Obliczenie wskaźnika efektywności energetycznej okna pionowego

Okna pionowe i drzwi zewnętrzne przeszklone traktuje się jako okna pionowe, gdy stosunek powierzchni przeszklenia do powierzchni przegrody jest większy od 25% ( > 0,25).

Obliczenia wykonano przy następujących założeniach:

wykorzystano godzinowe dane klimatyczne, dostępne na stronach Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju.
przyjęto temperaturę wewnętrzną tw=20°C zgodnie z normą PN-EN 12831:2006 „Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego”.
sprawności oraz współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej przyjęto zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej oraz na podstawie danych technicznych największych producentów urządzeń grzewczych z wykorzystaniem metodologii certyfikacji urządzeń grzewczych.
dla stolarki w budynku ogrzewanym wartość efektywności energetycznej wyznacza się ze wzoru:

dla stolarki w budynku ogrzewanym i chłodzonym wartość efektywności energetycznej wyznacza się ze wzoru:

Wyznaczenie wskaźnika efektywności energetycznej okien pionowych

Dla okna pionowego przyjęto następujący wzór na obliczenie energii użytkowej na ogrzewanie [kWh/m²rok]:

Wyznaczenie efektywności energetycznej okna w okresie grzewczym

Wyznaczanie wskaźnika efektywności energetycznej dla okresu grzewczego wykorzystuje bilans energetyczny okna (pionowego lub dachowego):

dla okien fasadowych

dla okien dachowych

gdzie:

, – zyski słoneczne przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/m²rok]

, – straty ciepła przez przenikanie przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/ m²rok]

, – straty ciepła przez okno przez infiltrację przez okno pionowe lub dachowe w sezonie grzewczym [kWh/ m²rok]

, – straty ciepła przez okno przez mostek cieplny łączący okno pionowe lub dachowe z konstrukcją przegrody w sezonie grzewczym

Ostatecznie bilans energetyczny opisany jest formułą:

A_(v,r,h) – współczynnik klimatyczny zysków ciepła od nasłonecznienia dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ zysków słonecznych na efektywność energetyczną w okresie grzewczym (h). Wartość A wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego.

B_(v,r,h) – współczynnik klimatyczny strat ciepła dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ temperatury zewnętrznej na efektywność energetyczną stolarki okiennej w okresie grzewczym (h). Wartość B wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego.

– długość i-tego mostka liniowego na połączeniu okna lub drzwi ze ścianą,

– i-ty liniowy współczynnik przenikania ciepła pomiędzy oknem a ścianą o referencyjnej izolacji termicznej U_sc,ref = 0,15 W/m²K i budowie (od wewnątrz): tynk, cegła silikatowa 24 cm, izolacja, warstwa klejowa na siatce, warstwa tynku cienkowarstwowego, obliczona zgodnie z normą PN-EN ISO 10211:2008 zgodnie z rekomendowanym przez producenta sposobem montażu (mostek może być różny w zależności od części okna np. nadproże, węgarek, podokiennik). Mostek liniowy obliczany jest po wymiarach zewnętrznych.

– powierzchnia okna [m²],

– współczynnik przenikania ciepła [W/m²·K], zależny od budowy okna, wyznaczany indywidualnie dla każdego okna;

– szczelność okna wyznaczono zgodnie z obowiązującymi normami [m³/h·m²],

– udział w bilansie dodatkowych osłon takich jak rolety, okiennice, żaluzje określony zgodnie z normą PN-EN ISO 10077-1 lub na podstawie pomiarów wykonanych zgodnie z obowiązującymi normami [K·m²/W],

– sprawność wykorzystania zysków ciepła w okresie grzewczym,

GLR_H – stosunek zysków do strat ciepła,

Przy czym:

Sprawność regulacji osłon termicznych należy przyjmować w zależności od rodzaju sterowania:

sterowanie ręczne
sterownie automatyczne

Klasyfikacja energetyczna stolarki pionowej

Klasyfikację energetyczną okna pionowego przyjęto w oparciu o efektywność energetyczną _H,vert obliczoną według wzoru:

Przyjęto klasyfikację od G do A, przy czym klasa A oznacza okno o najkorzystniejszej efektywności energetycznej. Przewidziano również nadchodzący rozwój technologiczny poprawiający efektywność stolarki i przygotowano dodatkowo dwie klasy A+ i A++. Klasę energetyczną okien pionowych wyznacza się na podstawie obliczeniowej wartości efektywności energetycznej, oraz referencyjnej wartości odniesienia - . Wartość odniesienia dla okien pionowych wyznaczono przy następujących założeniach:

– 1,3 W/m²K;

– referencyjna szczelność stolarki, przyjęto szczelność klasy 4, L₁₀₀ = 3 m³/m²·h;

– referencyjny współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego dla zestawu dwuszybowego z powłoką niskoemisyjną równy 0,63;

– iloraz powierzchni szyby do powierzchni okna równy dla okna referencyjnego o wymiarach 1,48x1,23 m², wynoszący 0,68;

– referencyjny montażowy liniowy współczynnik przewodzenia ciepła wynoszący dla podokiennika, węgarka oraz nadproża okiennego - 0,05 W/mK;

– wartość dodatkowego oporu cieplnego osłony termicznej równa 0;

- wartość referencyjna długości mostka cieplnego wyznaczona dla połączenia ściany z oknem na 1 m² okna, obliczony dla okna referencyjnego o wymiarach 1,23 x 1,48 m² równa 2,98, po zaokrągleniu 3,0;

Wartość odniesienia dla okresu grzewczego wyznaczono dla referencyjnych wartości zdefiniowanych powyżej, która wynosi = 95 kWh/m²K

Podział na klasy energetyczne dla okien

Przyjęto klasyfikację w której przegrody spełniające aktualne minimalne wymagania prawne odpowiadają klasie D co oznacza że wartość waha się w przedziale od – 76 do – 95 kWh/m² okna.

Przedziały energetyczne klas - okna pionowe w budynkach mieszkalnych ogrzewanych

Klasa	[kWh/m²]	[kWh/m²]
G		< - 190
F	≥ -190	< -142
E	≥ -142	< -95
D	≥ - 95	< -76
C	≥ -76	< - 57
B	≥ -57	< - 43
A	≥ -43

Wyznaczenie wskaźnika efektywności energetycznej okien pionowych w pomieszczeniach grzewczych i chłodzonych

Dla stolarki w budynku ogrzewanym i chłodzonym efektywność energetyczną wyznacza się ze wzoru:

Obliczenie zapotrzebowania na chłód wykonuje się zgodnie ze wzorem:

A_(v,r,c) – współczynnik klimatyczny zysków ciepła od nasłonecznienia dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ zysków słonecznych na efektywność energetyczną w okresie chłodniczym (c). Wartość A wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego.

B_(v,r,c) – współczynnik klimatyczny strat ciepła dla okna pionowego (indeks v) lub dachowego (indeks-r), oznacza wpływ temperatury zewnętrznej na efektywność energetyczną stolarki okiennej w okresie chłodniczym (c). Wartość B wyznacza się na podstawie godzinowych symulacji zapotrzebowania na energię referencyjnego budynku mieszkalnego, oddzielnie dla sezonu grzewczego i chłodniczego.

gdzie:

– udział w bilansie dodatkowych osłon przeciwsłonecznych naokiennych takich jak okiennice, żaluzje, refleksole określony zgodnie z normą PN-EN ISO 10077-1 lub na podstawie pomiarów;

– sprawność wykorzystania strat ciepła w okresie chłodniczym;

GLR_C – stosunek strat ciepła przez przenikanie i nieszczelności do słonecznych zysków ciepła w okresie chłodzenia z uwzględnieniem osłon przeciwsłonecznych;

– współczynnik redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne powiązane z otworem okiennym (żaluzje, refleksole, itp.);

Współczynnik regulacji osłon przeciwsłonecznych – należy przyjmować zgodnie ze stosowanym systemem sterowania:

Sterowanie ręczne	0,15
Sterowanie automatyczne w oparciu o parametry zewnętrzne	0,20
Sterowanie automatyczne w oparciu o parametry zewnętrzne i wewnętrzne	0,25

– sprawność regulacji i wykorzystania osłon przeciwsłonecznych wyznaczony zgodnie ze wzorem:

gdzie współczynnik regulacji osłon przeciwsłonecznych należy przyjmować zgodnie ze stosowanym systemem sterowania:

sterowanie ręczne	0,65
sterowanie w oparciu o parametry zewnętrzne: temperatura, nasłonecznienie, wilgotność, wietrzność	0,75
sterowanie w oparciu o parametry wewnętrzne i zewnętrzne: temperatura, nasłonecznienie, wilgotność, wietrzność, temperatura wewnętrza, obecność użytkowników	0,85
brak osłon przeciwsłonecznych	1

– stosunek strat ciepła przez przenikanie i nieszczelności bez uwzględnienia wpływu osłon przeciwsłonecznych do słonecznych zysków ciepła w okresie chłodzenia obliczany ze wzoru:

Do wyznaczenie wartości odniesienia przyjęto minimalne wymagania stawiane oknom pionowym w pomieszczeniach ogrzewanych i chłodzonych obejmujące:

g_ref= g_G·f zastosowano osłony przeciwsłoneczne pozwalające spełnić wymagania prawne w zkresie g_G·f ≤ 0,35. Dla okien o g_G=0,63, wartość f przyjąto 0,55
okno referencyjne o U=1,3 W/m²K, L₁₀₀ = 3 m³/hm² oraz referencyjny mostek lniowy na połączeniu okna z przegrodą zewnętrzną - ψ = 0,05 W/mK,
= 0,75, który odpowiada osłonom sterowanym automatycznie w oparciu o parametry zewnętrze

Dla tak przyjętych założeń uzyskano wartość EE_{H+C, vert,ref} dla okna referencyjnego - 115 kWh/m²rok.

Klasa D waha się w przedziale do – 92 do – 115 kWh/m² okna.

Przedziały energetyczne klas - okna pionowe w budynkach mieszkalnych ogrzewanych i chłodzonych

Klasa	[kWh/m²]	[kWh/m²]
G		< - 230
F	≥ -230	< -172
E	≥ -172	< -115
D	≥ -115	< -92
C	≥ - 92	< - 69
B	≥ - 69	< - 52
A	≥ - 52