Porady

Jednym z ważniejszych zagadnień przy projektowaniu domów pasywnych jest dążenie do uzyskania możliwie dużej szczelności budynku oraz wyeliminowania powstawania mostków termicznych. Kluczowe znaczenie dla uzyskania możliwie niskiego zapotrzebowania na energię ma więc maksymalnie duże ograniczenie strat ciepła. Z tego też względu niezwykle ważną rolę w budynkach pasywnych odgrywają okna, które mają być istotnym elementem szczelnej konstrukcji całego budynku, a jednocześnie jako przegrody cechują się najgorszymi współczynnikami izolacyjności termicznej. Ich znacząca rola przejawia się przy tym zarówno w ograniczeniu start ciepła, jak i pasywnym wykorzystaniu ciepła słonecznego do ogrzania pomieszczeń oraz ich doświetlenia.

Bardzo ważną decyzją na etapie projektowania i budowy domu pasywnego jest zapewnienie możliwie zwartej bryły architektonicznej, jak również odpowiednie rozmieszczenie okien w celu maksymalizowania wykorzystania energii słonecznej. Rozplanowanie ustawienia okien, ich wielkości i typu może w istotny sposób wpływać na zmniejszenie zapotrzebowania na energię do ogrzania pomieszczeń. Ogromne znaczenie dla zapewnienia jak najniższego współczynnika przenikania ciepła okien ma odpowiedni dobór ich wielkości i zastosowanych w oknach podziałów. Generalnie obowiązuje zasada, że im mniejszy jest udział powierzchni ram w oknie, tym współczynnik przenikania ciepła okien będzie niższy. Każdy dodatkowy podział okna zmniejsza powierzchnię przeszklenia, a jednocześnie powoduje powstawanie dodatkowych mostków cieplnych na połączeniu szyby z ramą. Właśnie ze względów energetycznych w budynkach pasywnych projektuje się najczęściej okna o dużych powierzchniach przeszkleń, przy jak najmniejszym udziale powierzchniowym ramy okiennej. Należy przy tym jednak wziąć pod uwagę ograniczenia statyczne jakie posiadają różne materiały, z których wykonuje się okna, tak by bardzo efektowne niejednokrotnie przeszklenia miały szansę zostać zrealizowane.

Ponieważ okna odpowiadają za największe straty ciepła w budynku pasywnym, a za pomocą okien realizowane są także zyski ciepła od promieniowania słonecznego, to właśnie dobór i obliczenia energetyczne dla okien są szczególnie ważne. Dokonując wyboru okien do domu pasywnego należy pamiętać, że jego konstrukcja wypływa nie tylko na walory estetyczne budynku i ilość światła jaka dostaje się przez nie do wnętrza domu, ale również w sposób istotny decyduje o posiadanym przez to okno współczynniku przenikania ciepła. Jest błędem pojawiające się jeszcze często w zestawieniach stolarki okiennej, stanowiących załącznik do projektu domu, określanie parametrów cieplnych okien przez podanie jedynie współczynnika przenikania ciepła szyb Ug. Wprawdzie to właśnie szyba i jej izolacyjność termiczna w dużej mierze wpływają na to czy okno możemy określić jako „ciepłe” czy nie, jednak parametrem który powinien być podstawą do ocen i porównań powinien być współczynnik Uw. To właśnie poprzez instalowanie bardzo ciepłych pakietów szybowych najłatwiej jest obniżyć współczynnik przenikania ciepła okna, jednak nie jest to rozwiązanie optymalne, w sytuacji gdy parametry cieplne ram będą dużo słabsze. Właśnie z tego względu oraz by zapewnić pełną porównywalność poszczególnych konstrukcji, Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt certyfikując okna pasywne wymaga osiągnięcia przez nie współczynnika przenikania ciepła Uw≤0,8 W/(m²K), ale przy zastosowaniu szyb o współczynniku Ug=0,7 W/(m²K). To powoduje, że by osiągnąć tak wyśrubowane parametry dla okna, należy zastosować wysokiej klasy profile okienne o współczynniku przenikania ciepła ok. Uf=0,8 W/(m²K). Tylko tak przebadane okna, spełniające te wymogi, otrzymują następnie certyfikat wydawany przez Passivhaus Instytut w Darmstadt.

Okienna układanka

Wiedząc, że okna składające się z tych samych komponentów, ale posiadające różne rozmiary oraz podziały, mają różną izolacyjność ciepną, powinniśmy tak dobrać profile oraz szyby, by uzyskać zakładaną wartość współczynnika przenikania ciepła Uw, czy tez emisji energii słonecznej. Parametry te bardzo często są indywidualnie dobierane dla okien znajdujących się na różnych elewacjach. Należy więc mieć świadomość jakie składowe elementy decydują o wartości współczynnika Uw i starać się optymalnie je zbilansować. Podstawowym parametrem charakteryzującym właściwości cieplne okna jest współczynnik przenikania ciepła Uw. Współczynnik U wyraża się w jednostkach W/m2K i definiuje się jako ilość ciepła przenikającą w ciągu 1 godziny przez 1m2 płaskiej przegrody (np. okien, ścian, itp.) przy różnicy temperatury powietrza po obu jej stronach (wewnątrz / zewnątrz) wynoszącej 1K (1°C). Poniżej przedstawiamy wzór do obliczenia współczynnika przenikania ciepła okna Uw wraz w wyszczególnieniem poszczególnych elementów składowych oraz przykładowe wyliczenie dla okna referencyjnego o wymiarach 1230x1480 mm.

Uzyskanie zakładanego dla domów pasywnych parametru izolacyjności termicznej okna Uw≤0,8 W/(m²K) jest możliwe tylko przy odpowiednim doborze takich elementów jak profil i szyba, przy jednoczesnym ograniczeniu liniowego współczynnika przenikania ciepła mostka cieplnego na styku szyby z ramą.

Ramy, czyli ograniczamy straty ciepła

W przypadku producentów profili z PVC polepszanie izolacyjności termicznej okien osiągało się dotychczas przede wszystkim poprzez zwiększanie głębokości zabudowy profili, ilości komór w profilach, stosowanie specjalnych nakładek oraz wypełnianie części komór materiałem termoizolacyjnym. Poprawa własności cieplnych na tej drodze możliwa jest jednak tylko do pewnego stopnia, stąd też od kilku lat producenci profili prowadzą działania nakierowane na zmiany w konstrukcji profili i technologii produkcji okien, związane m.in. z eliminowaniem z profili wzmocnień stalowych, negatywnie oddziaływujących na ich właściwości cieplne, wdrożeniem technologii wklejania szyb, wykorzystaniem w produkcji profili materiałów kompozytowych, wypełniania profili materiałami izolacyjnymi itp.

(Fot.1)Wielkomorowy profil PVC docieplony wkładami oraz pianką poliuretanową.

(Fot.2) Profil okienny z PVC, w którym dla poprawy właściwości cieplnych wzmocnienia stalowe zastąpiono wkładami kompozytowymi z domieszką włókien szklanych, zastosowano technologię wklejania szyb oraz wypełniono komory wewnętrzne materiałem termoizolacyjnym.

Szyby, ochrona cieplna i darmowe źródło ciepła

Drugim niezwykle istotnym z punktu widzenia izolacyjności całego okna elementem są szyby, których powierzchnia w oknie jest zazwyczaj dużo większa od powierzchni ramiaków. Stosowane w standardowych oknach szyby o współczynniku przenikania ciepła Ug=1,1 W/(m²K) są zastępowane w przypadku okien pasywnych szybami o współczynniku Ug=0,6 W/(m²K) lub Ug=0,5 W/(m²K). Najczęściej stosowane są pakiety trzyszybowe ze specjalnymi powłokami niskoemisyjnymi i przestrzeniami międzyszybowymi wypełnionymi gazem szlachetnym. Powłoki niskoemisyjne to cienkie przeźroczyste warstwy pokrywające szkło, które w sposób selektywny przepuszczają promieniowanie cieplne, pozwalając przez to uzyskać maksymalne zyski z promieniowania słonecznego przy jednoczesnym ograniczaniu strat cieplnych. O tym, w jakim stopniu szyby mogą wpływać na bilans cieplny domu i komfort mieszkania decyduje kilka ich parametrów. Przede wszystkim są to: współczynnik przenikania ciepła szyby Ug, całkowity współczynnik przenikania energii słonecznej g oraz współczynnik przenikania światła Lt.Współczynnik przenikania energii słonecznej g (określany też jako faktor słoneczny) informuje o tym, ile energii słonecznej w formie ciepła jest przepuszczane przez szybę do po mieszczenia. W domach najwięcej czasu spędzamy po południu; latem, kiedy promieniowanie słoneczne jest bardzo intensywne i uciążliwe, można je ograniczać za pomocą rolet lub żaluzji. Odwrotnie wiosną, jesienią i zimą – siłę słońca i wyższy faktor słoneczny szyb można wtedy wykorzystać jako darmowe źródło ciepła. Przy określaniu optymalnego współczynnika g dla przeszkleń okiennych należy uwzględnić ich rozmiar oraz orientację wobec stron świata. Jest to szczególnie ważne przy dużych płaszczyznach szklanych. W domach pasywnych ten parametr oscyluje wokół 50-65%. Współczynnik przenikania energii słonecznej g (określany też jako faktor słoneczny) informuje o tym, ile energii słonecznej w formie ciepła jest przepuszczane przez szybę do po mieszczenia. W domach najwięcej czasu spędzamy po południu; latem, kiedy promieniowanie słoneczne jest bardzo intensywne i uciążliwe, można je ograniczać za pomocą rolet lub żaluzji. Odwrotnie wiosną, jesienią i zimą – siłę słońca i wyższy faktor słoneczny szyb można wtedy wykorzystać jako darmowe źródło ciepła. Przy określaniu optymalnego współczynnika g dla przeszkleń okiennych należy uwzględnić ich rozmiar oraz orientację wobec stron świata. Jest to szczególnie ważne przy dużych płaszczyznach szklanych. W domach pasywnych ten parametr oscyluje wokół 50-65%.

Na ogólny komfort mieszkania w domu ma także wpływ ilość światła, które przeniknie do pomieszczenia – określa ją parametr Lt, który powinien wynosić powyżej 70%. Im jest wyższy, tym lepiej; wtedy bowiem do pokoju przeniknie więcej naturalnego światła słoneczne go. Jest ono nie tylko niezbędne do życia, ale też darmowe. Im więcej otrzymamy go przez okno, tym później włączymy sztuczne oświetlenie. Elementem czasami pomijanym w analizach, aczkolwiek posiadającym również istotny wpływ na parametry cieplne całej konstrukcji okiennej oraz na ograniczenie wartości liniowych mostków cieplnych na styku szyby i profilu są ramki dystansowe. W przypadku stolarki do domów pasywnych stosuje się ramki na bazie tworzyw sztucznych, dla których wartości współczynnika Psi wynoszą 0,03-0,04 W/(m*K). Zamiana standardowych aluminiowych ramek dystansowych na tzw. „ciepłe ramki” może spowodować poprawę wartości współczynnika przenikania ciepła Uw o kilka procent.

Montaż wieńczy dzieło

Elementem budynku, który przy ogólnej poprawie izolacyjności okien oraz ścian staje się coraz bardziej znaczący i którego wpływu na straty ciepła z budynku nie można zaniedbać jest połączenie okna ze ścianą. W domach pasywnych rekomendowany jest montaż okien w warstwie izolacji, że względu na minimalizowanie wartości mostka cieplnego, jaki tworzy się na styku okna ze ścianą budynku. Właściwe połączenie i uszczelnienie na styku okna z murem jest kluczowe dla zapewnienia odpowiedniej szczelności całej konstrukcji, czyli podstawowego założenia w przypadku domów pasywnych. Przy obliczaniu okien w budynkach pasywnych konieczne jest uwzględnienie w obliczeniach mostka cieplnego powstałego na styku ościeżnica-ościeże. Tak policzony współczynnik przenikania ciepła okna wbudowanego, nie może być wyższy niż 0,85 W/m²K.

Rys. Przykład certyfikowanego rozwiązania montażu okien pasywnych w warstwie izolacji, PHI Darmstadt (źródło Elwiz S.A.)

Wprawdzie liczba powstających u nas budynków pasywnych wciąż jeszcze jest znikoma, to w przypadku oferty stolarki okiennej dedykowanej do tego typu budynków pojawia się coraz więcej rozwiązań. Ta zwiększająca się podaż wpływa również na obniżenie cen, co pozytywnie wpływa na efektywność ekonomiczną tego typu inwestycji. Ze względu na dużą rolę jaką stolarka okienna odgrywa w budynkach pasywnych należy dokładnie przeanalizować wszystkie szczegóły związane zarówno z doborem odpowiednich komponentów, jak również ich właściwym połączeniem.

Poznaj nasze produkty dedykowane do budynków pasywnych:

System okienny Ideal 8000                 Systemy okienne energeto

Zapraszamy do zapoznania się z przykładami ciekawych realizacji z zakresu budownictwa pasywnego, które zrealizowane zostały z wykorzystaniem systemów okiennych aluplast: