Okna lahko močno vplivajo na ogrevanje in hlajenje stavb. Prihranijo lahko do 40 odstotkov energije za ogrevanje doma in se lahko izgubi do 87 odstotkov njene toplote, ki smo jo pridobili skozi okna. Zagotovo pa kakovostna okna izboljšajo toplotno učinkovitosti, s čimer zmanjšajo stroške energije in emisije toplogrednih plinov.
Zasteklitev in toplotne lastnosti
Vpliv zasteklitve na toplotne lastnosti zgradbe je kompleksen.
Razmislite:
- podnebne razmere na vaši lokaciji, kot so temperatura, vlažnost, sonce in veter
- oblikovanje stavbe, pomembna je predvsem orientacija, oblika in razporeditev stavbe
- gradbeni materiali, ki so odvisni od količine mase in izolacije
- velikost in mesto oken ter senčenje
- toplotne lastnosti sistemov zasteklitve.
Vpliv zasteklitve je posledica medsebojnega delovanja vseh teh vidikov.
Pasivno solarno oblikovanje
Vključevanje načel pasivnega sonca v fazi projektiranja je stroškovno najučinkovitejši način za doseganje dobrih toplotnih zmogljivosti (glej načrtovanje za podnebje, usmerjanje, senčenje, pasivno sončno ogrevanje, pasivno hlajenje, izolacija in toplotna masa).
V fazi projektiranja lahko uporabite nekaj preprostih načel za optimizacijo toplotne učinkovitosti svojega doma.
- Poiščite in določite velikost oken in senčil, da bo temperatura v notranjosti hladna, ko bo sonce vroče.
- Uporabite toplotno maso za shranjevanje sončne toplote in zagotovite nočno toploto v hladnih dnevih.
- Poiščite odprtine za okna in vrata, ki omogočajo naravno hlajenje z navzkrižnim prezračevanjem.
- Zagotovite tesnila odprtin, da zmanjšate neželene prepihe.
Izvajanje načel pasivnega solarnega oblikovanja je lahko bolj zahtevno na nekaterih lokacijah. Na primer, zimsko sonce se lahko onemogoči s sosednjimi stavbami ali pa se pogledi na južni ali zahodni strani, kar pogosto vodi do vključitve oken s slabo orientacijo. V teh primerih izberite zastekljene elemente z izboljšano toplotno zmogljivostjo, da bi nadomestili vidike konstrukcije stavbe, ki škodujejo njeni toplotni učinkovitosti.
Toplotno udobje
Skrbna izbira zasteklitve močno izboljša toplotno ugodje ljudem v bližini oken, zlasti velika okna. Naš občutek udobja ni odvisen samo od temperature zraka, velik vpliv imajo tudi temperature okoliških površin. Cilj mora biti doseganje notranje temperature površine stekla, da je čim bližje želeni temperaturi zraka v prostoru. To pomeni steklo, ki ni niti hladno pozimi niti vroče poleti.
Usmerjenost
Z okni povečujemo energetsko učinkovitost svojega doma z dvema različnima mehanizmoma za prenos toplote, s prevodnostjo in pridobitvijo sončne toplote. Običajna praksa prepričuje, da je uporaba oken z enako U-vrednostjo in enakim koeficientom sončne toplotne izgube potrebna na vseh nadmorskih višinah. Pri tem pa bo optimizacija oken z dobro usmerjenostjo verjetno prinesla več kot ena vrsta pogosto uporabljenega pristopa.
Z okni lahko še povečamo energetsko učinkovitost svojega doma, če imamo na razpolago okna z dvema različnima mehanizmoma za prenos toplote, to pomeni s prevodnostjo in pridobitvijo sončne toplote.
U - vrednost
Zelo pomembna pri oknih je U-vrednost, ki jo izražamo v oknih po meri z oznako Uw in je odvisna, kako hitro okenski sistem izvajajo toploto. To je merilo stopnje izgube toplote ali ne sončne energije, ki jo pridobimo. Stopnja toplote je prikazana v smislu U-vrednosti okenskega sklopa, ki vključuje učinek okvirja, stekla, tesnil in vseh distančnikov. Nižja kot je U-vrednost, večja je odpornost okna na toplotni tok in boljša je njegova toplotno izolacijska vrednost.
S preprosto formulo lahko izboljšamo tudi kvantificirani vpliv za izboljšanje U-vrednost:
- količino prehodne toplote, izvedene skozi zastekljeno enoto izražamo v vatih in je enaka U-vrednosti, ki jo pomnožimo s številom stopinj razlike v temperaturi zraka na vsaki strani (T)
pomnoženo in s površino enote za zasteklitev (A).
- Uw x T x A = vat (W)
Če imate dom s tlorisno površino 70 m2 z oknom in zastekljenimi vrati iz aluminijastega okvirja in prozornim steklom, katere je U-vrednost je 6,2 in znaša v zimski noči, ko je zunaj 15 °C, znašajo toplotne izgube približno:
- 6,2 x 15 x 70 = 6,510 W
To je enako skupni toplotni moči velikega plinskega grelnika ali klimatske naprave z močjo 2 KW s polno zmogljivostjo. Če pa izberete dvojno zasteklitev, lahko zmanjšate toplotne izgube in v tem primeru se izognete toplotnim izgubam za približno 3.000 W, kar ustreza porabi petdesetih žarnic z žarilno nitko 60 W.
Koeficient solarne toplote
Koeficient sončne toplotne moči za okna je izražen z oznako SHGCw in pomeni, kako toplota iz neposredne sončne svetlobe teče skozi okenski sistem. SHGC je del vpadnega sončnega sevanja, sprejetega skozi okno, ki se neposredno prenaša in vpija ter se nato sprosti v notranjost. SHGC je izražen s števili od 0 in 1. Nižji kot je na oknu SHGC, manj sončne toplote oddaja.
Solarni dobiček se spreminja glede na vpadni kot sonca.
Isto okno lahko ima zelo drugačen sončni donos, ki je odvisen od vpadnega kota, na katerega vpliva položaj sonca glede na lokacijo, sezono in čas dneva ter usmerjenost zasteklitve.
Poletno okno obrnjeno proti severu, ko je sonce visoko na nebu, ima lahko vpadni kot 8°, kar je odvisno od lokacije. Ta vpadni kot pa je v zimskem času približno 35°, zato je steklo izpostavljeno večjemu učinkovitemu območju sončnega sevanja. To okno lahko prenaša več sončne toplote pozimi kot poleti.
Okno, obrnjeno proti zahodu, ima v poletnem popoldnevu vpadni kot približno od 0° do 30° z velikim učinkovitim območjem sončnega sevanja. Poletno okno, ki je obrnjeno proti severu, ima velik vpadni kot in nizko učinkovito območje sončnega sevanja, tako da lahko prenaša manj toplote kot na zahodni strani. SHGC, ki ga prijavijo proizvajalci zasteklitve, se vedno izračuna pod kotom 0° od padca, to je največjega izkoristka sončne toplote.
V zmernih in hladno zmernih podnebjih, mora imeti severna zasteklitev visoko SHGC. To je standard za pasivno solarno prakso z zmernim podnebjem. Severna okna so sončni sprejemniki za dom. Vendar pa morajo imeti ta okna tudi fiksno senčenje, da so pozimi stekla čim manj senčna, medtem ko je poleti, čim bolj senčno.
Okna na vzhodni in zahodni strani morajo imeti nizko SHGC, zlasti če so velika, ker predstavljajo težave z energetsko učinkovitostjo. Bolje je uporabiti nastavljivo zunanje senčenje, če je to mogoče. Naslednja najboljša stvar je okno z nizkim SHGC, ki moti težavo s pregrevanjem poleti na račun pasivnega sončnega dobička pozimi. To je kompromis, kjer poletne koristi običajno prevladajo nad zimskimi vprašanji.
Vedno velja, da je nižja U-vrednost boljša, ker je U-vrednosti tista, ki meri zmožnost zadrževanja toplote pozimi in hlad poleti, ne glede na orientacijo. V vročih podnebjih, kot so kraji, ki ležijo na južnih straneh Zemlje, je malo kompromisov, in sicer je nizka SHGC še najboljša. V teh podnebjih, če so v najbolj hladnih mesecih zaželeni pasivni sončni dobički, jih je treba pridobiti le iz severnih oken. Lahko pa imajo nekoliko višji SHGC, če so zaščiteni s podnebnimi previsi ali drugimi ukrepi za senčenje.
Za vse usmeritve nizka U-vrednost presega visoko U-vrednost, zlasti za okna, ki so obrnjena proti severu. Okna, obrnjena proti jugu, lahko imajo vsaka svoj SHGC, ker je v tej smeri pozimi ali poleti malo sončne toplote.
Pogosto je napačno prepričanje, da morajo biti okna, obrnjena proti severu, jasna in posamično zastekljena, da se doseže najboljša energijska vrednost za hišo. Povečanje pasivnega sončnega dobička ne vodi nujno do najnižje porabe letne energije za ogrevanje. Dvojna zasteklitev z nizko vrednostjo emisij in z visoko zasteklitvijo pri velikem prenosu sončne energije zagotavlja boljši letni rezultat, ker je manjši padec sončne energije in večji od nižje U-vrednosti izolacijskega stekla. V neto smislu je dvojna zasteklitev z nizko porabo bistveno boljša in omogoča nižjo letno porabo energije za ogrevanje, hkrati pa zagotavlja vrhunsko toplotno ugodje.
Toplotne lastnosti zasteklitve
Za dobro zasteklitev oken imamo danes dobesedno na izbiro tisoče vrst stekla in okvirjev. Izbira pravih je ključnega pomena za izboljšanje energetske učinkovitosti svojega doma. Posebni proizvodi so zasnovani tako, da ohranjajo ali odvajajo toploto in imajo različne vplive na dnevno osvetlitev, nadzor hrupa, vzdrževanje in varnost.
Pri tem igra veliko vlogo tudi vidna svetloba, ki zmanjšanje količine sončnega sevanja, ki se prenaša skozi zasteklitev. Z njo lahko zmanjšamo količino svetlobe, ki vstopa v svoj dom. Količina svetlobe, ki jo prenaša zasteklitev, je določena s prepustnostjo vidne svetlobe, ki se zabeleži z oznako TVw (vidna prepustnost okna) ali VLT (prepustnost vidne svetlobe). Obe pomenita popolnoma enako.
Tu obstaja tudi preprost način za premislek:
Nizka TVw = preveč temno v notranjosti, luči so vklopljene in takoj so višji stroški energije.
Gibanje zraka
Toplota se prenaša skozi okna in zastekljena vrata, ko se zrak premika skozi odprtine okoli delujočih kril, od zunaj navznoter ali obratno. Ta prenos se lahko zmanjša z namestitvijo dobrih tesnil med premikajočimi krili in okviri, ki jih obdajajo. Na splošno so okna, ki se stisnejo, bolje nadzorovana za uhajanje zraka, kot pa drsna okna in vrata, katerih tesnila izgubijo svojo obliko in se postopoma obrabijo zaradi stalnega trenja.
Vrste zasteklitve in stekla
Na voljo je široka paleta izdelkov iz stekla. Debelina stekla ima zanemarljiv vpliv na U-vrednost in SHGC. Vendar pa ima pomemben vpliv na prenos hrupa ter trdnost in varnost zasteklitve.
Steklene izdelke lahko razdelimo v več kategorij.
Zatemnjena stekla vsebuje barvne dodatke, ki so vključeni med proizvodnjo. Na voljo so v različnih barvah, običajno v bronasti, sivi, modri in zeleni barvi. Različne barve omogočajo različne SHGC in nekaj sprememb v TVw. Barvanje telesa ne spremeni U-vrednosti stekla, ker prevodnost stekla ni odvisna od prisotnosti pigmenta v steklu. Druge napihnjene steklene možnosti vključujejo odličen prašek z ultra finskih delcev, ki ima močnejšo pigmentacijo, ki prednostno prenaša vidne valovne dolžine, medtem ko filtrira sončne skoraj infrardeče valovne dolžine. To zagotavlja nižje SHGC, hkrati pa ohranja ustrezno TVw.
Steklo z nizko emisijsko sposobnostjo imajo bodisi vakuumsko naloženo tankoplastno kovinsko prevleko bodisi z oblogo za razgradnjo. Ker so vakuumsko nanešeni premazi mehki, za zaščito in dolgo življenjsko dobo jih je treba uporabiti le v notranjosti izolacijske steklene votline. Obloge s premazi se pečejo na površini v tovarni, ko je steklo še vroče, da postane trdo in trpežno. Mehki in trdi premazi so na voljo v izdelkih, ki se uporabljajo tako pri visoki kot pri nizki prenosni uporabi.
- Visoko prenosno / nizko e steklo ima premaz, ki omogoča, da dnevna svetloba od sonca preide v hišo, vendar zmanjša količino infrardeče
toplote dolge valovne dolžine, ki lahko uidejo skozi okno.
- Nizko prenosno / nizko e steklo ima premaz, ki zmanjšuje količino sončnega toplotnega pridobivanja, hkrati pa ohranja dobre ravni prenosa
vidne svetlobe.
DLG Aluminium
Premazi z nizkim e premazom naredijo steklo praktično stenski material za sodobne bivalne prostore.
Takšni premazi lahko vplivajo na zelo dramatično izboljšanje tako na U-vrednosti kot so SHGC, vendar morajo biti pravilno uporabljeni, da se ne bodo poslabšali ali ne bodo izpolnili vrednosti naštetih materialov. Premazi z nizko e - vsebnostjo se lahko uporabljajo v kombinaciji z bistrim, napetim ali odsevnim steklom.
Laminirano steklo ima plastično plast za zasteklitev, imenovano vmesni sloj, ki izboljšuje odpornost na udarce. Ta vmesni sloj je nameščen med dvema steklenima ploščama, da se zmanjša nevarnost, da bi se steklo zlomilo in oblikovali dolgi nevarni delci. Tipične aplikacije vključujejo območja v domu, ki so najbolj nagnjena k poškodbam zaradi človeških vplivov, kot so kopalnice, vrata, okrog stopnišč in na območjih blizu tal. Natančna izbira različnih vrst vmesnih slojev ima dodatno prednost pri obravnavanju posebnih zahtev glede hrupa in energetske učinkovitosti.
Izolirane steklene enote (IGU) so kombinacija dveh ali več slojev za zasteklitev, zaprtih z režo med plastmi. Več plasti stekla je mogoče sestaviti z zaprtimi votlinami med posameznimi listi. Zmogljivost IGU je odvisna od lastnosti vsake plasti stekla in širine votline, vrste tesnila in vsebine votlin med plastmi stekla.
Premazi z nizkim e naredijo steklo praktično za stenski okrasni material za sodobne bivalne prostore.
Za dvojno zasteklitev IGU jev z uporabo sončnega nadzornega nizko energijskega stekla premaz usmerite na notranjo stran navzven na zunanjost stavbe in drugo površino na steklu IGU. Dodatek plina argona ali drugega z nizkim e premazom na četrti površini bo še izboljšal zmogljivost.
Pogosto se napačno domneva, da je izolirana steklena plošča samo za hladne podnebne razmere, ko dejansko doseže najboljše zmogljivosti pri U-vrednosti in SHGC v vseh podnebjih. Velikokrat pa se napačno domneva, da so izolirana stekla le za hladne podnebne razmere. Dejansko je mogoče najboljše rezultate pri U-vrednosti in SHGC doseči le z uporabo IGU stekel. To omogoča večjo učinkovitost pri vseh podnebjih, zlasti v ogrevanih in klimatiziranih domovih.
Delovanje votline v IGU vpliva na U-vrednost in uporabnost zasteklitve. Nastale votline (kavitete) je treba zapečatiti, da se čim bolj zmanjša konvektivni prenos toplote. Če votlina ni ustrezno zatesnjena ali vsebuje neustrezno sušilno sredstvo, lahko vsebuje vlago, ki se v mrzlih pogojih utekočinja na hladnejši površini stekla. Osnovna funkcija distančnika med stekli, ki je nameščen na robovih toplotno izolacijskega stekla, je za ohranjanje enakomerne razdalje med stekli in vsebuje sušilno sredstvo, ki vpija vso vlago. Votline IGU se lahko napolnijo tudi z inertnim, nizko prevodnim plinom, kot je argon. Debelina votline je običajno v območju 6 do 18 mm. Širše votline zagotavljajo nižje (boljše) U-vrednosti, pri čemer je 12 mm običajno sprejeta kot prednostna vrzel.
Drugotna zasteklitev omogoča naknadno vgradnjo oken z enojno zasteklitvijo s prozorno akrilno ali stekleno ploščo, ki je pritrjena na notranjo stran ogrodja ali krila, ki se lahko upravlja, preko drugotnega okvirja ali magnetnih trakov. To ustvarja zračni prostor med steklom in akrilno plastjo, ki zmanjšuje U-vrednost in infiltracijo zraka. Ne prinaša tako dobrih lastnosti kot IGU, vendar zagotavlja dober nadzor hrupa.
Filmi
Okenske folije so lahko stroškovno učinkovit način za zmanjšanje pridobivanja sončne toplote prek obstoječih oken. Sestavljeni so iz tanke polimerne folije, ki vsebuje absorbirajočo barvo ali odsevno kovinsko plast z lepilno podlago.
Nekatere folije za okna, ki se nanašajo na obstoječe steklo, lahko z vpijanjem in / ali odbojem sončnega sevanja prepolovijo celotno SHGC okna.
To je lahko še posebej koristno v bolj vročih podnebjih, kjer je hlajenje glavna skrb ali na vzhodnih in zahodnih višinah, ki so neposredno izpostavljene dolgim sončnim žarkom. Prav tako lahko povzročijo enako zmanjšanje prepustnosti vidne svetlobe, ki jo je treba upoštevati pri izbiri filma.
Steklene plošče z nanesenimi filmi, ki so izpostavljene neposrednemu soncu, postanejo bolj vroče kot neobdelano steklo, zato je treba upoštevati industrijske smernice, da se izognemo razpokam zaradi toplotne indukcije. Na splošno je najboljše uporabiti akreditiranega monterja okenske folije. Vrednosti U-vrednosti in SHGC filmov, pritrjenih na določene vrste stekla, kažejo na doseženo učinkovitost
Okvirji
Po zasteklitvi imajo okvirji največji vpliv na toplotne lastnosti oken. Aluminijasti okenski okvirji so lahki, močni in trpežni, z različnimi praškastimi in anodiziranimi oblogami, vendar je aluminij tudi dober prevodnik toplote in lahko zmanjša izolacijsko vrednost stekla. Aluminijasti okvirji, še posebej temno obarvani na soncu, vpijajo veliko sončne toplote in jo vodijo v notranjost.
I.K.
