Wdrażanie rozwiązań dla okien i drzwi w budynkach

Dlaczego przeszklania decydują o efektywności energetycznej budynków komercyjnych

Ilościowe określenie strat energii: jak okna i drzwi przyczyniają się do 25–30% obciążenia systemów HVAC

Okna i drzwi w budynkach komercyjnych zużywają rzeczywiście około 25–30 procent całej energii wykorzystywanej przez systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, jak podano w raporcie Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych z ubiegłego roku. Dzieje się to w zasadzie na trzy sposoby. Po pierwsze, ciepło przenika przez ramy okienne i samo szkło. Po drugie, światło słoneczne przechodzące przez okna zwiększa zapotrzebowanie na chłodzenie w cieplejszych miesiącach. Po trzecie, powietrze wycieka przez szczeliny wokół krawędzi, gdzie uszczelki nie są wystarczająco szczelne. Innym problemem jest tzw. most cieplny, czyli sytuacja, w której niektóre elementy konstrukcji budynku właściwie „przepuszczają” warstwę izolacji termicznej. Ten problem występuje zwykle w większym stopniu w starszych systemach okien i drzwi. Według badań opublikowanych w 2023 roku w raporcie „Commercial Building Energy Study” wszystkie te czynniki razem powodują u właścicieli budynków zbędne koszty energetyczne w wysokości około 74 centów za każdy metr kwadratowy rocznie.

Kluczowe wskaźniki wyjaśnione: współczynnik U, współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego (SHGC) oraz współczynnik przepuszczalności światła widzialnego (VT) w kontekście przepisów dotyczących budynków komercyjnych

Kody energetyczne określają wydajność okien i drzwi na podstawie trzech znormalizowanych wskaźników:

• Współczynnik U , mierzącego ogólny transfer ciepła (niższe wartości oznaczają lepszą izolację);
• SHGC (współczynnik zysku ciepła słonecznego), reprezentującego ułamek padającego promieniowania słonecznego, który przechodzi przez przegrodę jako ciepło;
• VT (przepuszczalność widzialna), wskazującego, jaka ilość światła naturalnego przechodzi przez przegrodę.

Standard ASHRAE 90.1-2022 ustala maksymalną wartość współczynnika U na poziomie 0,40 dla okien i drzwi komercyjnych w chłodniejszych, północnych regionach klimatycznych. Na południu sytuacja wygląda inaczej. Właściciele budynków muszą utrzymywać współczynnik SHGC poniżej 0,25, aby kontrolować koszty chłodzenia, ponieważ klimatyzacja może stanowić około 60 % całkowitych wydatków energetycznych niektórych budynków. Poprawne dobranie przepuszczalności widzialnej umożliwia wprowadzanie światła dziennego przy jednoczesnym ograniczeniu olśnienia oraz zapewnieniu komfortu użytkowników pomieszczeń. Dzięki temu zmniejsza się zużycie energii elektrycznej na oświetlenie sztuczne. Wszystkie te wartości mają znaczenie przy spełnianiu wymogów standardu IECC oraz uzyskiwaniu prestiżowej etykiety ENERGY STAR.

Wybór okien i drzwi do budynków komercyjnych odpowiednich dla danego klimatu Okna i drzwi do budynków komercyjnych

Klimaty zimne: priorytetem jest niski współczynnik U z trzykrotnym zespoleniem szyb i zaawansowanymi wypełnieniami gazowymi

Budynki komercyjne położone w chłodniejszych regionach, gdzie liczba dni grzewczych przekracza 5400, wymagają okien i drzwi o współczynniku przenikania ciepła (U) poniżej 0,30, aby zapobiec utracie ciepła przez przewodzenie. Najlepszym sposobem na osiągnięcie tych standardów są jednostki trójszybowe wypełnione gazem argonem lub kryptonem. Takie rozwiązania działają skutecznie dzięki wielu warstwom izolacji umieszczonym pomiędzy szybami, co zmniejsza mostki termiczne o około 40–60% w porównaniu do typowych szyb dwuszybowych. Innym ważnym elementem są pasywnie działające powłoki niskiej emisyjności (low-E) nanoszone na powierzchnie szyb. Powłoki te pozwalają na wprowadzanie przydatnego światła słonecznego w miesiącach zimowych, ale zapobiegają ucieczce długofalowego promieniowania podczerwonego w nocy. Dla firm dążących do spełnienia wymogów przepisów budowlanych produkty oznaczone znakiem jakości ENERGY STAR „Najbardziej efektywne” łączą wszystkie te elementy oraz ramy zaprojektowane tak, aby przerwać połączenia termiczne. Takie połączenie pomaga producentom spełniać surowe wymagania Międzynarodowego Kodeksu Ochrony Energetycznej Budynków (IECC) w strefach klimatycznych od 5 do 8.

Klimaty gorące/wilgotne: wykorzystanie niskiego współczynnika przenikania ciepła słonecznego (SHGC) oraz spektralnie selektywnych powłok niskowypromieniujących (Low-E)

W budynkach, w których chłodzenie stanowi główną część zużycia energii, najważniejszym parametrem jest współczynnik przenikania ciepła słonecznego (SHGC). Najnowsza norma ASHRAE z 2022 roku zaleca utrzymywanie wartości SHGC poniżej 0,25 w cieplejszych regionach, takich jak strefy klimatyczne od 1 do 3. Spektralnie selektywne powłoki niskowypromieniujące (Low-E) działają w tym przypadku wyjątkowo skutecznie: blokują około 70% uciążliwego ciepła podczerwonego przed dostaniem się do wnętrza, pozwalając jednocześnie na przepływ od połowy do trzech czwartych światła widzialnego. Oznacza to, że korzystamy ze wszystkich korzyści wynikających z naturalnego oświetlenia dziennego, nie musząc przy tym nadmiernie obciążać systemów klimatyzacji. Połączenie takich okien z powłokami Low-E z aluminiowymi ramami z przerwą termiczną daje dodatkowy efekt: kondensacja staje się mniej problematyczna, ponieważ powierzchnie pozostają wystarczająco ciepłe – powyżej temperatury punktu rosy. Dzięki temu osoby przebywające wewnątrz budynku czują się komfortowo, a obudowa budynku trwa dłużej, ponieważ zmniejsza się ryzyko uszkodzeń spowodowanych wilgocią.

Drzwi energooszczędne: konstrukcja, uszczelnienie oraz integracja z komercyjnymi systemami okiennymi

Przerwy termiczne, izolacja rdzenia oraz wskaźniki wartości R dla komercyjnych drzwi wejściowych i przesuwnych

Drzwi komercyjne o wysokiej wydajności zależą od kilku kluczowych podejść projektowych działających w zgodzie ze sobą. Po pierwsze znajdują się przerwy termiczne — są to zasadniczo nieprzewodzące bariery polimerowe umieszczane wewnątrz metalowych ram, które zapobiegają przepływowi ciepła przez nie. Następnie mamy izolacyjne materiały rdzeniowe o wysokiej gęstości, takie jak poliuretan lub polistyren, które zwiększają odporność na przenikanie ciepła. Na koniec są precyzyjnie zaprojektowane uszczelki ściskające wokół progów i listew ościeżnicy, które skutecznie zapobiegają przeciekaniu powietrza. Standard ASHRAE 90.1 z 2022 r. określa minimalne wartości współczynnika oporu cieplnego R na poziomie R 5 dla drzwi przesuwnych oraz w zakresie od R 5 do R 15 dla systemów wejściowych. Zgodnie z danymi NFRC z 2023 r. przecieki powietrza odpowiadają za około 15–20 procent wszystkich strat energii w systemach HVAC w budynkach komercyjnych. Oznacza to, że dobre uszczelnienie jest niezbędne, a nie tylko pożądane. Solidne uszczelki stanowią podstawę niezbędną do zapewnienia prawidłowego działania drzwi w połączeniu z innymi elementami budynku, np. przy utrzymywaniu spójnych wartości współczynnika przenikania ciepła U oraz zapewnieniu ogólnej wydajności termicznej całej obudowy budynku.

Innowacje materiałowe w oknach i drzwiach do budynków komercyjnych o wysokiej wydajności

Szkło włókniaste, winyl oraz aluminium z przerwą termiczną: porównawcza efektywność cyklu życia i kontrola kondensacji

Gdy chodzi o energooszczędne okna komercyjne, włókno szklane, winyl oraz aluminium z przerwą termiczną wyróżniają się jako najbardziej polecane rozwiązania, zapewniając różne kombinacje wydajności cieplnej, trwałości i ogólnej wartości w czasie. Włókno szklane jest szczególnie imponujące ze względu na stabilność wymiarową nawet przy zmianach temperatury, co oznacza, że uszczelki pozostają szczelne, a utraty powietrza są minimalne. Takie systemy mogą funkcjonować przez dziesięciolecia bez konieczności konserwacji, a czasem ich żywotność przekracza 50 lat. Winyl stanowi kolejną solidną opcję, zapewniając dobrą izolację cieplną przy niższych początkowych kosztach. Wielokomorowe konstrukcje profili winylowych umożliwiają osiągnięcie imponujących współczynników przenikania ciepła (U) poniżej 0,30. Dla budynków wymagających zarówno wytrzymałości, jak i ochrony termicznej, rozsądny wybór stanowi aluminium z przerwą termiczną. Specjalne bariery z poliamidu umieszczone pomiędzy sekcjami metalowymi ograniczają przewodzenie ciepła o około 40–60% w porównaniu do standardowych wyrobów aluminiowych. Dzięki tej innowacji takie systemy okienne osiągają wartości współczynnika oporu cieplnego (R) nawet na poziomie R7, co czyni je konkurencyjnymi względem innych materiałów mimo ich zalet konstrukcyjnych.

Jak dobrze okna odpierają kondensację zależy w dużej mierze od temperatury ich wewnętrznych powierzchni. Ramy wykonane z włókna szklanego zwykle utrzymują się w temperaturze zbliżonej do temperatury panującej w pomieszczeniu, na drugim miejscu znajdują się ramy winylowe. Ramy aluminiowe z przerwą termiczną są wewnątrz cieplejsze niż zwykłe ramy aluminiowe — o około 5 do nawet 8 stopni Fahrenheita. Dzięki temu znacznie rzadziej występuje u nich uciążliwa kondensacja, której wszyscy tak nie lubimy. Dodanie powłok niskowymienialnych (low-E) na szyby oraz gazów takich jak argon między szybami jeszcze bardziej poprawia zdolność tych materiałów do zapobiegania skraplaniu się wilgoci na powierzchniach okien. Ponadto nadal przepuszczają one dużą ilość światła naturalnego, co jest doskonałe do oświetlania przestrzeni bez konieczności włączania oświetlenia sztucznego przez cały dzień.