszczędności osiąga wówczas niemal stan nasycenia. Dodatkowe oszczędności energii w przypadku podwojenia udziału powierzchni okien z 40 do 80% są zupełnie nieznaczne (przyczyną są nadmierne również zimą, nieużyteczne nadwyżki ciepła z energii słonecznej prowadzące do przegrzewania pomieszczeń).
Wnioski są jednoznaczne: jakość jest wyraźnie ważniejsza niż wielkość przeszklenia (udział okien w powierzchni elewacji). Trzeba tu podkreślić, że domy pasywne nie muszą być bynajmniej za wszelką cenę wyposażone w duże, południowe okna.
Następująca tabela przedstawia przykładowe przeszklenia, które można stosować w budynkach pasywnych:
. okna przeznaczone dla budownictwa pasywnego dostarczają więcej energii słonecznej do pomieszczeń niż powodowane przez nie straty ciepła, nawet w okresie pełni środkowoeuropejskiej zimy,
. temperatura powierzchni okna jest zawsze na tyle wysoka, także w okresach chłodu, by nie dochodziło do odczuwalnego odbierania ciepła z pomieszczenia, ani do konwekcyjnego ruchu powietrza.
Zyski ciepła z energii słonecznej może zniweczyć niedopuszczalne podwyższenie strat ciepła spowodowane złymi ramami okiennymi lub mostkami termicznymi w rejonie okna. Standardowe ramy okienne charakteryzuje współczynnik przewodności cieplnej od 1,5 do 2 W/(m2K) (1 grupa). Utrata ciepła 1 m2 ramy jest więc ponad dwa razy większa niż przeszklenia odpowiedniego dla budynków pasywnych (0,7 W/(m2K)).
Dochodzi do tego znaczący mostek termiczny spowodowany ramką łączącą szyby. Aby zyski ciepła z energii słonecznej nie zostały natychmiast utracone w wyniku wyżej wspomnianych dodatkowych strat, trzeba zastosować ramy okienne o szczególnie wysokiej jakości termicznej. Rysunek 3 przedstawia porównanie dwóch okien.
Porównywane okna wykorzystują przeszklenia odpowiednie do budynków pasywnych (potrójne szklenie szkłem ciepłochronnym, wypełnione gazem szlachetnym). Lewe okno w którym zastosowano ramę standardową osiąga współczynnik przewodności cieplnej 1,09 W/(m2K), prawe okno, z ramą odpowiednią do budynków pasywnych osiąga współczynnik U dla okna poniżej 0,8 W/(m2K). Tego typu wysoko izolujące ramy są nowymi rozwiązaniami, których powstanie pobudziły doświadczenia z domu pasywnego Darmstadt Kranichstein. Sprawne, pasywne wykorzystanie zysków energii słonecznej jest możliwe jedynie przy zastosowaniu okien odpowiednich do budynków pasywnych.
Jakość budynku pasywnego wymaga ram okiennych, które po zamontowaniu szyb o współczynniku Ug=0,7 W/(m2K), umożliwią osiągnięcie wartości współczynnika U dla całego okna (EN 10077) mniejszej niż 0,8 W/(m2K). Bezpośrednim uzasadnieniem dla tych kryteriów są wymogi komfortu cieplnego. Projektując budynek należy zwrócić szczególną uwagę na zapewnienie możliwie wolnego od mostków termicznych sposobu zamontowania okna w ścianę zewnętrzną.
Efektywny współczynnik strat ciepła UW oblicza się w oparciu o EN 10077 (uwzględniając dodatkowo straty ciepła spowodowane mostkami termicznymi związanymi ze sposobem montażu okna) według wzoru:
UW,ef = (AgUg + AfUf + LgΨg + LMontażΨMontaż)/AW
gdzie, U - współczynnik przenikalności cieplnej, g (glass) przeszklenie, f (frame) rama okienna, W (window) okno, A (area) powierzchnia, Ψ współczynnik strat ciepła spowodowanych mostkami termicznymi i L długość mostka termicznego, (indeksy „g” krawędź szyby, „Montaż” sposób montażu okna).
Istnieje wiele różnorodnych, alternatywnych konstrukcji umożliwiających wykonanie spełniających powyższe wymogi ciepłochronnych profili ram:
. ramy z pianki poliuretanowej wzmocnione profilem ze stali, aluminium albo włókna szklanego
. profile ramowe wytłaczane z 2 lub 3 komorami powietrznymi po wewnętrznej i zewnętrznej stronie, z wewnętrznym wzmocnieniem l ramy wypełnione pianką poliuretanową z okładziną drewnianą, metalową albo z tworzywa sztucznego,
. ramy drewniane z wkładem z płyty pilśniowej miękkiej lub drewna balsy,
. ramy z substratu poliuretanowego.
Wszystkie powyższe rozwiązania mogą być wykonane przemysłowo na bazie powszechnie przyjętych procesów produkcyjnych. Ramy wymienione w punkcie drugim, można zgodnie z przyjętym postępowaniem wykonać zarówno na bazie okien z PCV, jak i przy użyciu alternatywnych materiałów na bazie poliolefinów. Dodatkowa izolacja termiczna tych ram powstaje dzięki wykonaniu dodatkowych komór powietrznych po wewnętrznej i zewnętrznej stronie.
Dzięki przykryciu zespolenia szybowego, problem mostka termicznego związany z tym elementem okna jest niemal całkowicie zniwelowany.
Pod względem termicznym słabym punktem przeszklenia jest zespolenie szybowe (ramka dystansowa łącząca szyby). Widać to wyraźnie gdy przeprowadzimy następujące porównanie: konwencjonalny element dystansowy łączący szyby przenosi przez swoje dwie 0,5 mm aluminiowe blachy na długości 1 m tyle samo ciepła, co powierzchnia niezakłóconego przeszklenia wielkości 15,5 m2. „Termiczne spięcie” w tym miejscu można zredukować, gdy w miejsce standardowej ramki dystansowej z aluminium zastosujemy zespolenie szybowe wydzielone termicznie. Na rynku materiałów budowlanych istnieje już wiele podobnych produktów.
Dalszą redukcję mostka termicznego w tym rejonie można osiągnąć stosując specjalną konstrukcję ramy: odpowiednia rama posiada obramowanie szyby podwyższone o 10 do 25 mm. Dzięki powyższemu „opakowaniu ramą” mostek termiczny związany z ramką dystansową zostaje zmniejszony. Zastosowanie zaizolowanego zespolenia oraz nachodzącej ramy zmniejsza współczynnik mostka termicznego związanego z zespoleniem szyb o 80% w stosunku do rozwiązania standardowego (ramka dystansowa z aluminium, bez dodatkowego pokrycia ramą).
W przypadku niekorzystnego sposobu montażu przeszklenie ciepłochronne trójszybowe z powszechnie stosowaną standardową ramą, montowane w ścianie zewnętrznej z pustaków wapiennopiaskowych grubości 17,5 cm, ocieplone 30 cm izolacją termiczną sytuowane jest tak, aby zewnętrzna powierzchnia ramy okna licowała się z zewnętrzną powierzchnią ściany murowanej. Dodatkowe przykrycie ramy okiennej izolacją cieplną wynosi tu 0 mm!
Taki sposób montażu okna jest bardzo niekorzystny, niestety możliwe jest i nadal jeszcze często spotykane umiejscowienie okna w ścianie w jeszcze mniej korzystny sposób (np. bliżej wewnętrznej krawędzi muru). Podczas gdy temperatura wewnętrznej powierzchni szkła, przy temperaturze zewnętrznej –15oC i braku innych przeszkód, wynosi około 16,8oC, temperatura powierzchni wewnętrznej szyby na listwie łączącej spada do 5,5oC. Typowe temperatury powierzchni ram (na wysokości ramki dystansowej, środka ramy i miejsca łączenia ze ścianą) wynoszą od 11,6 do 14oC i są znacząco niższe niż temperatury niezakłóconej powierzchni szkła. Już te niskie temperatury wskazują, że straty ciepła tego typu okien są znacznie wyższe niż można byłoby oczekiwać stosując szyb podobnej jakości. Istnieje duże ryzyko wystąpienia kondensacji pary wodnej na krawędzi szyb. Wynikający z powyższej sytuacji rzeczywisty współczynnik strat ciepła dla całego okna wartości 1,82 W/(m2K) (dla okna o wymiarach zewnętrznych 1230 mm wysokości i 1480 mm długości) wręcz rozczarowuje.
W przypadku jeszcze mniejszych szyb (poniżej 1,0x1,0 m) wartości U dla całego okna są wyższe niż 2 W/(m2K). W takiej sytuacji wysoka jakość potrójnego szklenia traci na znaczeniu.
Rysunek 5 pokazuje sposób montażu zastosowany już w 1991 r. w domach pasywnych w Darmstadt. Okna z potrójną szybą ciepłochronną zostały zamontowane na zewnątrz muru przy pomocy stalowego płaskownika lub kątownika, ewentualnie na konsoli z purenitu lub drewna. Dzięki temu okna są korzystnie usytuowane – wewnątrz 300 mm warstwy izolacji termicznej, która dodatkowo nachodzi (68 mm) na ramę okna. Wyniki są przekonujące; rzeczywisty współczynnik przenikania ciepła całego okna osiąga wartość poniżej 0,8 W/(m2K).
Swoboda kształtowania architektonicznego w zakresie przeszklenia polega także na możliwości częściowego zastosowania szklenia stałego. Możliwe jest całkowite zintegrowanie stałego okna z warstwą izolacyjną, szkło łączy się niemal bezpośrednio z nieprzezroczystą warstwą ocieplenia. straty ciepła związane z zamocowaniem szkła znacznie się obniżają i możliwe jest stosowanie jeszcze większych przezroczystych powierzchni. Architekt musi jednak mieć na uwadze, zapewnienie wystarczająco dużych otwieranych okien na każdej elewacji, umożliwiających kontakt z otoczeniem oraz celowe przewietrzanie latem.
Pasywne wykorzystanie energii słonecznej jest szczególnie potrzebne zimą. Porównując zyski ciepła z energii słonecznej w zależności od zorientowania powierzchni staje się jasne, że kierunek południowy zimą osiąga zdecydowanie lepsze rezultaty. Dodatkowo słońce zimą operuje nisko nad horyzontem, dzięki czemu przenikanie promieni słonecznych przez szybę odbywa się niemal prostopadle i przepływ energii jest bardzo korzystny. Mniej znany, ale równie ważny jest fakt, że latem przeszklenie zorientowane na południe jest także optymalne. Na naszej szerokości geograficznej w pełni lata słońce pojawia się na elewacji południowej stosunkowo późno, stoi wówczas bardzo wysoko – efektem jest wąskie pasmo promieni i niewielka ilość energii.
Dlatego też latem obciążenie słoneczne przeszkleń zorientowanych na południe jest niewielkie – nad warunkami termicznymi we wnętrzach można zapanować.
Duże przeszklenia zorientowane na wschód lub zachód są niekorzystne.
Nie tylko zyski ciepła zimą są małe, szkodliwe jest przede wszystkim bardzo duże obciążenie słoneczne latem, ponadto rozwiązanie zacienienia jest istotnie trudniejsze, niż w przypadku okien południowych. Północne okna nie mają powyższej wady, jednak zimowe zyski ciepła z energii słonecznej są bardzo małe, z tego właśnie powodu północne przeszklenia nie powinny być zbyt duże.
Podsumowując, najbardziej optymalne w budownictwie pasywnym są (nie przesadnie duże) okna południowe, mało zacienione, z potrójnym ciepłochronnym szkleniem i bardzo dobrze zaizolowaną ramą okienną charakteryzujące się jak najmniejszym udziałem powierzchni ramy w stosunku do powierzchni całego okna.
Poza rozwiązaniem przedstawionym powyżej atrakcyjne są także inne podejścia, które jednak wymagają w tym miejscu pewnych uwag:
. Ogrody zimowe stały się elementem niemal sztandarowym dla budownictwa ekologicznego. Doświadczenia z realizacji dużych ogrodów zimowych pokazują że, osiągalne oszczędności energii są w praktyce niewielkie; jednocześnie przeszklone przybudówki są bardzo kosztowne. Z tego też powodu ogrody zimowe budowane jedynie z uwagi na oszczędność energii są nieopłacalne.
. W przypadku gdy realizacja ogrodu zimowego wynika z innych względów należy przy projektowaniu wziąć pod uwagę następujące aspekty:
– unikać dużych przeszkleń zorientowanych na wschód czy zachód oraz przeszkleń o małym spadku (przegrzewanie latem!)
– przewidzieć możliwość zacienienia i wentylacji latem
– wziąć pod uwagę zacienianie właściwego budynku w okresie zimy; pasywne wykorzystanie energii słonecznej w budynku właściwym może być utrudnione
– jakość powłoki izolacyjnej budynku właściwego w obrębie ogrodu zimowego musi być wysoka (standard budynku pasywnego) ponieważ w ogrodzie zimowym mogą panować bardzo niskie temperatury (por. punkt ostatni)
– ogrody zimowe nie powinny być ogrzewane. W przeciwnym razie należy się liczyć z bardzo wysokim zużyciem energii cieplnej. Standard budownictwa pasywnego można osiągnąć jedynie stosując przeszklenia odpowiednie do budownictwa pasywnego z bardzo dobrze zaizolowanymi ramami. Obecnie dostępne jest już przeszklenie o konstrukcji słupowo- ryglowej spełniające powyższe wymogi.
. Izolacja transparentna, w przypadku stosowania bardzo dobrych systemów, może być alternatywą do przeszkleń. Przezroczysta izolacja termiczna musi zapewniać możliwość aktywnego, czasowego zacieniania. Absorber (masywna ściana za przezroczystą izolacją) musi mieć dużą masę (kumulacja ciepła). Obecne systemy transparentnej izolacji termicznej są znacznie droższe niż wysokiej jakości okna.
. Kolektory słoneczne mogą być wkomponowane w nie zacienioną fasadę południową. Zintegrowany z fasadą kolektor obok aktywnego wykorzystania energii słonecznej ogranicza straty ciepła. Generalnie kolektory są nadal znacznie droższe niż pasywne elementy słoneczne czy zwykła nieprzezroczysta izolacja cieplna. W przypadku zastosowania kolektorów powietrznych, konieczne jest zapewnienie szczelności zarówno budynku jak i systemu kolektorów.
. Interesujące może być również celowe ukształtowanie powierzchni w otoczeniu budynku; np. pożądane odbicia promieni słonecznych oraz światła rozproszonego przez budowle sąsiadujące wprost w okna elewacji północnej. Takie techniki są dość niekonwencjonalne, ale bardzo obiecujące.
Günter Schlagowski
Polski Instytut Budownictwa Pasywnego
Ilustracje: Instytut Budownictwa Pasywnego, Darmstadt
Rys. 1. Rozwój przeszkleń doprowadził do coraz mniejszych strat ciepła i coraz wyższego komfortu cieplnego. Podane wartości temperatur wewnętrznej powierzchni okna przy temperaturze wewnętrznej 20°C i zewnętrznej –10°C
Rys. 2. Zależność pozostałego zapotrzebowania na energię cieplną od wielkości przeszkleń w elewacji południowej (przykład z domu pasywnego w Darmstadt Kranichstein). 3-WSK: trójszybowe szklenie ciepłochronne, 2-WS: normalne dwuszybowe szklenie ciepłochronne, 3-Iso: potrójne szkło izolacyjne bez dodatkowej powłoki, 2-Iso: podwójne szkło izolacyjne
Rys. 3. Schematyczne porównanie: okna dla budownictwa pasywnego w standardowej ramie drewnianej (z lewej) osiągające wartość Uokna=1,09 W/(m2K). Zastosowanie specjalnej wysokoizolującej ramy dla budownictwa pasywnego (po prawej) pozwala osiągnąć wartość Uokna poniżej 0,8 W/(m2K)
Rys. 4. Ramy okienne dla budownictwa pasywnego; następuje nieustanny ich rozwój. Wysoko efektywna technologia budowlana powstała specjalnie dla budownictwa pasywnego
Rys. 5. Zaizolowana rama okienna, sposób montażu w warstwie izolacji cieplnej oraz przebieg izoterm
więcej informacji: Świat Szkła 2/2006