Podstawową regulacją dotyczącą budownictwa w Unii Europejskiej jest Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich z sprawie zbliżenia ustaw i aktów wykonawczych Państw Członkowskich dotyczących wyrobów budowlanych (89/106/EEC). Ustanowione w niej szóste wymaganie podstawowe, dotyczące oszczędności energii i ochrony cieplnej w budynkach określa, że powinny być one zaprojektowane i wykonane tak, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii niezbędnej do ich użytkowania z uwzględnieniem lokalnych warunków klimatycznych i potrzeb użytkowników. Wartość energii rzeczywiście zużywanej lub określonej w odniesieniu do projektowych warunków użytkowania budynku, w zakresie ogrzewania, chłodzenia, wentylacji, przygotowania ciepłej wody oraz oświetlenia pomieszczeń w budynku użyteczności publicznej określa jego charakterystykę energetyczną. Wymaganie jej obowiązkowej certyfikacji wprowadza w krajach Unii Europejskiej dyrektywa 2002/91/WE, z dnia 16 grudnia 2002 r., w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, której postanowienia wchodzą w życie w Polsce od stycznia 2009 r. [1]. 

Wprowadzenie
     Ocena przydatności wyrobu budowlanego z uwagi na wymagania energetyczne może w związku z ww. dyrektywami dotyczyć:
● tzw. zamierzonego stosowania w budownictwie (dyrektywa 89/106/EEC),
● zastosowania w budynku o określonym projektowanym poziomie lub klasie charakterystyki energetycznej (dyrektywa 2002/91/EC).

     Dobór wyrobów z uwagi na projektowaną efektywność energetyczną budynku jest zagadnieniem, które wymaga:
● interpretacji deklarowanych wartości cech wyrobu, polegającej nie tylko na sprawdzeniu spełnienia krajowych wymagań odniesionych do wyrobów, ale również na dokonaniu oceny jego jakości energetycznej, np. opartej na bilansie zysków i strat ciepła w przewidywanych warunkach eksploatacyjnych,
● przeprowadzenia klasyfikacji jakości energetycznej wyrobu budowlanego w odniesieniu do przyjętego kryterium energooszczędności w celu oceny przydatności w budynkach o polepszonej charakterystyce energetycznej,
● uwzględnienia sposobu wbudowania wyrobu budowlanego i aspektów aplikacyjnych.

Ocena jakości energetycznej okien
     Po wprowadzeniu certyfikacji energetycznej budynków należy spodziewać się wzrostu znaczenia jakości wyrobów budowlanych w zakresie cech mających wpływ na charakterystykę energetyczną budynku. W odniesieniu do okien są to następujące cechy:
● współczynnik przenikania ciepła,
● przepuszczalność powietrza,
● całkowita przepuszczalność promieniowania słonecznego oraz przepuszczalność światła widzialnego zastosowanego w oknie oszklenia.

     Norma PN-EN 14351-1:2006 [2] harmonizująca w ramach systemu oznakowania CE, zasady oceny przydatności okien i drzwi do stosowania w budownictwie na terenie UE, przewiduje określanie wartości ww. cech oraz deklarowanie odpowiednio ich poziomów lub klas. Podejmowana przez uczestników procesu budowlanego decyzja o zastosowaniu wyrobu w budynku jest uwarunkowana sprawdzeniem, czy zadeklarowane wartości lub klasy cech okna spełniają wymagania określone w krajowych przepisach budowlanych. W Polsce są one podane w rozporządzeniu, w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3] i ujmują dopuszczalne wartości współczynnika przenikania ciepła i współczynnika infiltracji powierza.
     Szczegółowe dane dotyczące cech okien związanych z jakością energetyczną budynku zamieszczono w tablicy 1.

    W budynkach mieszkalnych w Polsce około 70% energii zużywa się na ogrzewanie pomieszczeń. W modelach obliczeniowych sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, stanowiącego tzw. „małą” charakterystykę energetyczną budynku, jako parametry obliczeniowe występują dwie z ww. cech okien: współczynniki przenikania ciepła i współczynniki przepuszczalności całkowitego promieniowania słonecznego (np. wg normy [4]).

     Przykładowo, na rys. 1 zamieszczono obliczone zgodnie z normą [4] wartości udziałów procentowych strat ciepła przez przenikanie i wentylację, w projektowych warunkach eksploatacji, wznoszonego budynku wielorodzinnego w Warszawie. Na rys. 2 przedstawiono zależność wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania tego budynku (wyrażonego w kWh/m²·a), od przyjętej do obliczeń średniej ważonej wartości współczynnika przenikania ciepła okien (w budynku zastosowano okna o różnych wymiarach, z ramami aluminiowymi i drewnianymi).
     W analizach jakości energetycznej okien dotyczących sezonu ogrzewania (bez chłodzenia latem) stosuje się umowny, charakteryzujący bilans zysków i strat ciepła w odniesieniu do okna równoważny współczynnik przenikania ciepła U_eq [5, 6] lub sezonowy wskaźnik bilansu ciepła odniesiony do powierzchni okna [7, 8, 9, 10].
     Na wynik bilansu ciepła okna zastosowanego w konkretnym budynku mają wpływ:
● wartości cech tego wyrobu,
● udział powierzchni oszklenia liczonej w świetle ram okna, zastosowanie ewentualnych elementów zacieniających,
● ekspozycja okna względem kierunków geograficznych, kąt usytuowania, ewentualne zacienienie powodowane przez sąsiednie obiekty,
● lokalne warunki klimatyczne,
● wewnętrzne warunki eksploatacji.

     Wartość bilansu zysków słonecznych i strat ciepła przez przenikanie można określić wg wzoru:

Q = η’ · Q_s - α · H                 (1)

w którym:
η’ – uogólniony współczynnik słonecznych zysków ciepła (uwzględniający współczynnik wykorzystania zysków, efektywną przepuszczalność promieniowania słonecznego oszklenia w oknie);
Q_s, A_s – obliczeniowa wartość nasłonecznienia, w kWh/m² i umowna powierzchnia, do której ma zastosowanie wartość Q_s, (z uwzględnieniem zacienienia), w m².
α – współczynnik wynikający z liczby „stopniogodzin” okresu obliczeniowego (sezonu ogrzewania), w Kh;
H – współczynnik strat ciepła przez przenikanie, w W/K;

     Wartości α oraz Q_s określa się na podstawie danych klimatycznych, np. podanych w normie [4], w odniesieniu do stacji klimatycznych w Polsce. W tablicy 2 podano wybrane wartości α, przy założeniu obliczeniowej wartości temperatury powietrza wewnętrznego, równej 20^oC. Uśrednione wartości promieniowania zamieszczono w tablicy 3.
     Określenie obliczeniowych wartości zysków słonecznych jest bardzo złożone, z uwagi na zmienność w czasie warunków nasłonecznienia i konieczność uwzględnienia wpływu współczynnika ich wykorzystania w budynku. Charakterystyki wartości wskaźnika słonecznych zysków ciepła przez okno, użytecznych do ogrzewania pomieszczenia w warunkach sezonu ogrzewania w Polsce, podaje L. Laskowski [5].
     Przykładowe obliczenia wartości bilansu wg wzoru (1), przy przyjęciu różnych wartości współczynników U i g i przeciętnej wartości współczynnika α przedstawiono na rys. 3, 4, 5.
     Na podstawie dostępnej literatury, zestawiono w tablicy 4 równania stosowane do oceny jakości energetycznej okien.
     W ocenie jakości energetycznej okien stosuje się klasyfikację. Przykłady [7, 8] zamieszczono w tablicy 5.

Podsumowanie – przykłady dobrowolnej certyfikacji energetycznej okien
     Ocena jakości energetycznej okien (podobnie jak i innych wyrobów) może znacznie ułatwiać ich dobór z uwagi na zamierzoną efektywność energetyczną budynku.

     Dobrowolna certyfikacja (odniesiona do uśrednionych krajowych warunków klimatycznych) jest aktualnie wprowadzana w Wielkiej Brytanii (rys. 6 [7]), Danii [8], Finlandii (rys. 7 [9]). W odniesieniu do wyrobów budowlanych jest prowadzony europejski projekt [11]. Propozycje w odniesieniu do polskich warunków podano w 10 pozycji bibliograficznej.

Literatura
[1] Ustawa z dnia 19 września 2007 r. o zmianie ustawy – Prawo budowlane
[2] PN-EN 14351-1:2006 Okna i drzwi – Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne – Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowych i/lub dymoszczelności
[3] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2002 r. nr 75, poz. 690) z późniejszymi zmianami
[4] PN-B 02025:2001 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego

[5] Laskowski L. Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005
[6] The right U-values for windows, doors and curtain walls, Verband der Fenster und Fassaden Hersteller E.V, Guidance Sheet ES.01, 2002
[7] BFRC Guidance Note „Getting Windows BFRC Approved, www.bfrc.org, marzec 2007
[8] Ruder og vinduers energimoessige egenskaber. Kompendium 1: „Grundloeggende energimoessige egenskaber“, BYG.DTU, Denmarks Tekniske Universitet, 2003

[9] www.greenlabelspurchase.net/Window–label.html ; www.motiva.fi
[10] Geryło R. Opracowanie kryteriów udzielania rekomendacji technicznych na wybrane wyroby budowlane, Biblioteka ITB, Warszawa, 2007
[11] Green Initiative for energy efficient eco-products in the construction industry, 2006-2007

więcej informacji: Świat Szkla 3/2008