Okna - bilans zysków i strat ciepła

Tekst: Ludomir Duda

Okna są miejscem, przez które ucieka ciepło, ale również biorą udział w pozyskiwaniu energii słonecznej . Jaki jest zatem bilans ich zysków i strat ciepła?

Mostki termiczne wokół źle zmontowanego okna najlepiej są widoczne po pierwszych opadach śniegu
Mostki termiczne wokół źle zmontowanego okna najlepiej są widoczne po pierwszych opadach śniegu
Fot. Andrzej Maćkowiak
Okna, zarówno w ścianach, jak i w dachu, są najsłabszym pod względem izolacyjności termicznej elementem przegród zewnętrznych domu. I trudno się temu dziwić. Jeśli mają dostarczać naturalne światło do wnętrz, nie można ich osłonić grubą warstwą wełny czy styropianu.

Zyski ciepła ze słońca

W bardzo dobrze izolowanym domu, wyposażonym w wentylację mechaniczną z rekuperatorem, udział zysków ciepła przez szyby może w sezonie grzewczym stanowić nawet połowę zapotrzebowania na energię do ogrzewania dla całego domu.

Co ciekawe, zyski ciepła z promieniowania słonecznego są także przez okna znajdujące się na północnej stronie domu. Jest to wprawdzie tylko nieco ponad 40% tego, co dociera do wnętrz przez takie same okna znajdujące się po stronie południowej, ale to i tak sporo, biorąc pod uwagę, że zimą północna ściana domu i połać dachu nie są wcale przez słońce oświetlane.

Nie tylko zyski, ale i straty

Jak już powiedzieliśmy wcześniej przez okna nie tylko zyskujemy ciepło, ale też je tracimy. Wiadomo, że ilość ciepła, które ucieka przez okno, zależy od jego izolacyjności termicznej określanej współczynnikiem przenikania ciepła U (dla całego okna).

W tabeli 1 przestawiliśmy straty ciepła przez 1 m2 powierzchni różnych okien w ciągu całego sezonu grzewczego. Są wśród nich okna "zimne", produkowane w latach osiemdziesiątych, jak i te produkowane obecnie, o bardzo dobrych parametrach izolacyjnych.

W tej samej tabeli pokazaliśmy też wielkości strat ciepła dla tych okien, przy założeniu, że od zmroku do świtu będą one zasłaniane plastikowymi roletami zewnętrznymi. Mają one istotne znaczenie dla bilansu energetycznego okien. Oczywiście wpływ ten zależy bardzo od rodzaju rolety i jej szczelności. Szczelne rolety tworzywowe wypełnione pianką izolacyjną dadzą o 60% lepszy efekt niż aluminiowe.

Z analizy tabeli 1 jasno wynika, że im lepsze pod względem termicznym jest okno, tym mniejsze - co oczywiste - są przez nie straty ciepła. Z przedstawionych w tabeli wartości wynika także, że stosowanie rolet daje szczególnie duży efekt przy oknach "zimnych". Dla okien o bardzo niskim współczynniku U ("bardzo ciepłych") wpływ rolet jest już zdecydowanie mniejszy, co jednak wcale nie oznacza, że nie warto ich stosować.

Co większe: zyski czy straty

Porównajmy zatem straty ciepła przez okna z zyskami, jakie możemy mieć przez nie dzięki promieniowaniu słonecznemu. Z obliczeń, które przedstawiliśmy w poprzednim numerze, wynika, że w domu położonego w Warszawie lub jej okolicach zyski ciepła w sezonie grzewczym, określone dla 1 m2 szyby okien dachowych znajdujących się na połaci pochylonej pod kątem 45o do poziomu, wyniosą (w zależności od tego, w którą stronę są skierowane):

- na południe - 381 kWh,

- na północ - 162 kWh,

- na zachód - 259 kWh,

- na wschód - 267 kWh.

Podane wartości dotyczą 1 m2 szyby. Ponieważ straty ciepła obliczyliśmy dla 1 m2 okna, aby więc móc porównać zyski ze stratami, powinniśmy te liczby pomnożyć przez 0,7, ponieważ w przeciętnym oknie szyba zajmuje 70% jego powierzchni.

Obliczona w ten sposób energia słoneczna przedostałaby się przez 1 m2 okna do wnętrza domu tylko wtedy, gdyby szyby były w 100% przepuszczalne dla słońca. A tak oczywiście nie jest. W zależności od rodzaju szyb pewna część promieniowania słonecznego ulega odbiciu. Ilość energii słonecznej przepuszczana przez szyby zależy od współczynnika przepuszczania promieniowania słonecznego, oznaczanego jako g lub TR.

Wartości tych współczynników, w zależności od rodzaju szyby wynoszą:

- 0,75 - dla szyby podwójnej (jednokomorowej),

- 0,67 - dla szyby podwójnej (jednokomorowej) z jedną powłoką niskoemisyjną,

- 0,50 - dla szyby potrójnej (dwukomorowej) z dwiema powłokami niskoemisyjnymi.

Zyski ciepła przedstawione w tabelach 2 i 3 dla różnych rodzajów okien uwzględniają zarówno to, że szyba zajmuje tylko część okna, jak i to, że poszczególne zestawy szybowe różnią się współczynnikami przepuszczania promieniowania słonecznego oraz - oczywiście - usytuowanie okna w stosunku do stron świata.

Dla standardu energetycznego budynku istotne jest, czy bilans zysków i strat ciepła przez okna jest dodatni czy ujemny, a to zależy od współczynnika przenikania ciepła U okien, strony świata, na którą wychodzi okno i współczynnika przepuszczalności energii słonecznej okna.

Jak wynika z tabeli 2 nawet najgorsze okno na elewacji południowej przynosi w sezonie grzewczym zyski energetyczne, jeżeli wyposażone jest w roletę. Zyski są również wtedy, gdy okno jest bez rolety, ale jego współczynnik przenikania ciepła U jest mniejszy niż 1,8.

Natomiast okna na elewacji północnej mają szansę wyjść na zero dopiero, gdy mają współczynniki U poniżej 0,6 (bez rolet) lub 0,9 W/(m2.K) - z roletami. To jest przyczyna, dla której raczej należy unikać okien na elewacji północnej albo przynajmniej ograniczać ich ilość.

Natomiast nawet niedrogie okna o U = 1,0 W/(m2.K) na pozostałych elewacjach zachodniej i wschodniej przynoszą wyraźne korzyści energetyczne (tabela 3).

Wpływ rolet jest szczególnie istotny dla okien zimniejszych, o wyższych wartościach współczynnika U, ale i dla tych nowoczesnych o współczynniku przenikania ciepła U = 1,0 W/(m2.K) można zatrzymać blisko 16% uciekającego przez nie ciepła.

Szczególnie duże znaczenie mają rolety zewnętrzne na oknach połaciowych. Tam do strat ciepła wynikających z różnic temperatur pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem dochodzi - pomijane zwykle w analizach energetycznych - wypromieniowanie ciepła z pomieszczeń przez okna. Straty te mogą być bardzo duże, szczególnie w gwiezdną noc, ponieważ ilość wypromieniowanej energii zależy od czwartej potęgi różnicy temperatur, a temperatura nieboskłonu może mieć nawet minus kilkadziesiąt stopni. To właśnie dlatego stojąc w pobliżu okna nie osłoniętego roletą, albo przynajmniej ciężką zasłoną odczuwamy wyraźny chłód, mimo że samo okno ma całkiem niezłe parametry izolacyjne.

Rolety zewnętrzne okażą się też bardzo pożyteczne latem, gdy dochodzi do przegrzewania się pomieszczeń, ale o tym napiszemy w następnym numerze.

Mostki cieplne

Osadzenie okien zarówno w ścianach, jak i w dachu wiąże się możliwością powstania mostków cieplnych.

O ile jednak w ścianach ich eliminowanie, a przynajmniej ograniczanie, jest łatwiejsze, o tyle w dachach jest to szczególnie trudne dlatego, że ze swojej natury okno połaciowe powinno znaleźć się powyżej płaszczyzny pokrycia dachowego (inaczej byłoby zalewane przez spływającą po dachu wodę, nie mówiąc już o zalegającym na nim śniegu).

Z tego względu należy się bardzo starać, by przy montażu okien dachowych szczególnie starannie ocieplać miejsca styku ich ościeżnicy z konstrukcją dachu.

Możliwość wystąpienia mostków cieplnych wokół okien nie wpływa jednak na nasze wcześniejsze rozważania, gdyż we wszystkich audytach energetycznych dolicza się je do ścian i dachu.

Co oczywiście nie zmienia faktu, że ich występowanie zwiększa straty ciepła obliczone dla całego budynku, a zatem będzie miało wpływ na koszty ogrzewania domu.

Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład



Skomentuj:

Okna - bilans zysków i strat ciepła