Szyby zespolone, a izolacja termiczna

Szkło może stanowić ponad 90% powierzchni całego okna z PVC. Właśnie dlatego w szeroko propagowanej i powszechnie uznanej idei budownictwa energooszczędnego i pasywnego właściwy dobór szyb znajduje szczególne uzasadnienie. Dzięki szybom można radykalnie polepszyć bilans energetyczny okien oraz wpływać na zmniejszanie strat energii cieplnej. Jak to się dzieje, że dobrze dobrane właściwości szyb chronią zasobność naszych portfeli, o tym właśnie mówi czwarty z kolei artykuł cyklu „Lato z Glassolutions”.

Wymiana ciepła

Przeszklona przegroda oddziela dwa środowiska, w których zazwyczaj panuje różna temperatura. Podobnie jak w przypadku każdej innej przegrody i tu następuje przekazywanie ciepła ze środowiska cieplejszego do środowiska chłodniejszego. Jednak w przeciwieństwie do innych typów przegród, szkło ma tę zaletę, że przepuszcza do wnętrza promieniowanie słoneczne, które jest źródłem dodatkowego, bezpłatnego ciepła.

Wymiana ciepła przez przegrodę

Istnieją trzy mechanizmy umożliwiające wymianę ciepła przez przegrodę:

• Przewodnictwo, czyli przekazywanie ciepła w ramach jednego ciała lub między dwoma ciałami pozostającymi w bezpośrednim kontakcie. Podczas takiego przekazywania ciepła materia nie ulega przemieszczeniu.

  

  Ilość ciepła przekazywana między dwoma powierzchniami szyby za leży od różnicy temperatur między nimi oraz od przewodności cieplnej materiału. Przewodność cieplna szkła wynosi: λ= 1,0 W/(m*K).
• Konwekcja, czyli przekazywanie ciepła między powierzchnią ciała stałego a płynem lub gazem. Podczas takiego przekazywania ciepła materia ulega przemieszczeniu.

  

• Promieniowanie, czyli przekazywanie ciepła między dwoma ciałami o rożnych temperaturach. W temperaturach pokojowych promieniowanie cieplne odbywa się w zakresie promieni podczerwonych o długości fali powyżej 5 μm. Jest ono proporcjonalne do emisyjności obu ciał uczestniczących w wymianie.

  

• Emisyjność, to stosunek zdolności emisyjnej promieniowania danego ciała do zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego. Im niższa emisyjność, tym słabsze przekazywanie ciepła poprzez promieniowanie. Emisyjność szkła εn bez powłoki wynosi 0,89. Szkło może zostać pokryte powłoką tzw. niskoemisyjną; dla tych rodzajów szkieł wartość εn może wynosić poniżej 0,04 (szkła powlekane SGG PLANITHERM i SGG COOL-LITE SKN).

Współczynnik powierzchniowej wymiany ciepła

Wymiana ciepła między przegrodą, a powietrzem następuje metodą przewodnictwa i konwekcji, a między przegrodą, a otoczeniem metodą promieniowania. Suma wartości tych zjawisk przekazywania ciepła jest umownie podawana dla określonej prędkości wiatru, emisyjności i temperatur spotykanych normalnie w budownictwie. W przypadku wymiany zewnętrznej współczynnik ten jest określany symbolem he, a w przypadku wymiany wewnętrznej symbolem h_i

Znormalizowane wartości tych współczynników wynoszą:

h_e = 23 W/(m² * K)
h_i = 8 W/(m² * K)

Przenikanie ciepła przez przegrodę

Przechodzenie ciepła przez przegrodę w ramach procesów przewodnictwa, konwekcji i promieniowania wyraża się za pomocą wartości U. Jest to ilość ciepła, jaka przechodzi przez 1 m² przegrody przy różnicy temperatur po obu stronach przegrody wynoszącej 1 °C (K).

Umowną wartość tego parametru wyznacza się dla zdefiniowanych powyżej współczynników powierzchniowej wymiany ciepła h_e i h_i. Oblicza się ją zgodnie z normą PN-EN 673. Można również obliczyć wartość U specyficzną, przyjmując inne wartości współczynnika he, wynikające z innej prędkości wiatru i innych warunków atmosferycznych. Im niższa wartość U, tym mniejsze straty ciepła, a więc lepsza izolacja termiczna przegrody.

Wartość U szyb

Szklana przegroda może mieć postać szyby pojedynczej lub szyby zespolonej, pozwalającej uzyskać lepszą izolację termiczną. Zasada działania szyby zespolonej polega na połączeniu dwóch tafli szkła z zamkniętą przestrzenią międzyszybową wypełnioną suchym gazem, co ogranicza wymianę ciepła metodą konwekcji i pozwala wykorzystać niską przewodność cieplną powietrza.

Polepszanie wartości U szyb

Aby poprawić wartość U, należy ograniczyć przekazywanie ciepła w ramach procesów przewodnictwa, konwekcji i promieniowania. Ponieważ nie ma możliwości oddziaływania na współczynniki powierzchniowej wymiany ciepła, może my wyłącznie dążyć do zmniejszenia wymiany ciepła między dwoma taflami szyby zespolonej.

Przekazywanie ciepła w procesie promieniowania można ograniczyć poprzez stosowanie szkieł z powłokami niskoemisyjnymi. W SAINT-GOBAIN GLASS opracowano specjalne szkła z powłoka mi niskoemisyjny mi, pozwalające uzyskać wysokie parametry izolacji termicznej: szkła z powłoką nakładaną próżniowo (magnetron), należące do gamy SGG PLANITHERM, SGG PLANISTAR, SGG COOL-LITE K lub SGG COOL-LITE SK.

Przekazywanie ciepła w procesach przewodnictwa i konwekcji można ograniczyć poprzez za stąpienie powietrza w przestrzeni międzyszybowej cięższym gazem, o jeszcze niższej przewodności cieplnej (zazwyczaj argonem).

Solar Factor „g”

Przeszklona przegroda z zwyczaj przepuszcza promieniowa nie słoneczne, będące źrodłem dodatkowej energii. Solar Factor „g” przeszklonej przegrody to procent energii przenikającej do pomieszczenia w stosunku do całkowitej energii słonecznej padającej na daną przegrodę. Jest to ilość energii przechodząca przez przegrodę, powiększona o ilość energii odbijanej do wnętrza pomieszczenia. Im niższy Solar Factor „g”, tym mniej energii słonecznej dociera do pomieszczenia.

Solar Factor „g” okien

Solar Factor okien zależy od ich umiejscowienia w stosunku do płaszczyzny fasady zewnętrznej, od charakterystyki światła dziennego oraz od materiału, z którego wykonano ramę.

Bilans energetyczny

Okno jest z jednej strony źródłem strat cieplnych, określanych przez wartość U, z drugiej zaś jest ono źródłem energii słonecznej docierającej do pomieszczenia.

W sezonie grzewczym na jeden metr kwadratowy południowo zorientowanej fasady budynku zlokalizowanego w Warszawie pada około 385 kWh energii. jest to ilość ciepła, która odpowiada ilości energii uzyskanej ze spalenia 38 litrów oleju opałowego.

Bilans energetyczny, to straty cieplne (większe przy wyższych parametrach U) pomniejszone o przenikającą do pomieszczenia energię słoneczną (im okno posiada wyższy współczynnik Solar Factor „g” tym zyski energii są większe). Bilans energetyczny jest dodatni, gdy ilość energii słonecznej docierającej do pomieszczenia jest większa niż straty cieplne.

Dodatni bilans energetyczny okna PVC

Wykres przedstawia dodatni bilans energetyczny okna o współczynniku przenikania ciepła Uw ≤ 0,7 W/m²K, współczynniku g = 0,5 oraz wymiarach 1,23 x 1,48 m, zainstalowanego w budynku pasywnym, w sezonie grzewczym (dane pogodowe dla Warszawy), w zależności od jego orientacji.

Warto przypomnieć, że przykładowo dla okien z szybami SGG CLIMATOP LUX, gdzie wartość współczynnika g = 0.62, zyski energetyczne dla poszczególnych orientacji będą jeszcze większe.

Komfort termiczny

Wyższe temperatury przeszklonej przegrody

Ciało ludzkie uczestniczy w wymianie ciepła z otoczeniem w procesie promieniowania. To dlatego właśnie można odczuwać zimno w pobliżu ściany o niskiej temperaturze, nawet jeśli w pomieszczeniu panuje komfortowa temperatura. Zimą, przy niskiej wartości U, temperatura wewnętrznej powierzchni przeszklonej przegrody będzie wyższa, dzięki czemu zjawisko tak zwanej „zimnej ściany” zostanie ograniczone: Możliwe jest przebywanie w pobliżu okien bez odczuwania zimna.

Ochrona przeciwsłoneczna. Ograniczenie ilości energii słonecznej docierającej do pomieszczenia.

Latem warunki meteorologiczne często charakteryzują się:

• bezchmurnym niebem
• wysoką temperaturą
• dużym nasłonecznieniem
• słabym wiatrem
• długim czasem operowania słońca

Przezroczysta szyba jest miejscem przechodzenia energii słonecznej do pomieszczenia. W warunkach letnich może to prowadzić do znacznego podwyższenia temperatury wewnątrz pomieszczenia, zwanego również „efektem cieplarnianym”. Aby zmniejszyć uciążliwość tego zjawiska, zaleca się stosowanie szyb z funkcją ochrony przeciwsłonecznej. Po zwalają one na:

• Zmniejszenie dyskomfortu w związku ze zbyt wysoką tempera turą wewnątrz pomieszczenia
• Poprawę komfortu wizualnego przy jednoczesnym ograniczaniu ryzyka oślepienia
• Ograniczenie wydatków związanych z klimatyzowaniem pomieszczeń

Ochrona termiczna w lecie jest tym lepsza, im niższe będą wartości Solar Factor „g” i U. Ilość energii słonecznej docierającej do pomieszczenia można ograniczyć, stosując szyby wykonane ze szkła o wysokim wskaźniku absorpcji energii lub o wysokim wskaźniku odbicia energii na zewnątrz.

Opracowanie: OKNOTEST.PL
Na podstawie „Przewodnik po szkle” SAINT-GOBAIN GLASS oraz materiałów firmy GLASSOLUTIONS.