Передмова

Енергоощадне будівництво під тиском зростання цін енергоносіїв, а також екологічного руху, зв’язаного з тепличним ефектом, стає однією з провідних дисциплін, які виникли у будівництві на зламі тисячоліть.
Філософія, на якій ґрунтується енергоощадне будівництво, зводиться до трьох фундаментів збереження енергії: заощадження, повернення й отримання енергії з оточення. Перед тим як вибрати джерело енергії для живлення мереж у домівці, розглянемо спочатку, скільки енергії можна заощадити за допомогою простих операцій, виконаних у процесі будівництва або ремонту будинку.
Деякі джерела втрат енергії, як, наприклад, вентиляція або відведення стоків, можна регулювати і повертати енергію. Звичайний системний підхід до контролю переміщення потоків повітря і води, а також уможливлення повернення енергії з цих потоків принесе нам величезні енергетичні користі.
Дуже низька потреба в енергії для обігрівання, яку має пасивне будів¬ництво, забезпечується великою мірою або повністю відновлюваною енергією, наприклад, сонячною. Хоча взимку вона не є дуже великою, але за дуже малих втрат будинку є достатньою для забезпечення теплового комфорту. Тоді за порівняно невеликої інвестиції у технологію пасивного дому отримуватимемо низькі рахунки, а також сприятимемо захисту природного середовища.
Найбільший вплив на величину втрат тепла має проникнення тепла через зовнішні перегородки (вікна, двері, заскління), а також підігрівання повітря, яке доставляється вентиляцією. З одного боку, засклені простори, які у будинках передовсім мають форму вікон, є причиною великих втрат тепла у приміщеннях, що обігріваються, а з іншого ж – вони є джерелом денного світла і надходжень тепла від сонячного проміння.
Нині, на наш погляд, обговорювана віконна проблематика повинна розглядатися із урахуванням питань, пов’язаних з перебуванням людей у приміщеннях, а також функціями цих приміщень (денне світло і сонячне проміння) та умовами обігрівання будинку (надходження і втрати тепла).
Вікна призначені передусім для забезпечення відповідної кількості денного світла. У нормуванні денного світла зазвичай використовують два види показників.
Перший виражає відношення поверхні вікон до поверхні підлоги. Щоб спростити застосування цього показника, замість поверхні підлоги можна використати корисну поверхню (наприклад, для шкіл цей показник повинен становити приблизно 0,2).
Другою формою визначення вимог у цій сфері є коефіцієнт денного освітлення, виражений у відсотках (наприклад, для житлових будинків цей показник повинен становити приблизно 1 %).
Пам’ятаючи попередні рекомендації, необхідно зважати на те, що їх треба розглядати разом із вимогами щодо теплового захисту будинків, враховувати взаємні передумови. Надто мала поверхня вікон сприяє зменшенню споживання тепла для обігрівання, але спричиняє недостатнє освітлення, і у результаті, необхідність додаткового освітлення. Це, своєю чергою, призводить до підвищення споживання електричної енергії. Окрім цього, надто великі вікна через гірші термічні властивості є причиною втрат тепла у холодну пору і перегрівання приміщень в теплу.
Іншим дуже часто використовуваним показником, який застосовують для аналізу величини заскління будинку, є відношення поверхні вікон до поверхні сторін. Обговорюючи питання, зв’язані із засклінням сторін, варто пам’ятати про призначення будинку й умови денного освітлення.
Вибираючи локалізацію для будинку, треба звернути увагу на взаємні архітектонічні, кліматичні, а також енергетичні передумови, а потім розглядати такі умови, як вигляд місцевості, затінення і сонячне освітлення. Вони можуть впливати на можливі надходження тепла від сонячного проміння, а також на втрати тепла з приміщень, що обігріваються внаслідок неконтрольованої і надмірної інфільтрації повітря ззовні.
Нині у Польщі обігрівання сонячною енергією обмежується пасивним сонячним обігріванням, яке періодично підтримує традиційні системи. Для обігрівання застосовується переважно тепло від сонячного проміння, яке потрапляє крізь засклені частини сторін будинків. Обмежене застосування сонячної енергії в наших кліматичних умовах спричинено тим, що 80 % загальної кількості сонячного проміння припадає на весняно-літні місяці. Частка надходжень тепла від сонячного проміння у задоволенні теплових потреб будинку є тим меншою, чим більшим є показник сезонної потреби у теплі для обігрівання цього будинку.
Проектування будинків зі збільшеною поверхнею вікон на південній стороні з метою ефективнішого отримання тепла від сонячного проміння може призвести до зростання споживання тепла для обігрівання в масштабі всього будинку. Щоб баланс такого рішення був додатним, необхідно обмежити втрати тепла вночі і у похмурі дні, використовуючи вікна з кращою термо¬ізоляцією. У таких випадках проектування найбільших вікон на південній стороні покращує відношення надходжень до втрат тепла через скляні перегородки приблизно на 15–20 %.
До інших рішень, які застосовуються у проектованих енергоощадних будинках, де використовуються системи посередніх надходжень тепла, зв’язаних із зовнішніми заскленими перегородками, належать: прозорі перегородки з автоматичною регуляцією сонячного проміння й інфільтрації повітря, а також теплиці. Добудовані на південних сторонах будинків “теплиці” взимку обмежують на 2–5 % втрати тепла, а у весняний та осінній періоди є джерелом підігрітого повітря. Застосовуючи посередню вентиляцію через використання теплиць, можна зменшити потребу у теплі у сусідньому приміщенні приблизно на 15–20 %.
Отже, у кліматичних умовах, які панують у Польщі, основне значення для використання сонячного обігрівання мають засклені поверхні з південною орієнтацією. Також впливає ступінь заскління південної сторони та його частка у поверхні усіх сторін.
У разі обмеження поверхні вікон на 20 % із застосуванням регуляційної автоматики обігрівання можна заощадити тепло приблизно на 3–8 % і, як правило, економія є більшою в будівлях громадського користування, ніж у житлових будинках. Треба пам’ятати про те, що освітлення сонячними променями є позитивним явищем для здоров’я, але, наприклад, у приміщеннях для праці це є небажаним через шкідливий вплив променів на зір. Обмежуючи поверхню вікон, треба брати до уваги просторово-функціональну систему і можливість її можливих змін.
Додаткового значення ці проблеми набувають у приміщеннях шкіл й офісів, де мікроклімат й умови освітлення мають великий вплив на продуктивність і ефективність праці. Беручи до уваги специфіку будинків, розміщення вікон на окремих сторонах є іншим для кожного типу об’єкта. Якщо йдеться про житлові будинки, розміщення вікон на південній стороні може бути бажаним, то у випадку лекційних залів або офісів це може спричиняти надмірне перегрівання приміщень і занадто концентроване світло.
Розглядаючи явище перегрівання приміщень у весняно-літній період, варто звернути увагу на розміщення великих поверхонь вікон на західній частині будинку. Таке розміщення також не є корисним.
Відмова від великих вікон на південній частині будинку призведе насамперед до зменшення можливостей отримати тепло від сонячного проміння, але одночасно підвищиться комфорт праці у приміщенні.
Навіть у разі повного використання обговорюваних тут надходжень тепла як у тільки проектованих, так і у вже використовуваних будинках необхідний монтаж центрального опалення, найкраще з автоматичною регуляцією, тому що завдяки цьому в енергоощадних будинках можна знизити споживання тепла, потрібного для обігрівання, навіть приблизно на 40–60 %.
Проектуючи заскління будинку і його локалізацію, необхідно враховувати одночасно два кліматичні чинники, тобто напрямок і швидкість вітру, а також сонячне освітлення. Адже треба пам’ятати, що вітер з відповідною швидкістю і напрямком може бути причиною надмірних втрат тепла, натомість сонячне освітлення може бути джерелом його надходжень. Будинки з орієнтацією вікон, паралельною до напрямку переміщення вітру, характеризуються найменшим значенням коефіцієнта впливу вітру на переміщення повітря через нещільні місця будинку. Негативний вплив вітру на будинок, що обігрівається, пов’язаний передовсім з неконтрольованою і надмірною інфільтрацією повітря через великі нещільні місця у зовнішніх перегородках і необхідністю обігрівання додаткової кількості повітря, що надходить ззовні. Найбільшу частку у неконтрольованій інфільтрації повітря зумовлюють нещільні вікна.
Величиною, яка характеризує термоізоляційні властивості будівельних перегородок, є коефіцієнт проникання тепла U. Вікна повинні бути обладнані низькоемісійними шибами – нині стандартом є коефіцієнт проникання тепла U 1,1. Вимоги, які визначають значення U, для окремих зовнішніх перегородок будівлі, змінюються у часі і поступово стають жорсткішими.
Від моменту реалізації і здавання в експлуатацію будинок зазнає процесів старіння, які призводять до погіршення технічного стану об’єкта, виникнення недоліків і поломок. Недоліки, які стосуються зовнішніх перегородок, можуть чинити менш або більш негативний вплив на їхню термоізоляційність, а тим самим на теплові потреби об’єкта, зв’язані з його обігріванням.
Через вплив на термоізоляційність зовнішніх перегородок об’єкта недоліки і поломки можемо поділити на дві групи:
1. Недоліки і поломки, які спричиняють зростання вологості у згаданих перегородках.
2. Недоліки і поломки, які призводять до надмірної і неконтрольованої інфільтрації повітря ззовні.
Оскільки предметом розгляду є вікна, істотнішою є друга група недоліків, зв’язаних із зовнішніми перегородками, які спричиняють надмірну інфільтрацію повітря до приміщень. У такому разі необхідне більше споживання тепла для підігрівання цих приміщень. Описане явище виникає у разі нещільних і зношених вікон.
Варто також звернути увагу на поділ віконних поверхонь на такі, що відчиняються, і постійні віконні крила. У багатьох випадках естетичний вигляд переважає над функціональністю вікна. За доволі великих поверхонь вікна, що відчиняються, можливе їх пошкодження, наслідком чого є їх нещільність і надто велика інфільтрація холодного повітря ззовні.
Підсумовуючи міркування, пов’язані із вікнами, їх поверхнею і розміщенням, виділимо декілька взаємопов’язаних чинників.
Проектуючи будинок, необхідно пам’ятати, що зовнішні засклені перегородки повинні забезпечити відповідну до функцій окремих приміщень кількість денного світла. Ця вимога поєднана, як правило, з таким розміщенням вікон, яке уможливить якнайкраще використання тепла від сонячного проміння і зниження витрат обігрівання. Не завжди такі рішення сприяють комфорту перебування лю¬дей у приміщеннях. Завданням проектанта повинно бути таке рішення, яке поєднало б на перший погляд суперечливі критерії. Це рішення повинно забезпечити достатнє денне освітлення, запобігати надмірному соняч¬ному освітленню приміщень через вікна і їх перегріванню й одночасно давати змогу використовувати в обігрівальному сезоні надходження тепла від соняч¬ного проміння через вікна.
У наявних будинках залишаються лише дуже обмежені можливості зміни розміщення вікон на сторонах будинку і їх поверхні. У таких випадках заходи, спрямовані на зменшення втрат тепла через вікна, зазвичай обмежені заміною вікон і коректуванням їх поверхонь з урахуванням, звичайно, вимог, які стосуються денного освітлення. Варто звернути увагу на те, що кожний елемент будинку має визначену тривалість експлуатації. Тривалість експлуатації вікон оцінюється у приблизно 35–50 років, а заскління – 20–25 років. Після цього періоду або раніше, у разі виникнення недоліків і поломок, вікна повинні бути замінені або повинні бути вжиті заходи для їх покращення, зокрема термоізоляційних властивостей.
Отже, вікна – це не лише джерело денного світла, але також важливий елемент будинку, який впливає не тільки на комфорт приміщень, й на рівень втрат тепла з будинків, що обігріваються. Про це необхідно пам’ятати під час їх проектування й експлуатації.