Seveda obstaja še cela vrsta elementov, s katerimi je mogoče izkoriščati energijo sonca – od trombe Michelovega zidu do sončnih kolektorjev ali fotovoltaike. Vendar so okna eden od osnovnih elementov ovoja stavbe.
Naloga oken
Okna omogočajo uporabniku neposreden stik z okoljem. Kadar so okna zaprta, je ta stik le vizualen, ko pa okna odpremo, imamo tudi neposreden stik do našega bivalnega okolja – občutimo zunanjo temperaturo, vlažnost in hitrost zraka, vonjave, zvoke … Okna zagotavljajo dnevno osvetljenost prostorov, z odpiranjem oken je mogoče tudi kontrolirano prezračevanje prostorov.
Sestavni deli oken
Sodobno okno je sestavljeno iz več pomembnih elementov – okenskega okvirja, okenskega krila, okovja, zasteklitve, tesnil in senčil. Okenski okvir je tisti del okna, ki je pritrjen v zid in na katerega je z okovjem pritrjeno okensko krilo. Okensko krilo je edini gibljiv del okna. Možnosti odpiranja oken so odvisne od vrste okovja. V okensko krilo je zrakotesno in vodotesno vgrajena zasteklitev. A tudi zasteklitev je sestavljena iz več elementov. Osnova za zasteklitev sta vsaj dve stekli enakih dimenzij, distančnik, ki ti dve stekli ločuje, nizkoemisijski nanos na enem ali več steklih ter plinsko polnilo. Vsak od naštetih elementov prispeva bolj ali manj k najpomembnejšim lastnostim oken, kamor štejemo toplotno prehodnost (od leta 2002 je oznaka »U«, pred tem se je uporabljala oznaka »k«; enota: W/m2K) in prepustnost za sončno sevanje (oznaka »g«, podano kot odstotek sončnega sevanja, ki prehaja skozi zasteklitev).
Okenski okvir in okensko krilo
Sodobni okenski okvirji in okenska krila so izdelani predvsem iz lesa in umetnih mas (PVC), manjši delež je izdelanih iz aluminija. Vse pogosteje pa na trgu srečamo tudi kombinacije materialov (les-ALU, PVC-ALU …). V okvirje oken ali okenskih kril je lahko vgrajen tudi sloj toplotne izolacije. Toplotna prehodnost okenskih okvirjev in okenskih kril se giblje od 0,8 do 1,6 W/m2K.
Zasteklitev – toplotna prehodnost
Tudi za zasteklitev velja, da mora biti toplotna prehodnost čim manjša. Klasičnega »termopana«, ki je imel med stekli zrak (toplotna prehodnost take zasteklitve je bila Ug = 2,9 W/m2K), se ne izdeluje več. Sodobne zasteklitve imajo prostor med stekli polnjen z žlahtnim plinom (Argon, Xenon, Kripton) ter nanesen vsaj en nizkoemisijski nanos. Dvoslojna zasteklitev dosega toplotne prehodnosti okoli 0,9 do 1,1 W/m2K, troslojna zasteklitev z dvojnim nizkoemisijskim nanosom in plinskim polnjenjem pa lahko doseže toplotno prehodnost tudi do 0,4 W/m2K.
Zasteklitev – prepustnost za sončno sevanje
Poleg toplotne prehodnosti je pri zasteklitvah izredno pomemben podatek tudi prepustnost za sončno sevanje (g). Vrednost »g« je podana kot odstotek vpadne sončne energije, ki jo zasteklitev prepušča v notranjost, in predstavlja sončne dobitke skozi zastekljene površine. Dvoslojna zasteklitev ima povprečno prepustnost za sončno sevanje približno 0,68 (68 odstotkov), troslojne zasteklitve pa imajo prepustnost za sončno sevanje bistveno manjšo – od 0,42 do 0,48. Na slabši izkoristek sončnih dobitkov seveda vplivata tudi senčenje in umazanija na obeh straneh zasteklitve.
Energijska bilanca stavbe
Energijska bilanca stavbe predstavlja seštevek toplotnih tokov – toplotnih izgub in toplotnih dobitkov. Toplotne izgube nastanejo s prevajanjem toplotne energije (transmisijske toplotne izgube) skozi elemente ovoja stavbe ter zaradi ogrevanja svežega zraka zaradi prezračevanja (ventilacijske izgube). Med toplotne dobitke sodijo toplotni dobitki notranjih virov (naprave, razsvetljava, ljudje …) ter sončni (solarni) dobitki. V primeru, ko je toplotnih izgub več, kot je toplotnih dobitkov, je treba manjkajočo toplotno energijo dovesti v stavbo z ogrevalnim sistemom, kadar pa je toplotnih dobitkov preveč, je treba stavbo hladiti (poletni režim). Pri načrtovanju novih stavb je smiselno upoštevati vse naravne danosti posamezne lokacije ter arhitekturo stavbe zasnovati skladno z dognanji naših daljnih prednikov – stavba naj bo odprta na jug (čim večji sončni dobitki), razporeditev prostorov naj sledi orientaciji stavbe, poskrbljeno naj bo za primerno senčenje v poletnem času … –, šele nato naj se ugotavlja, kakšen ogrevalni sistem kakšne moči bomo potrebovali.
Vpliv prepustnosti zasteklitve za sončno sevanje na energijsko bilanco stavbe
Energijsko bilanco stavbe je treba deliti na poletni in zimski režim. Poleti se je pred pretiranim vdorom sonca treba zaščititi. Na Primorskem so že pred stoletji spoznali, da posajeni listavci ali trta na južni strani ponujajo idealno senco v poletnem času, pozimi, ko listje odpade, pa ima sonce prosto pot do stavbe. Senčenje je mogoče zagotoviti tudi z običajnimi senčili na zunanji strani. Senčena zasteklitev ne prepušča sončne energije – prepustnost za sončno sevanje senčene zasteklitve je enaka 0, ne glede na vrsto zasteklitve. S tem je poletni režim zaščite pred soncem rešen.
Bistveno pomembnejši pa je zimski režim. Pozimi želimo imeti čim večje sončne dobitke, kar pomeni, da naj bi bila prepustnost zasteklitve za sončno sevanje čim večja. Ker pa sta toplotna prehodnost (U) in prepustnost za sončno sevanje (g) ravno nasprotujoči si funkciji, je treba najti ravno pravo razmerje med njima.
Primer enodružinske hiše
Za osnovo primerjave bomo vzeli enodružinsko hišo tlorisnih dimenzij 8 x 9 m in etažnosti P+1 z uporabno ogrevano površino 125 m2. Ovoj stavbe je toplotno izoliran v skladu z zadnjimi priporočili stroke – na zunanji steni 16 cm toplotne izolacije (Ustene = 0,21 W/m2K), v tleh na terenu 12 cm (Utla = 0,21 W/m2K) in v stropu proti podstrešju 20 cm toplotne izolacije (Ustrop = 0,19 W/m2K). Tudi drugi parametri so za obe hiši enaki (prezračevanje, notranji viri …). V primeru hiše »A« bodo imela okna toplotno prehodnost 1,19 W/m2K in prepustnost za sončno sevanje 0,68, kar je enako oknu z dvoslojno zasteklitvijo, v primeru hiše »B« pa bo toplotna prehodnost oken 0,84 W/m2K, prepustnost za sončno sevanje pa 0,48, kar ustreza troslojni zasteklitvi. Ploščine oken glede na strani neba znašajo:
– jug: 18 m2,
– sever: 4 m2,
– vzhod: 8 m2,
– zahod: 8 m2.
Ker na rabo energije vpliva tudi lokacija, si izberimo tri po meteoroloških podatkih močno različne lokacije (Razpredelnica 1).
Zaradi klimatskih razmer lahko pričakujemo, da bo enaka hiša v Kopru imela manjše potrebe po toplotni energiji za ogrevanje kot hiša v Ljubljani, hiša v Ljubljani pa manjše potrebe kot hiša na Jesenicah. Če k trem lokacijam dodamo še dve različni varianti uporabljenih oken, dobimo 6 rezultatov za energijsko bilanco enake stavbe (Razpredelnica 2).
Notranji viri toplote in sončni dobitki so odvisni od dolžine ogrevalne sezone in se kljub temu, da so hiše po velikosti enake, razlikujejo. V Ljubljani je ogrevalna sezona za 60 dni daljša kot v Kopru, na Jesenicah pa še za 30 dni daljša kot v Ljubljani.
Na podlagi izračunov letne potrebe po toploti (Razpredelnica 2 in Diagram 1) je mogoče hitro ugotoviti, da imajo hiše z boljšo (in dražjo) zasteklitvijo manjše toplotne izgube. Ko pa v energijski bilanci upoštevamo še notranje dobitke, predvsem pa izkoriščene sončne dobitke, so potrebe po toploti pri hišah z dvoslojno (in cenejšo) zasteklitvijo bistveno nižje od hiš s troslojno zasteklitvijo.
Analiza sončnih dobitkov in letnih potreb po toploti
Trajanje ogrevalne sezone vpliva tudi na količino sončnih dobitkov v času ogrevalne sezone, vendar se moramo zavedati, da so zaradi dolžine ogrevalne sezone tudi toplotne izgube temu primerno večje. Primerjajmo zgolj hiše znotraj iste lokacije:
1. Koper: S troslojno zasteklitvijo imamo sicer za 770 kWh na leto manj toplotnih izgub, vendar je razlika v sončnih dobitkih kar 2.090 kWh letno v korist dvoslojne zasteklitve. V energijski bilanci to pomeni 1.320 kWh večje potrebe po toploti v hiši s troslojno zastekitvijo v primerjavi s hišo, ki ima dvoslojno zasteklitev.
2. Ljubljana: Zaradi troslojne zasteklitve so toplotne izgube 1.050 kWh manjše, a je sončnih dobitkov, zaradi slabše prepustnosti za sončno sevanje, za kar 2.740 kWh manj. Skupaj so toplotne potrebe v hiši s troslojno zasteklitvijo kar za 1.690 kWh večje kot v hiši z dvoslojno zasteklitvijo.
3. Jesenice: Podobno kot v Kopru ali Ljubljani je tudi na Jesenicah. S troslojno zasteklitvijo imamo za 1.250 kWh manjše toplotne izgube, a tudi za 3.380 kWh manj sončnih pritokov. V energijski bilanci to pomeni za 2.130 kWh večje potrebe po toploti za ogrevanje.
Energijsko število
Največkrat se pri energijski učinkovitosti stavb primerja energijska števila – letno potrebno toploto na kvadratni meter ogrevane površine. Naša vzorčna hiša z dvoslojno zasteklitvijo v Kopru, ki ima najmilejše podnebje v Sloveniji, bi z energijskim številom 14,1 kWh/m2a sodila celo v najvišji razred energijsko učinkovitih hiš (< 15 kWh/m2a, Diagram 2). In to brez kakršnihkoli sofisticiranih sistemov in dragih naprav (oziroma dragih sistemov in sofisticiranih naprav)! Z dvoslojno zasteklitvijo (oznaka »A«) je mogoče doseči lepe številke tudi v Ljubljani in na Jesenicah. V obeh primerih (Ljubljana 25,1 kWh/m2a, Jesenice 26,0 kWh/m2a) je energijsko število manjše od 30 kWh/m2a, torej se obe hiši kvalificirata v razred »nizkoenergijskih hiš«.
Povsem drugačna je zgodba pri vzorčnih hišah s troslojno zasteklitvijo (hiše z oznako »B«). Le v Kopru je energijsko število manjše od 30, v Ljubljani in na Jesenicah pa take hiše ne moremo več uvrstiti v razred »nizkoenergijskih hiš«. Hiša na Jesenicah bi z vrednostjo 42,0 kWh/m2a pri podeljevanju energetske izkaznice padla celo v razred »B« (40–55 kWh/m2a).
Zaključek
Ko s primernim senčenjem in toplotno zaščito uspešno rešimo probleme s pregrevanjem stavbe v poletnem času, se lahko posvetimo razlikam, ki nastanejo pri uporabi dvoslojne ali trislojne zasteklitve. Troslojna zasteklitev zagotavlja manjše toplotne izgube, a so zaradi slabše prepustnosti za sončno obsevanje tudi sončni dobitki bistveno manjši v primerjavi z dvoslojno zasteklitvijo. Analiza rezultatov vzorčnih hiš na treh klimatsko različnih lokacijah pokaže, da je dvoslojna zasteklitev še vedno energijsko učinkovitejša od troslojne zasteklitve. Res je tudi, da na manjše sončne dobitke lahko vplivamo tudi sami z zagrinjanjem oken, namestitvijo trajnih senčil ali celo z umazanijo na steklih, vendar je res tudi, da je mogoče dvoslojni zasteklitvi v nočnem času pomagati z dodatno nočno zaščito. Nočna zaščita v obliki zunanjih senčil (npr. rolete) se poleti prelevi v zaščito pred prekomernimi sončnimi dobitki. Mogoča je tudi izbira dvoslojne zasteklitve na bolj osončenih delih hiše in troslojne zasteklitve na severni ali senčni strani. Zato je pred gradnjo hiše potreben resen premislek o tem, kakšna okna in kakšno zasteklitev bomo vgradili v naše novo domovanje.
