szkło a energochłonność

W przepisach budowlanych od lat obowiązuje niezmienna tendencja – zwiększanie izolacyjności przegród zewnętrznych budynku. Czy jednak jest to dobry kierunek i czy są jakieś granice opłacalnej izolacyjności? Szczególnie kontrowersyjny jest trend zwiększania izolacyjności okien kosztem ich helioaktywności.

Rodzaj szkła, a zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i chłodzenia.

Hala sportowa jest obiektem o prostej zwartej bryle. Na jej przykładzie można porównać efektywność różnych rodzai szkieł. Dłuższa elewacja jest zorientowana na północ-południe. Ze względu na zapotrzebowanie na równomierne naturalne oświetlenie zarówno elewacja południowa jak i północna są całkowicie przeszklone. Ściany wschodnia i zachodnia, dach oraz podłoga na gruncie są dobrze izolowane. Hala jest rekuperowana zimą i naturalnie wentylowana latem. Powierzchnia użytkowa to 2000 m2.

HZ_3
Zwykła szyba

Aby mieć punkt odniesienia obliczenia wykonano najpierw dla zwykłych szyb, bez elementów zacieniających – pierwsze cztery wiersze w tabeli. Oczywiście występuje wysokie zapotrzebowanie na energię użytkową na potrzeby chłodzenia. Najlepiej widać to na wykresie symulującym roczne zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie. Przerywane cienkie linie – zielona i brązowa to najbardziej helioaktywne przegrody. Zimą są niezastąpione, natomiast latem można je okiełznać tylko stosując zacienianie.

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, czy lepsze są okna dwu- czy trójszybowe. Porównujemy szyby Guardian praz PressGlass. W przypadku zapotrzebowania na ogrzewanie szyba Guardian 3.szybowa jest lepsza od Guardian 2.szybowej, ale szyba PressGlass 3.szybowa jest słabsza od PressGlass 2.szybowej. Ze względu na letnie przegrzewanie lepsze są przegrody 3.szybowe. Jednak same zasłony przed przegrzewaniem chronią dużo lepiej.

Zasłony

Kolejne wiersze tabeli ilustrują energochłonność przy zastosowaniu elementów zacieniających. Rozważania są teoretyczne więc porównuję podstawowe warianty – żaluzje wewnętrzne i zewnętrzne białe nastawne o FC=0,1 lub 0,45. We wszystkich przypadkach ryzyko przegrzewania spada niemal całkowicie. Na symulacji rocznej są to grube linie przerywane zielona i brązowa. Jeśli stosujemy zasłony razem z automatyką zacieniania, nie powinniśmy obawiać się przegrzewania.

Hala_0_szyby_wykres_roczny2
W budynku mocno przeszklonym rodzaj zastosowanego szkła oraz ochrony przed przegrzewaniem ma bardzo duży wpływ na energochłonność
Szyby przeciwsłoneczne – statyczne

Mamy do dyspozycji wachlarz różnych rodzai szyb przeciwsłonecznych. Z obliczeń wynika, że te które najskuteczniej chronią przed przegrzewaniem równie skutecznie „chronią” budynek przed naturalnym słonecznym ogrzewaniem zimą. Niektóre szyby przeciwsłoneczne powodują trzykrotnie większe zapotrzebowanie na energię do ogrzewania w porównaniu ze zwykłą szybą. Nie jest to wadą produktu, po prostu niektóre szyby nie są dedykowane dla naszego klimatu, ale są wybierane ze względów estetycznych. W przypadku budynków słabo przeszklonych różnice w kosztach eksploatacyjnych dla różnych szyb są mniej znaczące, a efekt estetyczny lub optyczny może być ważniejszy. Wybór szyby powinien być rozpatrywany biorąc pod uwagę wszystkie aspekty.

W przypadku szyb przeciwsłonecznych występuje pewien konflikt. Fasada transparentna, której przezierność jest mocno ograniczona ani nie jest równie izolująca jak ściana, ani równie doświetlająca i ogrzewająca jak zwykła szyba. W praktyce często okazuje się, że w budynkach z tego rodzaju szybami jest zwyczajnie zbyt ciemno. Spełnienie prawnego wymogu o minimalnej powierzchni okien względem powierzchni podłogi, przy zastosowaniu szyb przeciwsłonecznych powoduje, że w budynku może być nawet ponad 2 krotnie mniej światła. Skutkiem może być zwiększone zapotrzebowanie na energię do oświetlenia.

Szyby przeciwsłoneczne – dynamiczne

Kolejnym analizowanym wariantem są szyby elektrochromowe i termochromowe, zwane dynamicznymi. Szyby o zmiennym współczynniku g działają tak jak szyba zaopatrzona w zasłony.

Elektrochromowa szyba zaciemnia się pod wpływem impulsu elektrycznego. Tego rodzaju szyba wymaga okablowania i sterowania BMS. Efekt energetyczny jest lepszy od szyb statycznych przyciemnionych, ale gorszy od przeziernych zaopatrzonych w żaluzje. Wynika to z tego, że wsp. g dla szyb elektrochromowych w stanie rozjaśnienia niestety nadal jest stosunkowo niski g=0,33 lub 0,4.

Elektrochromy zabarwiają się na intensywnie niebiesko, podczas gdy termochromy zaciemniają się na grafitowo. Chłodny błękitny kolor daje wizualne odczucie chłodu i rześkości w gorące dni. Możliwość kontroli zaciemnienia sprawia, że jeśli latem szyba się przyciemni, ale ważniejsze od ochrony przed przegrzewaniem będzie naturalne oświetlenie, będzie można szybę rozjaśnić, przynajmniej na jakiś czas i w jakiejś części.

Dla szyb termochromowych nie trzeba wykonywać systemu sterującego budynkiem BMS. Gdy tylko szyba nagrzeje się od słońca przyciemnia się. Szyba nawet w stanie całkowitego zaciemnienia pozostaje przezierna. W przypadku obiektów biurowych nie wiadomo czy zaciemniona szyba nie ograniczy zbyt mocno naturalnego oświetlenia. To zależy od powierzchni okna w danym pomieszczeniu. Termochromowe szyby w porównaniu z elektrochromowymi mają podobną efektywność energetyczną. Jeśli zastosujemy panel z dodatkową szybą o wsp. U=0,5 odpowiednio spadnie zapotrzebowanie na energię grzewczą.

Wadą szyb chromatycznych jest wysoka cena, ale dopiero szczegółowa i całościowa wycena obejmująca koszt wykonania i eksploatacji zasłon oraz systemu BMS może dać jednoznaczną odpowiedź o opłacalności. Rozwój tej technologii daje nadzieję na spadek cen.

Hala_0_szyby2
Roczna symulacja zapotrzebowania energii na ogrzewanie lub chłodzenie w budynku o dużej powierzchni okien (690m2)

Co by było, gdybyśmy zmniejszyli powierzchnię helioaktywną?

Hala_0_szybyAomax2
Jeśli budynek ma małą powierzchnię okien w stosunku do kubatury ogrzewanej – rodzaj zastosowanej przegrody transparentnej nie ma wpływu na energochłonność
Hala_0_szybyAomax_wykres_roczny2
Roczna symulacja zapotrzebowania energii na ogrzewanie lub chłodzenie w budynku o małej powierzchni okien (130,35m2)

Zamiast początkowej powierzchni 690 m2 założono, że hala ma powierzchnię okien równą wg wymagań WT2013, AOMAX=130,35 m2. Zmniejszenie okien prawie 5.cio krotnie powoduje 2 krotne zwiększenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania w przypadku najbardziej energoefektywnych szyb z zasłonami. Małe okna sprawiają, że nie ma żadnego ryzyka przegrzewania. Nie ma również wyraźnej różnicy między efektywnością energetyczną analizowanych rodzai przegród transparentnych.

Dla najmniej hlioaktywnych szyb przeciwsłonecznych o współczynniku g=0,18 zapotrzebowanie na energię do ogrzewania jest zawsze największe w porównaniu z innymi przegrodami transparentnymi i równie wysokie w przypadku dużej powierzchni okien jak i w przypadku okien pomniejszonych. Na symulacji rocznej da się zauważyć, że sezon grzewczy w przypadku szyb statycznych, przeciwsłonecznych trwa najdłużej. W przypadku najmniej helioaktywnej szyby o g=0,18 zapotrzebowanie na użytkową energię do ogrzewania dla temperatury użytkowej 16 st. C występuje nawet w czerwcu i sierpniu.

Każdy projektowany budynek można w łatwy sposób helioaktywować powiększając powierzchnię aktywną słonecznie i/lub stosują przegrodę transparentną o sezonowo zmiennym współczynniku przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g. Im większa jest różnica między gH w sezonie grzewczym oraz gC w sezonie chłodniczym, tym lepszy jest efekt energetyczny. Im bardziej aktywny, czyli zmienny jest budynek tym lepiej. Inteligentne systemy sterowania są niezbędnym uzupełnieniem budynku zeroenergetycznego.

Oznaczone , , ,