Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 07 okladka

 

       7-8/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Przyszłość przeszkleń fasadowych
Data dodania: 18.08.11

Przyszłość przeszkleń fasadowych

Przeszklenia fasadowe o dużych powierzchniach narzucają wysokie wymagania, zwłaszcza w wypadku tych pomieszczeń, w których rezygnuje się z mechanicznej ich wentylacji lub chłodzenia. W takiej sytuacji należy w taki sposób zaprojektować rozmieszczenie odznaczających się pojemnością cieplną masowych elementów konstrukcyjnych pomieszczenia oraz rozwiązać kwestie związane z ochroną powierzchni przeszkleń przed promieniowaniem słonecznym i naturalną wentylacją pomieszczenia, aby uniknąć wystąpienia jakichkolwiek niepożądanych zjawisk towarzyszących, jak np. przegrzewanie pomieszczenia w okresie letnim, występowanie przeciągów przy silnych wiatrach lub wzrost zapotrzebowania na energię cieplną w okresie zimowym.

 

     Przedstawiona w niniejszym artykule naukowa analiza czynników wpływu oraz istniejących możliwości wskazuje na fakt, że poprzez właściwy dobór koncepcji przeszkleń fasadowych oraz właściwe projektowanie przestrzenne można stworzyć pomieszczenia odznaczające się komfortowym klimatem, ocenianym z punktu widzenia zachodzących w nich zjawisk cieplnych. Przede wszystkim jednakże należy przedyskutować wymagania związane z termicznymi warunkami i klimatem panującym wewnątrz pomieszczeń oraz ich wentylacją – te bowiem wymagania mają największe znaczenie.

 

Warunki termiczne i klimat pomieszczeń w okresie letnim
     Przed około 30 laty warunki panujące w pomieszczeniu uważano za komfortowe z klimatycznego punktu widzenia wówczas, jeżeli temperatura powietrza w tym pomieszczeniu zawarta była w granicach pomiędzy +19oC oraz +24oC, zaś wilgotność względna powietrza w tym pomieszczeniu zawierała się pomiędzy 35% i 70% (Hettinger, Leusden i Treymark). W dobie dzisiejszej za komfortową z punktu widzenia ciepłoty pomieszczenia uważa się taką atmosferę, której temperatura zawiera się w granicach pomiędzy +25oC a +27oC.


     Norma ISO 7730 rozróżnia trzy kategorie ciepłoty pomieszczenia, są to: kategoria A (temperatura graniczna dla tej kategorii wynosi +25,5oC), kategoria B (temperatura graniczna wynosi +26,0oC) oraz kategoria C (temperatura graniczna wynosi +27,0oC).

 

Norma DIN 1946-2 dopuszcza w pomieszczeniach wentylowanych mechanicznie temperaturę o wartości +26oC Norma DIN 4108-2:2003-07 zaś ogranicza temperaturę panującą w pomieszczeniach nie chłodzonych do wartości +25oC w wypadku pomieszczeń zlokalizowanych na terenach, gdzie w okresie letnim panuje chłodny klimat; do wartości +26oC w wypadku pomieszczeń zlokalizowanych na terenach, gdzie w okresie letnim panuje klimat umiarkowany oraz do wartości +27oC w wypadku pomieszczeń położonych na terenach, gdzie w okresie letnim panuje klimat gorący.


     Dopuszczalne są przekroczenia podanych wyżej wartości przez okres 10% tzw. dziennego czasu eksploatacji (pomieszczeń). Także w orzeczeniach ferowanych przez sądy wartość +26oC traktowana jest jako graniczna wartość temperatury pomieszczenia w okresie letnim.

 

Wentylacja pomieszczeń
     Wymagania odnoszące się do niezbędnej ze względów higienicznych, minimalnej wymiany powietrza na osobę nie uległy istotnym zmianom od czasów pierwszych omawiających tę tematykę publikacji autorstwa Maxa von Pettenkofera (około 1850): większość norm i przepisów określa, że orientacyjna wartość przepływu powietrza powinna zawierać się w granicach pomiędzy 30 i 40 m3/h.

 

Wytyczna nr 5 natomiast, odnosząca się do warunków klimatycznych panujących na stanowisku pracy określa, że w wypadku pomieszczeń o wentylacji naturalnej, przekroje kanałów wentylacyjnych powinny być takie, by zapewniały możliwość doprowadzenia, w przeliczeniu na jedną osobę znajdującą się w pomieszczeniu zamkniętym, ilości powietrza zewnętrznego na poziomie pomiędzy 20 i 40 m3/h.

 

Podobne wymagania minimalne określono w normie DIN 1946-2 dotyczącej pomieszczeń wentylowanych mechanicznie oraz w normie DIN 1946-6:1998-10, odnoszącej się do wentylacji mieszkań; wymagania takie podaje również Federalny Instytut Ochrony Pracy w swoim opracowaniu poświęconym ergonomii warunków w niewielkich pomieszczeniach przetwarzania danych.

 

Bilans energetyczny pomieszczenia
     Opis gospodarki energetycznej pomieszczeń wymaga opracowania bilansu energetycznego oraz porównania dwóch strumieni energii cieplnej: strumienia doprowadzonego oraz strumienia odprowadzonego. Jeżeli obydwa te strumienie są sobie równe, to wówczas układ znajduje się w stanie równowagi termicznej, zaś jego temperatura pozostaje stała. W sytuacji jednakże wystąpienia jakiegokolwiek zakłócenia równowagi, dochodzi do zmiany temperatury panującej w pomieszczeniu, co można zobrazować przy pomocy prostych liczb, wykorzystując w charakterze przykładu szkic przedstawiony na rysunku 1.

 

Przy nasłonecznieniu (o natężeniu promieniowania 600 W/m2) przez powierzchnię oszklenia (współczynnik nasłonecznienia g=0,2; A=2x3 m2) do wnętrza pomieszczenia dociera strumień cieplny +720 W. W określonych warunkach otoczenia (n=2 1/h, V=32 m3, temperatura wewnętrzna: +22oC, temperatura zewnętrzna: +17oC) poprzez otwarte okno z pomieszczenia „wychodzi” strumień –109 W.

 

Użytkownik pomieszczenia wraz z wykorzystywanym przez siebie sprzętem EPD1 dodaje do bilansu energetycznego pomieszczenia strumień ciepła rzędu +250 W. Jeżeli przyjmiemy, że rozpatrywane pomieszczenie ma wyjątkowo lekką konstrukcję, a także przy założeniu, że strumienie ciepła wywołane oświetleniem oraz zjawiskiem przenikania ciepła są pomijalnie małe, okaże się, iż w rozpatrywanym przykładzie mamy do czynienia z doprowadzeniem do pomieszczenia strumienia energii cieplnej wynoszącego +861 W – pomieszczenie zatem ulegnie nagrzaniu, przy czym energia cieplna doprowadzona do tego pomieszczenia będzie równoważna tej, jaką przekazałby grzejnik płytowy o powierzchni grzewczej 2 m2 i temperaturze 65oC.

 

  

     Owego niepożądanego nagrzania pomieszczenia można byłoby uniknąć wówczas, gdyby – na przykład – elementy otaczające rozpatrywane pomieszczenie wykonać z betonu oraz bloków sporządzonych z tworzywa sztucznego, zastosować przeszklenie o mniejszym współczynniku przepuszczalności energii słonecznej (np. g=0,10) oraz dwukrotnie zwiększyć przekroje kanałów wentylacyjnych.

 

Warunki klimatyczne w pomieszczeniach – temperatury i bilans energetyczny pomieszczeń o wentylacji naturalnej
     Przy założeniu usystematyzowanej zmienności parametrów przeanalizowano wpływ najważniejszych kryteriów projektowych oraz czynników eksploatacyjnych na oceniany z punktu widzenia ciepłoty klimat pomieszczenia oraz eksploatacyjne zużycie energii.

 

Rozpatrywano zlokalizowane w klimacie umiarkowanym pomieszczenie o wentylacji naturalnej, południowej elewacji, dynamicznej aktywizacji systemu ochrony przed nasłonecznieniem; założono również, że sztuczne oświetlenie pomieszczenia jest załączane stosownie do potrzeb (analizę oparto na wykorzystaniu zdefiniowanego zgodnie z wymogami DWD2 tzw. badawczego roku odniesienia 3).

 

Przegrzanie w okresie letnim
     Na wykresie przedstawionym na rys. 2, na osi odciętych zaznaczono liczbę tych dni w ciągu roku, w których temperatura eksploatacyjna przekracza wartość +28oC. Przedstawione poziomo słupki wykresu obrazują, w jaki sposób zmieniają się wyniki na skutek zmian jednego z badanych parametrów.

 

Liczbę dni, w których pomieszczenie narażone jest na przegrzanie można zmniejszyć poprzez bardziej intensywną wentylację pomieszczenia, zmniejszenie współczynnika przepuszczalności energii promieniowania słonecznego elementów stanowiących osłonę przed nasłonecznieniem, zmniejszenie powierzchni okien, redukcję obciążeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciężaru konstrukcji budowlanej.

 

W wypadku niekorzystnego doboru wszystkich parametrów należy się liczyć z przegrzaniem pomieszczenia na przełomie półrocza. Jednak w wypadku optymalnego doboru zespołu parametrów eksploatacyjnych ryzyko przegrzania pomieszczenia staje się niemalże pomijalnie małe.

 

Należy tu również zauważyć, że wykorzystywane w badaniach tzw. badawcze lata odniesienia nie obejmują okresów wielodniowych upałów i z tego też względu może się zdarzyć, że nawet w pomieszczeniach o korzystnie dobranych parametrach i w warunkach optymalnego wykorzystania tych pomieszczeń, mogą w okresie upałów samorzutnie wystąpić temperatury przekraczające wartość +28oC.

 

 

Eksploatacyjne zapotrzebowanie energii
     Badania pomieszczeń klimatyzowanych wykazują, że roczne eksploatacyjne zapotrzebowanie energii związane z ogrzewaniem pomieszczeń, ich chłodzeniem oraz sztucznym oświetleniem waha się w granicach pomiędzy 120 i 150 Wh/m2r (współczynnik sprawności przyjmuje się na poziomie 20%, współczynnik eksploatacyjnego zapotrzebowania energii fB,P = 3). Wartości te kontrastują z wynikami przedstawionymi na rys 3 i odnoszącymi się do pomieszczeń o wentylacji naturalnej.

 

  

 

    Eksploatacyjne zapotrzebowanie na energię można utrzymać na niskim poziomie wyłącznie poprzez stosowanie przeszkleń o dużej powierzchni i w warunkach zapewnienia optymalnego wykorzystania światła dziennego.

 

Spełnienie tych warunków pozwoli zarazem na utrzymanie pod kontrolą ryzyka przegrzania pomieszczeń w okresie letnim, o ile tylko w przeszkleniach tych zostaną zastosowane takie systemy ochrony przed nasłonecznieniem, które będą się odznaczać wysoką wydajnością, możliwością wykorzystywania ich przez cały rok, a także możliwością ich regulacji stosownie do potrzeb.

 

Przezroczyste przeszklenia fasadowe – skuteczność ochrony przed promieniowaniem słonecznym
     Miarą skuteczności ochrony przed promieniowaniem słonecznym w okresie letnim różnego rodzaju przezroczystych ścian zewnętrznych są, przedstawione na rys. 4 i określone drogą pomiarów wykonanych zgodnie z wymogami normy EN 410, wartości współczynników całkowitej przepuszczalności energii promieniowania oraz ich składowe: Te (tzw. żółta powierzchnia) oraz qi (tzw. czerwona powierzchnia), przedstawione dla czasu dziennego.

 

Badaniami objęto:
     a) przeszklenie termoizolacyjne z zewnętrznym przeciwsłonecznym elementem ochronnym (lamele 80 mm, barwa biała, nachylenie 45o);
     b) dwuwarstwową elewację szklaną wyposażoną w usytuowane równolegle i odsunięte na odległość 50 mm na zewnątrz przeszklenie, chroniące przed wpływem czynników atmosferycznych, do którego przymocowano odznaczające się odpornością na działanie wiatru elementy chroniące przed promieniowaniem słonecznym (lamele 50 mm, barwa jasnoszara, nachylenie 45o), a także
     c) dwupłytową fasadę szklaną z elementami chroniącymi przed promieniowaniem słonecznym (lamele 50 mm, barwa biała, profilowane, niewielki odstęp między lamelami, nachylenie 30o) z komorą wewnętrzną przewietrzaną w kierunku od dołu do góry (przekrój wykorzystany na wentylację – 10%).

 

 

     W wypadku okien konwencjonalnych z zewnętrzną przeciwsłoneczną warstwą ochronną należy się spodziewać, że w warunkach rzeczywistych wartości współczynnika nasłonecznienia g będą się zawierać w przedziale od 0,12 do 0,14. Korzystniejszą pod tym względem charakterystykę posiadają konstrukcje dwupowłokowe.

 

Stwierdzono, że w wypadku przeszkleń fasadowych typu b) oraz c), współczynnik całkowitej przepuszczalności energii zawiera się w granicach pomiędzy 0,05 oraz 0,08; przy czym w wypadku wariantu c) charakteryzująca go niewielka przepuszczalność promieniowania wiąże się ze znacznym ograniczeniem przepuszczalności światła dziennego, co w konsekwencji powoduje konieczność ustawienia lameli pod takim kątem, który zapewni odpowiednie oświetlenie.

 

Otwory okienne – skuteczność wentylacji
     Wprawdzie naturalna wentylacja pomieszczenia jest konsekwencją przepływu powietrza przez wnętrze budynku uzależnionego od siły wiatru, „przedmuchiwania” pomieszczeń spowodowanego silnymi porywami wiatru a także siłą ciągu powstającą w wyniku różnicy temperatur, niemniej jednak roczna minimalna wymiana powietrza niezbędna ze względów higienicznych ustalana jest dla całego roku przy założeniu niekorzystnych warunków, które – statystycznie rzecz biorąc – występują przez jedynie 2% całego rocznego czasu eksploatacji (bezwietrzna pogoda, różnica temperatur pomiędzy temperaturą zewnętrzną i wewnętrzną 1 K).

 

Aby zmniejszyć ryzyko przegrzewania pomieszczeń w okresie letnim, należy – z jednej strony – projektować otwory wentylacyjne możliwie jak największe i takie, które w razie potrzeby mogłyby się automatycznie zamykać. Z drugiej jednakże strony należy w jak największym stopniu unikać nagrzewania się powietrza doprowadzanego do wnętrza pomieszczeń od nasłonecznionych elementów konstrukcyjnych budynku.

 

 

 

    Na rys. 5 przedstawiono trzy różnego rodzaju otwory wentylacyjne, które przy bezwietrznej pogodzie i różnicy temperatur wynoszącej 1 K, zapewniają wymagane natężenie przepływu oraz wymianę powietrza w pomieszczeniu o objętości 32 m3 (zazwyczaj dla 1 osoby).

 

Wymiary określające powierzchnię czołową zaprojektowanego zgodnie z wymaganiami ASR 5 wychylnego skrzydła okiennego wynoszą 1,6x1 m, zaś skuteczna powierzchnia wentylacji tego skrzydła wynosi 0,24 m2 (przekrój przepływu swobodnego 20%, współczynnik cw=0,75).

 

W wypadku okna wychylnego a) należy oczekiwać, że objętościowe natężenie przepływu powietrza zewnętrznego będzie wynosić około 80 m3/h (n’ = 2,5 1/h/Δt-0,5). Jeżeli chodzi o wariant b) wyposażony w pochłaniające energię cieplną promieniowania słonecznego żaluzje (kąt nachylenia 45o) zapewnia on wymagany dopływ świeżego powietrza wynoszący 40 m3/h na jedną osobę.

 

Wariant c) natomiast jest wyposażony w oszklenie odporne na wpływ czynników atmosferycznych i odznaczające się przekrojem swobodnego przepływu wynoszącym 10%, co w konsekwencji pociąga za sobą zmniejszenie objętościowego natężenia przepływu powietrza zewnętrznego do wartości 20 m3/h (n’ = 0,6 1/ h/Δt-0,5); wskutek czego dla poprawy własności wentylacyjnych tego wariantu niezbędne będzie albo zapewnienie kilku okien na osobę, albo też odpowiedni dobór przekroju swobodnego przepływu powietrza przez okno.

 

 

Konieczność skutecznej ochrony przed promieniowaniem słonecznym
     W wypadku wykonywanych ze szkła elementów budowlanych o powierzchniach zarówno małych jak i dużych, istnieją wzajemne zależności występujące z jednej strony pomiędzy funkcjonowaniem elementów stanowiących osłonę powierzchni przezroczystych przed promieniowaniem słonecznym i skutecznością wentylacji naturalnej, z drugiej zaś strony pomiędzy ciężarem konstrukcji budowlanej i wewnętrznym obciążeniem pomieszczeń.

 

Przeszklenia o niewielkich powierzchniach wymagają częstszego stosowania sztucznego oświetlenia. Związane z tym eksploatacyjne zapotrzebowanie energii można ograniczyć jedynie poprzez stosowanie przeszkleń o dużych powierzchniach odznaczających się wysoką przepuszczalnością światła dziennego.

 

Żeby jednakże utrzymać na niskim poziomie ryzyko przegrzania pomieszczeń w okresie letnim, należy wyposażyć przeszklenia o dużych powierzchniach w systemy ochrony przed promieniowaniem słonecznym odznaczające się odpowiednią wydajnością, które ponadto będą mogły być eksploatowane przez cały rok oraz regulowane stosownie do potrzeb.

 


     W wypadku naturalnej wentylacji pomieszczeń należy również zapewnić możliwość regulacji w zależności od potrzeb przekrojów swobodnego przepływu; przy czym należy także zapewnić wymagany ze względów higienicznych dopływ powietrza zewnętrznego w ilości około 30 m3/h także przy niekorzystnych warunkach brzegowych – oraz możliwie jak największą powierzchnię otworów umożliwiających chłodzenie pomieszczenia w ciągu dnia i w ciągu nocy.

 

Jako podsumowanie nasuwa się wniosek, że – poprzez właściwy dobór parametrów projektowych już na etapie planowania oraz przestrzeganie na etapie użytkowania właściwych i dostosowanych do potrzeb zasad eksploatacji wszystkich elementów, również w warunkach braku mechanicznej klimatyzacji – należy dążyć do tworzenia komfortowych pod względem ciepłoty pomieszczeń, których eksploatacyjne zapotrzebowanie na energię będzie odpowiadać docelowym założeniom przyszłościowym.

 

dr inż. Armin Schwab


Glaswelt 11/2006

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik