Bardzo często architekci projektują budynki charakteryzujące się dużym przeszkleniem. Przegrody przezroczyste stanowią większą część całkowitej powierzchni przegród zewnętrznych, stanowiąc w całości interesującą nowoczesną formę.

Jednak ze względu na mniejszy opór cieplny przegród przezroczystych koszty ogrzewania pomieszczeń za takimi przegrodami są znacznie wyższe zimą, natomiast zapewnienie właściwego mikroklimatu latem narzuca konieczność stosowania kosztownej inwestycyjnie i eksploatacyjnie klimatyzacji.

Z tego powodu budynki szklane będą uzyskiwały niekorzystną ocenę energetyczną. Czy można temu w jakiś sposób zaradzić?

Parametry podstawowe dla efektywności osłon
     Nowe wymagania dotyczące projektowanych i remontowanych budynków określone zostały w „Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” z 6 listopada 2008 (WT[1]). W rozdziale X zobowiązują projektanta do spełniania kilku warunków ogólnych i szczegółowych. W § 328. 1. znowelizowanego rozporządzenia WT rozszerzono zapis, który wymaga, aby budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynku użyteczności publicznej również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość ciepła, chłodu i energii elektrycznej, potrzebnych do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie.

     Rozszerzenie racjonalizacji obejmuje dodatkowo sprawdzenie wymagań w zakresie ciepłej wody użytkowej, chłodu i energii elektrycznej.

     Jednym z głównych wymagań, jakie stawiane są rozwiązaniom ogólnym, jest ograniczenie w zakresie przegrzewania pomieszczeń w okresie letnim. Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. Zapis ten dotyczy wszystkich typów budynków. Nie ma jednak jasno sprecyzowanego warunku, za pomocą którego można zweryfikować poprawność przyjętych rozwiązań. Ponadto określone zostały wymagania dotyczące izolacyjności termicznej przegród budowlanych. Stolarka budowlana powinna spełnić wymagania pod względem granicznej wartości Uw, które określono dla budynków o różnym przeznaczeniu (tabela 1, 2, 3).

     Dodatkowo określono graniczne wartości dla przepuszczalności energii całkowitej okna oraz przegród przezroczystych g_C, który odnosi się do wszystkich rodzajów budynków. Liczony jest według wzoru:
     g_c = f_c · g_G
     gdzie:
     g_G - współczynnik przepuszczalności energii całkowitej dla zestawu szybowego. Wartości współczynnika przepuszczalności energii całkowitej dla najczęściej występujących rozwiązań przedstawiono w tabeli 2.1.5 WT[1]. W przypadku innych rozwiązań można wprowadzić wartości podane w odpowiednich dokumentach, np. CE, zgodności z normą lub w aprobacie technicznej.

     Drugą wartością jest współczynnik korekcyjny ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne - f_C. Przykładowe wartości zamieszczono w WT2008 [1] w tabeli 2.1.6. Podobnie, jak przy g_G, zastosowanie innych wartości jest możliwe, pod warunkiem potwierdzenia gwarantowanych przez producentów wartości w odpowiednich dokumentach: CE, zgodności z normami lub w aprobatach technicznych.

     Wartości miesięcznych zysków ciepła od nasłonecznienia przez okna w przegrodach pionowych budynku należy obliczać ze wzoru wg [2] oraz zgodnie z normą PN-EN 13790:2008.

     Zyski ciepła od nasłonecznienia w danym miesiącu dla danej strefy budynku dla poszczególnych kategorii tych zysków wyznaczane są zgodnie z procedurą:
     Zyski ciepła dla poszczególnych elementów obudowy budynku:

Φ_sol,k = F_sh,ob,k A_sol,k I_sol,k - F_r,k Φ_r,k

gdzie:

F_sh,ob,k współczynnik zacienienia powierzchni nasłonecznionej k związany z zewnętrznymi elementami zacieniającymi, -
A_sol,k efektywne pole powierzchni nasłonecznionej k, m²
I_sol,k średnia miesięczna wartość promieniowania słonecznego na powierzchnię k, dla danej orientacji przegrody oraz jej kąta nachylenia, W/m²
F_r,k współczynnik kierunkowy dla danej przegrody k i powierzchni nieba, -
Φ_r,k strumień ciepła oddawanego przez przegrodę k w kierunku nieba na drodze promieniowania. W

A_sol,k = F_sh,gl,k g_gl,k (1-F_F,k) A_w,p,k               (2.28b)

gdzie:

F_sh,gl,k współczynnik zacienienia powierzchni nasłonecznionej k związany z ruchomymi elementami zacieniającymi, -
g_gl,k współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla przegrody k, -
F_F,k współczynnik uwzględniający udział powierzchni ramy w całkowitej powierzchni przegrody nasłonecznionej k, -
A_w,p,k całkowite pole powierzchni przegrody nasłonecznionej k. m²

Φ_r,k = R_se U_c A_c h_r Δθ _er                     (2.28c)

gdzie:

R_se współczynnik oporu cieplnego zewnętrznej powierzchni przegrody m²K/W
U_c współczynnik przenikania ciepła dla przegrody, W/(m²K)
A_c pole powierzchni przegrody nasłonecznionej, m²
h_r współczynnik zewnętrznego promieniowania cieplnego, W/(m²K)
Δθ_er średnia różnica temperatur powietrza zewnętrznego i nieba. ^oC

h_r,k = 4εσ(θ_ss + 273)⁴                     (2.28d)

gdzie:
ε emisyjność powierzchni zewnętrznej przegrody, -
σ stała Stefana-Boltzmanna, W/(m²K⁴)
θ_ss średnia arytmetyczna temperatura powierzchni przegrody i nieba. ^oC

     W dalszej części zajmiemy się współczynnikiem przepuszczalności energii promieniowania słonecznego oraz współczynnikiem zacienienia powierzchni nasłonecznionej, związanym z ruchomymi elementami zacieniającymi.

Stosowanie różnego rodzaju osłon przeciwsłonecznych
     Ze względu na stałe oraz wzrastające nasłonecznienie, a co za tym idzie – podwyższające się temperatury, zwłaszcza latem – poszukiwane są coraz nowsze rozwiązania dające ochronę przed przegrzewaniem dla budynku, głównie dla pomieszczeń usytuowanych od strony południowo-zachodniej. Najlepiej, żeby osłony umożliwiały wykorzystywanie oddziaływania słońca w okresie ogrzewczym, kumulując maksymalnie zyski ciepła, a latem ograniczały nagrzewanie budynków oraz minimalizowały refleks świetlny, powstający np. na monitorach komputerów w dni słoneczne; w dni pochmurne natomiast umożliwiały maksymalny dopływ światła naturalnego do wnętrza budynku. Rozwiązania muszą się charakteryzować zmiennymi parametrami.

     Istnieją już specjalne szyby zmieniające przepuszczalność promieniowania słonecznego w zależności od temperatury wewnętrznej, sterowane za pomocą czujników temperatury. Koszt takich rozwiązań jest ogromny, szyby są droższe od aktualnie stosowanych 10 razy.

     Postanowiliśmy sprawdzić skuteczność takich rozwiązań. Wykonaliśmy tego lata badania dwóch typów osłon z ręczną możliwością regulacji: zamontowanych od zewnątrz tzw. refleksoli oraz na stolarce okiennej osłony z materiału zamontowane od wewnątrz . W trzech pomieszczeniach o podobnej powierzchni i położeniu (strona południowo-zachodnia) oraz o zbliżonej powierzchni wykonano badania temperatur w okresie letnim. Pierwsze pomieszczenia nie stosowało żadnych osłon, w drugim refleskole, w trzecim osłony wewnętrzne z materiału.

     Ze względów energetycznych latem korzystniejsze jest stosowanie osłon zewnętrznych. Osłony wewnętrzne w badanych pokojach w niewielkim stopni obniżyły temperaturę w pomieszczeniu.

     Osłony przeciwsłoneczne mogą mieć korzystny wpływ na klimat wewnętrzny pomieszczeń. Zależy to od położenia przegrody przezroczystej względem stron świata , powierzchni przeszklenia, przepuszczalności energii promieniowania słonecznego. W tabeli 2 przedstawiono wartości przepuszczalności promieniowania słonecznego.

Refleksole
     Osłony typu refleksole obniżają temperaturę wewnętrzną pomieszczenia wykorzystując właściwości perforowanych materiałów. W ten sposób zmniejszono letnie nagrzewanie pomieszczeń i uzyskano obniżenie kosztów eksploatacji latem.

Dodatkowo pozwalają uzyskać komfort optyczny. Stosowanie specjalnych tkanin o odpowiednich właściwościach gwarantuje skuteczną barierą optyczną dla wpadającego do pomieszczenia światła, tłumi kontrasty, zachowując dobrą widoczność na zewnątrz. W dni pochmurne mechaniczna regulacja pozwala podnieść refleksolę i umożliwić dotarcie większej ilości światła naturalnego do pomieszczenia.

     Zamontowanie specjalnych refleksoli może stwarzać nawet efekt pełnego zaciemnienia, np. w salach kinowych, wykładowych. Zastosowanie automatyki pogodowej pozwala automatycznie sterować osłonięciem pomieszczenia przed działaniem promieni słonecznych oraz zabezpiecza rolety przed zmiennymi warunkami atmosferycznymi.

Podsumowanie
     Ze względu na podwyższającą się stale temperaturę pojawia się koniczność zapewnienie latem odpowiedniego mikroklimatu. Konieczne jest stosowanie różnego rodzaju urządzeń klimatyzacyjnych.

Nagrzewanie pomieszczeń można obniżyć przez zastosowanie osłon przeciwsłonecznych.

Najlepsze efekty uzyskuje się przy stosowaniu osłon zewnętrznych, regulowanych w zależności od temperatury wewnętrznej w pomieszczeniach.

Najlepiej, gdy osłony przepuszczają promieniowanie widzialne a niedopuszczaną do wnętrza budynku promieniowania cieplnego.

.

inne artykuły tego autora: 

- Osłony przegród przezroczystych , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 2/2010

- Osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 1/2010

- Elewacyjne osłony przeciwsłoneczne , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 5/2009 

- Okno to okno... , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 4/2006 

- Wybór stolarki okiennej  , Jerzy Żurawski, Świat Szkła 3/2006   

więcej informacji: Świat Szkła 5/2009

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne