Przegrody zewnętrzne przezroczyste, takie jak: okna, drzwi balkonowe, przeszklone ściany osłonowe czy świetliki, są elementami budynku, które powodują największe straty ciepła. Charakteryzują się one dużo niższą izolacyjnością cieplną niż ściany zewnętrzne, zatem powodują większe straty ciepła przez przenikanie. Sam sposób osadzenia stolarki okiennej w ścianach lub dachach także może powodować straty związane z powstawaniem mostków cieplnych. Jednakże dzięki umiejętnemu rozmieszczeniu i odpowiedniej konstrukcji tych przegród, mogą one stać się źródłem większych zysków energii niż strat, jakie mogą powodować. Z tego powodu wskazane jest umieszczanie większości okien po południowej stronie budynku.
Przegrody przezroczyste składają się z dwóch podstawowych części: przeziernej, tj. pakietu szybowego, oraz części nieprzeziernej, tj. ramy okien, drzwi lub słupów i rygli w lekkich ścianach osłonowych. Podstawowym parametrem decydującym o stratach ciepła przez tego typu elementy obudowy jest współczynnik przenikania ciepła: Uw dla okien, UD dla drzwi, Ucw dla ścian osłonowych.
Im niższy współczynnik przenikania ciepła, tym większa izolacyjność cieplna przegrody. O wartości współczynnika przenikania ciepła decydują składowe: od oszklenia Ug, od ramy okien i drzwi Uf, słupów i rygli Um/t oraz liniowe współczynniki przenikania ciepła charakteryzujące izolacyjność cieplną połączeń.
Z punktu widzenia oszczędności energii, istotny jest także sposób montażu stolarki. Najmniejsze straty ciepła przez mostki cieplne występują, gdy okna i drzwi osadzane są w warstwie izolacji cieplnej lub na granicy muru i izolacji.
Należy mieć na uwadze, że okna przeznaczone do budynków energooszczędnych, które mają najkorzystniejsze parametry w zakresie przenikania ciepła, nie wspomagają wentylacji, tak jak się to przewiduje w tradycyjnym budownictwie. Okna takie nie posiadają mechanizmu rozszczelniania, a uszczelki są odpowiednio zaprojektowane i wykonane z dobrej jakości materiałów. Z tego też względu, jeśli w budynku jest stosowana wentylacja inna niż mechaniczna, przy okazji wymiany stolarki należy zadbać, by nowe okna były wyposażone w nawiewniki, które zapewnią dopływ odpowiedniej ilości powietrza do budynku i umożliwią właściwe działanie systemu wentylacji.
Ramy okien
Ze względu na wartość współczynnika przenikania ciepła najbardziej newralgicznym elementem konstrukcji okna jest rama.
Aby uzyskać jak najniższą wartość współczynnika przenikania ciepła ramy Uf należy uwzględnić:
- grubość kształtowników,
- układ pustek tzw. komór w kształtownikach,
- wypełnienie pustek izolacją cieplną,
-
-
-
-
-
- odpowiednie usytuowanie (zagłębienie) oszklenia,
-
-
-
-
-
- poprawę izolacyjności cieplnej w strefie krawędzi szyby z zastosowaniem dodatkowych izolatorów z kompozytu piankowego.
Większa grubość kształtowników zwiększa liczbę pustek w profilu, co z kolei daje możliwość ich odpowiedniego rozkładu i zapewnia lepszą izolacyjność cieplną ramy, a więc niższą wartość współczynnika przenikania ciepła Uf. Ponadto nowoczesne okna wyposażone są w dodatkową izolację ramy okiennej (wkładka cieplna). Na rynku dostępne są ramy aluminiowe oraz ramy z kształtowników PVC, drewnianych i drewniano-aluminiowych.
Oszklenia
Oszklenie stanowi średnio około 70% powierzchni okna lub więcej, w przypadku lekkich ścian osłonowych o konstrukcji słupowo-ryglowej, więc ma znaczący wpływ na parametry cieplne takiej przegrody przezroczystej.
- Obecnie na rynku dostępne są 3 rodzaje pakietów szybowych:
- jednokomorowy o współczynniku przenikania ciepła
Ug = 1,0 W/(m2·K); - dwukomorowy o współczynniku Ug 0,3 – 0,7 W/( m2·K);
- trzykomorowy o współczynniku Ug 0,3 – 0,7 W/(m2·K).
Zamknięty w przestrzeni międzyszybowej gaz stanowi izolację cieplną. Obecnie powszechnie stosowany jest argon, w mniejszym stopniu krypton czy ksenon. Zastosowanie poszczególnych rodzajów gazu wynika z faktu, że im większa masa atomowa gazu tym lepsze jego właściwości izolacyjne.
Oprócz zastosowania różnego wypełnienia przestrzeni międzyszybowej, w ofercie rynkowej znajdują się szyby o różnych właściwościach w zakresie charakterystyk dotyczących przepuszczania i odbijania światła oraz energii słonecznej, które mają istotny wpływ na bilans zysków i strat ciepła, a więc na możliwość efektywnego wykorzystania energii.
Szyby niskoemisyjne, ze względu na niską przepuszczalność promieniowania, mają zdolność do odbijania większości promieniowania cieplnego, emitowanego przez przegrody wewnętrzne i elementy wyposażenia pomieszczeń. W praktyce oznacza to, że szkło niskoemisyjne odbija promieniowanie cieplne z powrotem do wnętrza budynku, dzięki czemu strata ciepła jest o wiele mniejsza niż w przypadku szkła zwykłego. Warto wiedzieć, że różne rodzaje szkła niskoemisyjnego umożliwiają bierne pozyskiwanie różnych ilości ciepła słonecznego, co pozwala na ograniczenie zapotrzebowania na ogrzewanie, szczególnie w zimniejszych miesiącach roku. Warstwa niskoemisyjna przepuszcza promieniowanie cieplne do pomieszczenia, jednocześnie blokując przenikanie ciepła na zewnątrz. W celu osiągnięcia możliwie największego efektu energetycznego, warto dopasować właściwości zastosowanych w oknach szyb w zależności od miejsca, w którym są zlokalizowane okna – od strony północnej należy postawić w większym stopniu na izolacyjność termiczną, natomiast od strony południowej na możliwość regulacji ilości światła i ciepła słonecznego przenikającego do wnętrza pomieszczeń.
Szyby refleksyjne należą, podobnie jak szyby absorpcyjne, do szkieł przeciwsłonecznych. Powłoki odbijają promieniowanie słoneczne, bądź przepuszczają jedynie część promieniowania w paśmie widzialnym i powodują redukcję przenikania w zakresie promieniowania podczerwonego (ciepło) i w zakresie promieniowania ultrafioletowego (UV). Szkło refleksyjne cechuje przepuszczalność światła w przedziale 40÷70%, a refleksyjność 15÷45%.
Właściwości okna związane z wykorzystaniem współczynnika promieniowania słonecznego, mają ścisły związek z rodzajem szyb użytych do przeszklenia. Całkowity współczynnik przepuszczalności energii to stosunek całkowitej przepuszczalności energii szyby do padającej na nią energii słonecznej. Wartość ta określa, jaka część energii promieniowania słonecznego padającego na szybę zostaje przepuszczona do wnętrza pomieszczenia.
Na parametry oszklenia wpływ ma także to, z jakich materiałów i w jaki sposób skonstruowany jest pakiet szybowy. Między innymi istotna jest zastosowana ramka dystansowa. Jej zadaniem w szybie zespolonej jest zapewnienie zamierzonego odstępu pomiędzy szybami oraz stworzenie możliwości umieszczenia materiału absorbującego parę wodną, który osusza warstwę gazu umieszczonego między szybami zestawu (w komorze). Standardowo stosowane są ramki wykonane z aluminium lub ze stali nierdzewnej, które posiadają otwory (perforację) od strony komory, w celu umożliwienia działania absorbera wilgoci znajdującego się we wnętrzu ramki. Metalowa ramka dystansowa stanowi jednak mostek cieplny, co pogarsza izolacyjność cieplną okna. Z tego powodu stosowane są również tzw. „ciepłe ramki”, wykonane z tworzyw sztucznych lub stali nierdzewnej, które charakteryzują się niższymi współczynnikami przewidzenia ciepła niż aluminium. Zastosowanie „ciepłej ramki” umożliwia uzyskanie wyższej temperatury szyby przy jej krawędziach, co obniża ryzyko występowania kondensacji pary wodnej. W efekcie dopuszczalna względna wilgotność powietrza, przy której w danych warunkach na powierzchni szyby wykrapla się para wodna, może być dzięki zastosowaniu „ciepłej ramki” wyższa o ok. 10-15%.
Należy podkreślić, że rzeczywisty efekt mostka termicznego na krawędzi szyby zespolonej zamontowanej w oknie zależy od rodzaju ramki dystansowej, gazu zastosowanego w przestrzeni międzyszybowej, od głębokości osadzenia szyby w profilu i współczynnika przenikania ciepła Uf profilu, z którego jest wykonana rama okna. Wraz ze wzrostem głębokości osadzenia szyby, zmniejsza się udział strat ciepła w oknie przez jej krawędzie i minimalizuje się możliwość kondensacji pary wodnej. Ramki ciepłe umożliwiają obniżenie średniego współczynnika ciepła okna o ok. 0,1÷0,2 W/(m2 ·K), w porównaniu do okien z oszkleniem z ramką aluminiową.