Ocena energetyczna stolarki otworowej. Znaczenie w procesie termomodernizacji

Jednym z kluczowych elementów termomodernizacji budynku mieszkalnego lub komercyjnego jest poprawa izolacji okien i drzwi. Odpowiednio wykonana i zamontowana stolarka o określonych parametrach technicznych jest w stanie skutecznie zapobiegać ucieczkom ciepła z budynku, co przekłada się na poprawę komfortu termicznego i zmniejszenie rachunków za energię.

Spis treści

1. Wymagania prawne
2. Parametry mające wpływ na ocenę energetyczną
3. Montaż poprawiający ocenę energetyczną
4. Osłony przeciwsłoneczne
5. Podsumowanie

Dynamiczny rozwój technologii powoduje, że współczesna stolarka otworowa jest coraz bardziej zaawansowana i dopasowana do obecnych standardów i wymagań nowoczesnego budownictwa, zwłaszcza energooszczędnego. W celu dokonania właściwego wyboru drzwi i okien oraz oceny ich jakości energetycznej wprowadzono system klasyfikacji oparty na ocenach energetycznych, który jest podstawą do ustalania i porównywania parametrów izolacyjnych.

Podstawowym wskaźnikiem oceny jest współczynnik przenikania ciepła U. Wartość ta mierzy ilość ciepła, które przemieszcza się przez dane okno lub drzwi w wyniku różnicy temperatur zewnętrznej i wewnętrznej. Im niższa wartość U, tym lepsza izolacyjność termiczna. Kolejnym istotnym parametrem jest współczynnik przepuszczalności światła. Informuje on o ilości światła przechodzącej przez przeszklenia w oknach lub drzwiach. Im wyższa wartość współczynnika, tym więcej światła dostaje się do wnętrza budynku, co może przekładać się na zmniejszone zużycie energii elektrycznej w celu oświetlenia pomieszczeń.

Oprócz tych dwóch podstawowych wskaźników w ocenie energetycznej stolarki otworowej brane są również pod uwagę takie czynniki, jak izolacja akustyczna, szczelność, odporność na deszcz, śnieg czy wiatr. Wszystkie te elementy mają wpływ nie tylko na oszczędność energii, lecz także na ochronę środowiska i bezpieczeństwo budynku.

Wymagania prawne

Od ostatnich kilku lat przepisy Prawa budowlanego obligują do instalowania w nowo powstających budynkach okien o podwyższonych parametrach izolacyjności termicznej. Mają one pozytywnie wpływać na efektywność energetyczną całego obiektu. Wymogi te, wprowadzane w Polsce od 2014 r., wynikają z Dyrektywy Europejskiej 2010/31/UE, której celem jest podwyższenie standardu energetycznego budynków. 

Dyrektywa ta nakłada na poszczególne państwa zobowiązanie, aby wszystkie nowe budynki charakteryzowały się niemal zerowym zapotrzebowaniem na energię niezbędną do ich ogrzewania. Przepisy te precyzują wskaźniki zapotrzebowania budynku na energię pierwotną EP, czyli wartość odnoszącą się do energii pochodzącej z nieodnawialnych źródeł, oraz współczynniki przenikania ciepła U przez przegrody zewnętrzne (ściany zewnętrzne, podłogi na gruncie, stropy, dachy oraz okna i drzwi). Przez efektywność energetyczną budynku należy rozumieć stopień przygotowania nieruchomości do zapewnienia komfortu jego użytkowania zgodnie z przeznaczeniem przy jednoczesnym możliwie najniższym zużyciu energii.

Ocena efektywności energetycznej jest to ocena zbioru właściwości budynku mających wpływ na zużycie przez niego energii niezbędnej do jego użytkowania, obejmująca m.in. ocenę izolacyjności cieplnej przegród oraz sprawności zastosowanych instalacji i urządzeń. Wyniki takiej oceny przedstawia się w postaci świadectwa charakterystyki energetycznej zawierającej zbiór danych i wskaźników energetycznych budynku lub jego części, określających całkowite zapotrzebowanie na energię niezbędną do ich użytkowania zgodnie z przeznaczeniem.

Nowe prawo unijne zakłada, że od 2028 r. wszystkie nowe budynki mają być zeroemisyjne, natomiast już od 2026 r. zeroemisyjne mają stać się budynki zajmowane czy eksploatowane przez władze publiczne.Dyrektywa wyróżnia siedem klas energetycznych dla budynków: od A do G. Od 2030 r. budynki mieszkalne będą musiały mieć co najmniej klasę energetyczną E, a od 2033 r. – klasę D. Budynki niemieszkalne i budynki użyteczności publicznej taką samą klasą energetyczną co mieszkalne powinny cechować się jeszcze wcześniej, bo odpowiednio od 2027 i 2030 r. Wymagania te dotyczą nie tylko nowych, lecz także remontowanych obiektów. Poprawa charakterystyki energetycznej (przez izolację, wymianę okien i drzwi  lub ulepszenie systemu grzewczego) miałaby następować przy sprzedaży budynku lub przy jego gruntownym remoncie.

Wymagania minimalne zostały sformułowane przez określenie dopuszczalnych parametrów związanych z  zapotrzebowaniem na energię oraz izolacyjnością cieplną przegród, w następujący sposób:

• obliczeniowa wartość wskaźnika określającego roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną (EP) do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynków użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnego, gospodarczego i magazynowego – również do oświetlenia wbudowanego, powinna być mniejsza od wartości granicznej określonej w rozporządzeniu; przykładowo maksymalny dopuszczalny wskaźnik EP dla budynku jednorodzinnego obecnie wynosi 70 kWh/(m²·rok);
• przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku powinny odpowiadać przynajmniej wymaganiom izolacyjności cieplnej określonym w rozporządzeniu Warunków Technicznych (WT 2022).

Jak widzimy, przedstawione nowe przepisy i wymagania Prawa budowlanego zobowiązują inwestorów do wznoszenia budynków w standardzie energooszczędnym, co przekłada się również na parametry stolarki okiennej. Przywołane postanowienia dyrektywy europejskiej 2010/31/UE wraz z początkiem 2021 r. wymusiły wiele zmian, w które również wpisują się wymagania dla stolarki otworowej.

Parametry mające wpływ na ocenę energetyczną

Współczynnik przenikania ciepła to parametr określający ilość ciepła przepływającego przez metr kwadratowy powierzchni wyrobu, przy założeniu, że różnica temperatur na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia wynosi 1 K. Parametr ten jest określany symbolem U_w (w przypadku okien) lub UD (w przypadku drzwi zewnętrznych) i wyrażony jest w jednostkach W/(m²·K). Im jego wartość jest niższa, tym wykazywane są lepsze właściwości izolacyjności termicznej. Izolacyjność ta zależy od konstrukcji ramowej i parametru U_f (współczynnik przenikania ciepła dla ramy), ale przede wszystkim od udziału szyby w całkowitej powierzchni okna lub drzwi. Dzisiejszym standardem jest oszklenie dwukomorowe o parametrze izolacyjności U_g wynoszącym 0,5 W/(m²·K).

Okna i drzwi zewnętrzne muszą spełniać wymagania techniczne dla przenikalności cieplnej. Określa to Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tj. DzU z 2015 r. poz. 1422 ze zm.), obowiązujące od 31 grudnia 2020 r.

Obecny standard budowlany, wynikający z WT 2022, w przypadku okien i drzwi oznacza, że od 2021 r. współczynnik przenikania ciepła dla okien fasadowych nie może być wyższy niż 0,9 W/(m²·K), natomiast dla połaciowych (dachowych) 1,1 W/(m²·K). W przypadku drzwi zewnętrznych parametr U_d wynosi 1,3 W/(m²·K).

Dodatkowo wpływ na to, czy okno spełnia wymagania cieplne i właściwie izoluje przegrodę, mają takie czynniki, jak:

• zastosowane osłony przeciwsłoneczne,
• rodzaj i jakość pakietu szklonego,
• współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla przezroczystej części okna – g.

Aby w odpowiedni sposób określić wartość współczynnika U_w, należy uwzględnić poniższe zależności:

• wielkość okna,
• całkowitą powierzchnię przeszklenia,
• powierzchnię ramy okiennej,
• współczynnik przenikania ciepła każdego z wymienionych wyżej elementów,
• liniowy współczynnik przenikania ciepła termicznego mostka na styku szyby oraz ramy.

Wpływ na wartość wynikową współczynnika przenikania ciepła okna Uw ma współczynnik przenikania ciepła elementów ramowych skrzydeł i ościeżnic, określany parametrem Uf, który wskazuje, ile ciepła ucieka przez ramę okienną – im jest on niższy, tym lepiej.

Redukcja współczynnika przenikania ciepła ramy okiennej może się odbywać nie tylko przez odpowiedni dobór materiału, lecz także dzięki konstruowaniu profili wielokomorowych.Obecnie standardowo wykonuje się profile składające się odpowiednio z trzech, czterech, pięciu i sześciu komór. Jednakże spotkać się można także z profilami siedmio- i ośmiokomorowymi, które charakteryzują się jeszcze lepszymi właściwościami izolacyjności cieplnej niż te standardowe.

Współczynnik U_fmożna obniżyć także dzięki wykorzystaniu wkładek termoizolacyjnych. Mogą to być kształtki styropianowe albo pianka poliuretanowa, którą wypełnia się komory w profilach. Zastosowanie spienionego poliuretanu czy styropianu pozwala na redukcję infiltracji powietrza i przenikania ciepła przez ramę. Takie zabiegi wykonuje się, aby maksymalnie obniżyć współczynnik U_f  i spełnić wymagania WT 2022.

Elementy składowe stolarki otworowej jako przegrody mającej wpływ na izolacyjność termiczną:

• szkło,
• profil stolarki,
• materiał.

Równie istotny jest współczynnik przenikania ciepła przez szybę okienną U_g. Współcześnie ograniczanie strat ciepła przez szkło okna nie stanowi już dużego problemu dla producentów stolarki okiennej. Aby obniżyć współczynnik przenikania ciepła okien, stosuje się np. szyby zespolone, natomiast przestrzeń pomiędzy tymi szybami często wypełniana jest gazami, które mają właściwości izolacyjne znacznie lepsze niż powietrze.

W tym miejscu należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że na skuteczność izolacyjności cieplnej przeszkleń wpływa kilka czynników, wśród których wymienia się:

• rodzaj szkła,
• grubość szkła,
• liczba tafli szkła zastosowanych w danym zestawie,
• szerokość przestrzeni pomiędzy szybami,
• rodzaj gazu, który wypełnia przestrzenie między szybami,
• sposób uszczelnienia pakietu szybowego,
• rodzaj użytych materiałów.

W obecnie stosowanych przeszkleniach standardem są zestawy szybowe dwukomorowe ze współczynnikiem U_g = 0,5 W/(m²·K).

Montaż poprawiający ocenę energetyczną

W przypadku budynków energooszczędnych nie stosuje się tradycyjnego montażu stolarki okiennej. Wykorzystuje się w nich trójwarstwowy tzw. ciepły montaż. Jego podstawową zaletą jest polepszenie jakości uszczelnienia z przegrodą, co wywiera szczególny wpływ na eliminację mostków cieplnych oraz przewiewów i zabezpiecza izolację termiczną przed degradacją. Spoina montażowa stale pozostaje sucha dzięki zabezpieczeniu warstwy izolacyjnej przed wilgocią, a także zapewnieniu jej stałego wentylowania.

Bardzo ważne jest również odpowiednie umiejscowienie okna w ścianie tak, by wyeliminować bądź maksymalnie zredukować wpływ liniowego mostka cieplnego po obrysie okna na współczynnik przenikania ciepła Uw.

Przeczytaj również:

• Jakie okna do domu wybrać, aby nie żałować decyzji? 11 ważnych parametrów przy wyborze okien
• Światło i bezpieczeństwo. Pakiety szybowe i okucia w nowoczesnych oknach
• Co zrobić ze starymi plastikowymi oknami? Recykling okien PVC

Osłony przeciwsłoneczne

Ważnym aspektem wpływającym na izolacyjność termiczną stolarki okiennej i stopień przegrzania pomieszczeń są osłony przeciwsłoneczne. Warunki Techniczne jasno precyzują, że we wszystkich rodzajach budynków powinien być określony współczynnik przepuszczalności energii całkowitej promieniowania słonecznego. Ograniczanie zużycia energii w budynkach, które jest głównym celem termomodernizacji, prawie zawsze wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania na energię chłodniczą. Ochrona pomieszczeń przed przegrzewaniem jest działaniem równie ważnym, co zapewnienie temperatury komfortu oraz odpowiednich warunków użytkowych zimą.

Zimą i w okresie przejściowym promieniowanie słoneczne w ciągu dnia dostarcza znaczące ilości energii, którą można wykorzystać do podgrzania przestrzeni. Nocą zwiększenie izolacyjności okien umożliwia zatrzymanie większej ilości uzyskanego ciepła wewnątrz budynku. Globalnie szacuje się, że automatyczne osłony okienne pozwalają zaoszczędzić minimum 10% wykorzystania ciepła w budynkach indywidualnych.

Przyjmuje się, że podniesienie o 1°C temperatury w pomieszczeniu w funkcji grzewczej oznacza wzrost o 6–10% zużycia energii, a obniżenie o 1°C w funkcji chłodniczej daje wzrost zużycia energii o 10–16%. Budynki mieszkalne jedno- i wielorodzinne rzadko poddawane są szczegółowej analizie w zakresie przegrzewania pomieszczeń latem. Aby zapewnić odpowiednie warunki użytkowe, zazwyczaj przegrzewane pomieszczenia uzbraja się w klimatyzatory, co znacznie zwiększa energochłonność lokali budynku. Zapewnienie odpowiednich warunków komfortu użytkowania pomieszczeń jest zadaniem trudnym i kosztownym. Dlatego zasto-sowanie osłon przeciwsłonecznych – pozwalających wykorzystywać energię słoneczną w okresach, kiedy jest potrzebna, a ograniczać niekorzystne oddziaływanie, gdy jest jej nadmiar – jest rozwiązaniem, które pozwoli na optymalne gospodarowanie energią.

Obecnie światło słoneczne nie jest uznawane za odnawialne źródło energii (jedynie w postaci przetworzonej na energię elektryczną lub cieplną). Jednak faktem jest, że odpowiednio wykorzystywane pozwala oszczędzać energię potrzebną na sztuczne oświetlenie, ogrzewanie oraz chłodzenie budynków na co dzień. Globalnie sztuczne oświetlenie odpowiada za zużycie ok. 15% energii elektrycznej oraz 5% emisji gazów cieplarnianych. Według badań przeprowadzonych we Francji w ciągu całego roku wykorzystanie automatycznych osłon okiennych może zredukować użycie sztucznego oświetlenia o 54% w budynkach biurowych.

Zautomatyzowane osłony przeciwsłoneczne, takie jak rolety, pozwalają sprowadzić zużycie energii przez budynek do racjonalnego poziomu, redukując tym samym obciążenia sieci energetycznej zimą, kiedy mieszkania wymagają dogrzania, a także latem, gdy do chłodzenia używamy klimatyzacji. Dzięki inteligentnym technologiom, które wykorzystują połączenie z czujnikiem temperatury i słońca, rolety mogą reagować na zmienne warunki atmosferyczne, co przyczynia się do oszczędności na rachunkach za energię, a ponadto wpływa na ekologiczne aspekty inwestycji. To funkcjonalne rozwiązanie, które zdaje się być koniecznym uzupełnieniem działań termomodernizacyjnych.

Jeszcze większe efekty przynosi wykorzystanie inteligentnych technologii, które integrują i umożliwiają kontrolę zużycia energii oraz pozwalają na stałe monitorowanie, rejestrowanie, analizowanie i dostosowywanie zużycia energii, a także analizę porównawczą efektywności energetycznej budynku wykonaną na podstawie rzeczywistych wartości zużywanych nośników energii. System wykrywa utratę efektywności osłon słonecznych, ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej, oświetlenia wbudowanego, automatyki i sterowania, wytwarzania energii elektrycznej w budynku i informuje o możliwościach poprawy efektywności.

Podsumowanie

Ocena energetyczna stolarki otworowej jest istotnym krokiem w procesie termomodernizacji budynków. Wybór odpowiedniej stolarki, mającej wysoką izolacyjność termiczną i spełniającej wszystkie wymagania energetyczne, może przynieść wiele korzyści – zarówno finansowych, związanych z obniżeniem kosztów ogrzewania, jak i wpływających na podnoszenie komfortu użytkowania i budowanie świadomości ekologicznej.

Warto pamiętać, że inwestycja w nowoczesną stolarkę otworową o dobrej ocenie energetycznej może przynieść zwrot z inwestycji w krótkim czasie przez zmniejszenie rachunków za energię. Dlatego też przy termomodernizacji budynków należy brać pod uwagę nie tylko izolację ścian czy dachu, ale również stolarkę otworową, która odgrywa kluczową rolę w zachowaniu ciepła w pomieszczeniach.

Augustyn Zioło, doradca Związku Polskie Okna i Drzwi