Balkony oszklone jako szklarnie
Cz. 3. Kształt balkonu a zyski energetyczne
Balkony oszklone jako szklarnie
Archiwum autorki
Balkony oszklone zyskują coraz większą popularność w budynkach istniejących i nowo projektowanych, dzięki atrakcyjności architektonicznej i użytkowej, połączonej z ochroną cieplną i akustyczną przyległych pomieszczeń.
Stosunkowo niski koszt obudowy balkonu sprawia, że jest to rozwiązanie powszechnie dostępne i proste w realizacji.
Zobacz także
Alchimica Polska Sp. z o.o. Hydroizolacja tarasu i balkonu w systemie Hyperdesmo
Zarówno balkon, jak i taras cały czas są narażone na działanie destrukcyjnych czynników atmosferycznych. Dlatego też zastosowane podczas ich budowy materiały przede wszystkim muszą stanowić skuteczną ochronę...
Zarówno balkon, jak i taras cały czas są narażone na działanie destrukcyjnych czynników atmosferycznych. Dlatego też zastosowane podczas ich budowy materiały przede wszystkim muszą stanowić skuteczną ochronę przed wodą, wilgocią i zmianami temperatury. I to niezależnie od wielkości tych przydomowych powierzchni.
Canada Rubber Polska Szczelnie, estetycznie i na lata?
Dlaczego warto zająć się hydroizolacją tarasu? Jaki produkt idealnie sprawdzi się na tarasach? Poniżej prezentujemy trzy systemy z użyciem żywicy poliuretanowej – DROOF 250, które idealnie sprawdzą się...
Dlaczego warto zająć się hydroizolacją tarasu? Jaki produkt idealnie sprawdzi się na tarasach? Poniżej prezentujemy trzy systemy z użyciem żywicy poliuretanowej – DROOF 250, które idealnie sprawdzą się w hydroizolacji tarasu.
Prokostal Ładziński Sp. z o.o. Twój balkon na świat
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom mieszkańców budynków wielolokalowych, dotyczącym poprawy komfortu życia oraz podniesienia standardu zamieszkiwania i większej swobody przestrzennej, stworzyliśmy możliwość...
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom mieszkańców budynków wielolokalowych, dotyczącym poprawy komfortu życia oraz podniesienia standardu zamieszkiwania i większej swobody przestrzennej, stworzyliśmy możliwość rozbudowy lub dobudowy balkonu do budynków wyposażonych w tzw. portfenetry (tzw. drzwi balkonowe z balustradą) oraz loggie przez powiększenie balkonu.
Poza tradycyjnymi balkonami na rzucie prostokąta projektuje się także balkony na rzucie trójkąta, trapezu czy półkola (FOT. 1–2). Ich kształt dobierany jest najczęściej przez projektanta na podstawie przesłanek estetycznych i wyglądu elewacji.
Obudowa takiej konstrukcji nie stwarza problemów technologicznych, ale sam jej kształt może oddziaływać na wielkość zysków słonecznych i strat ciepła.
Założenia obliczeniowe
Analizując różne kształty balkonów, przyjęto następujące założenia:
- wariant podstawowy to balkon na rzucie prostokątnym, z oszkleniem rozmieszczonym na wszystkich ścianach obudowy;
- warianty kolejne to balkony na rzucie pięcioboku lub czworoboku, powstałe przez zmniejszenie powierzchni przegrody skierowanej na południe i dodanie przegród bocznych odchylonych od kierunku południowego o 45°;
- powierzchnię przegrody skierowanej na południe zmniejszano w stosunku do wersji podstawowej o 25%, 50%, 75% i 100% (balkon na rzucie czworoboku);
- w każdym z wariantów kształtu obudowy uwzględniano różne wysokości oszklenia: 1,8 m, 2,2 m lub 2,6 m (wysokość ściany podokiennej wynosi wówczas odpowiednio 1,0 m, 0,6 m lub 0,2 m);
- powierzchnie oszklenia w odniesieniu do podanych wysokości wynoszą odpowiednio: 8,54 m², 10,68 m², 12,84 m²; zwiększenie wysokości związane jest ze zwiększeniem powierzchni oszklenia o 25% i 50%;
- powierzchnia przegród zewnętrznych balkonu (pełnych i oszklonych) jest stała, bez względu na kształt obudowy.
|
Poszczególne wersje kształtu obudowy oznaczono w zależności od procentowego udziału powierzchni przegrody skierowanej na południe w porównaniu z wersją podstawową (balkonem prostokątnym). Balkon dobudowany jest do przykładowego mieszkania w budynku wielorodzinnym, znajdującego się w części środkowej kondygnacji powtarzalnej. W mieszkaniu są dwie przeciwległe przegrody zewnętrzne oraz dwie wewnętrzne, oddzielające od pomieszczeń o podobnej funkcji (RYS. 6). Budynek ma konstrukcję murowano-żelbetową, o izolacyjności cieplnej obudowy spełniającej wymagania Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Obudowa balkonu charakteryzuje się stosunkowo wysoką izolacyjnością termiczną. Wartość współczynnika przenikania ciepła części pełnej wynosi 0,3 W/(m²·K), a oszklenia - 1,7 W/(m²·K) (przy przepuszczalności całkowitej promieniowania słonecznego g = 0,62). Jest to wariant obudowy oznaczony jako „B2” w cz. 1. artykułu [2], wybrany z powodu najkorzystniejszych uwarunkowań energetycznych. Efektywność energetyczną poszczególnych wariantów obudowy balkonu oceniono na podstawie zapotrzebowania na ciepło w sezonie grzewczym i zapotrzebowania na energię chłodniczą latem w sąsiadującym mieszkaniu. W analizach pominięto skuteczność i koszt wytworzenia energii przez ewentualne systemy grzewcze lub chłodnicze. |
ABSTRAKT |
W artykule podjęto próbę oceny wpływu kształtu obudowanego balkonu na jego funkcjonowanie jako kolektora promieniowania słonecznego. Przytoczono wyniki analiz zapotrzebowania na energię mieszkań z balkonami o różnych kształtach. Zwrócono również uwagę na inne czynniki, jak kubatura szklarni czy nasłonecznienie elewacji. |
|
The article attempts to evaluate the influence of the shape of a glazed balcony on its functioning as a solar energy collector. It quotes the results of analyses of energy demand of flats with balconies of various shapes. The article also points out other factors, such as the cubic volume of the greenhouse or the insolation of the façade. |
Podyktowane jest to dążeniem do oceny efektów energetycznych zależnych jedynie od ukształtowania przegród budowlanych oraz warunków zewnętrznych związanych z lokalizacją mieszkania, takich jak nasłonecznienie czy temperatura powietrza.
Zapotrzebowanie na energię wyznaczono metodą symulacyjną, za pomocą programu komputerowego opartego na numerycznej metodzie objętości kontrolnych [3].
Parametry klimatu zewnętrznego przyjęto zgodnie z typowym rokiem meteorologicznym dla Warszawy. Dokładny opis założeń obliczeniowych przedstawiono w cz. 1. artykułu [4].
Wyniki symulacji
Wyniki przedstawiono najpierw w funkcji typu obudowy. Skalę wykresów dobrano w taki sposób, aby wyraźniej zaprezentować różnice między poszczególnymi przypadkami (RYS. 7).
Należy podkreślić, że najmniejsze zapotrzebowanie na ciepło uzyskano dla tradycyjnego balkonu prostokątnego, o najprostszym kształcie. Wszystkie zmiany typu obudowy spowodowały wzrost potrzeb grzewczych, niewiększy jednak niż ok. 3%. Najmniej korzystny okazał się balkon na rzucie trapezowym oznaczony jako typ 25. Zwiększenie szerokości ściany skierowanej na południe (typ obudowy 50 i 75) dało niewielki spadek zapotrzebowania na ciepło w porównaniu z obudową typu 25.
Zapotrzebowanie na ciepło jest jednoznacznie uzależnione od wysokości oszklenia balkonu. Zależność ta ma podobny charakter w odniesieniu do wszystkich typów obudowy. Zwiększenie powierzchni oszklenia o 25% i 50% powoduje spadek zapotrzebowania na ciepło w mieszkaniu odpowiednio o ok. 2,9% i 5,4%, a więc zmiany te również są stosunkowo niewielkie.
Efekty zmiany kształtu balkonu są bardziej widoczne w przypadku zapotrzebowania na chłód (RYS. 8).
Tym razem balkon prostokątny (typ 100) okazał się najmniej korzystnym rozwiązaniem. Najmniejsze przegrzewanie pomieszczeń wystąpiło dla balkonu typu 50, a różnica między skrajnymi przypadkami to średnio 9%. Zapotrzebowanie na chłód latem w oczywisty sposób rośnie wraz ze zwiększeniem wysokości oszklenia.
Przyrost powierzchni przezroczystych o 25% i 50% daje zwiększenie zapotrzebowania na energię do chłodzenia odpowiednio o ok. 20% i 41%. Efekty te są znacznie większe niż analogiczne zmiany zapotrzebowania na ciepło.
Całkowite zapotrzebowanie na energię w bardzo niewielkim stopniu zależy od kształtu balkonu (RYS. 9), a różnice między skrajnymi przypadkami (typ 100 i 75) nie przekraczają 1%. Większe zyski słoneczne powodują mniejsze zapotrzebowanie na ciepło w sezonie grzewczym, ale i większe przegrzewanie pomieszczeń latem. Sumaryczne potrzeby energetyczne pozostają więc niemalże na tym samym poziomie.
Zmiany kształtu obudowy wiążą się ze zmianami objętości przestrzeni szklarni i zmianami współczynnika kształtu, obliczanego jako iloraz powierzchni przegród zewnętrznych i kubatury (TABELA 1). Źródła literaturowe [5, 6] łączą współczynnik kształtu ze stratami ciepła. Mówi się np. że zwiększenie rozczłonkowania bryły pociąga za sobą konieczność zwiększenia grubości izolacji w celu utrzymania zapotrzebowania na ciepło na poziomie zbliżonym do wielkości wymaganej dla budynku o prostej formie.
W analizowanych przykładach wzrost współczynnika kształtu wynika ze zmniejszenia kubatury balkonu, czyli zmniejszenia objętości powietrza ogrzewanego przez promieniowanie słoneczne. Może to wpływać na osiąganie wyższych temperatur w szklarni, a tym samym zwiększać skuteczność balkonu jako kolektora promieniowania słonecznego.
Nie udało się jednak określić jednoznacznej zależności między zapotrzebowaniem na energię w mieszkaniu a współczynnikiem kształtu balkonu (RYS. 10–11). Widoczne są pewne tendencje do obniżenia zapotrzebowania na ciepło w mieszkaniu wraz ze wzrostem współczynnika kształtu obudowy balkonu, ale nie wszystkie punkty spełniają tę zależność. Zapotrzebowanie na chłód na przemian rośnie i maleje.
Zmiany zysków słonecznych w przestrzeni szklarni powoduje także zmiana powierzchni i orientacji poszczególnych części obudowy względem stron świata. W analizowanym roku wydzielono sezon grzewczy od października do maja oraz sezon chłodniczy od czerwca do września.
W tych okresach obliczono jednostkowe napromieniowanie, przyjęte jako suma promieniowania docierającego do oszklonych części obudowy (skierowanych na różne strony świata) podzielona przez całkowitą powierzchnię oszklenia.
Zauważono, że zapotrzebowanie na ciepło maleje wraz ze wzrostem ilości energii słonecznej, w okresie cieplejszym krzywe osiągają natomiast minimum dla obudowy typu 50 (RYS. 12–13).
Powyższe analizy miały na celu sprawdzenie, czy uda się znaleźć prostą i jednoznaczną zależność miedzy zapotrzebowaniem na energię a nasłonecznieniem lub współczynnikiem kształtu. Dzięki temu można byłoby na etapie wstępnego projektowania architektonicznego dobrać najkorzystniejszy wariant kształtu obudowy. Czynniki brane pod uwagę są jednak ze sobą powiązane, a ich wpływ na potrzeby energetyczne okazuje się bardziej złożony.
Większa zbieżność istnieje między zapotrzebowaniem na energię a wielkością promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni kolektora. W odniesieniu do zapotrzebowania na ciepło średni współczynnik korelacji między danymi wynosi –0,920, a odnośnie zapotrzebowania na chłód –0,802. Współczynnik kształtu ma drugorzędne znaczenie dla funkcjonowania balkonu jako kolektora promieniowania słonecznego. Współczynnik korelacji wynosi średnio –0,852 i –0,707 (TABELA 2).
PODSUMOWANIE
Mimo znacznego zróżnicowania rzutów obudowanego balkonu potrzeby energetyczne w pomieszczeniach nie zmieniały się znacząco. Można więc przyjąć, że wymagania związane z oszczędnością energii nie będą narzucać określonych rozwiązań architektonicznych. Jako korzystny wariant można ocenić balkon prostokątny, dający najmniejsze zapotrzebowanie na ciepło w sezonie grzewczym.
Co prawda, zapotrzebowanie na chłód w tej wersji jest największe, ale można je modyfikować, eliminując oszklenia na ścianach bocznych, co dokładniej przedstawiono w artykule „Wpływ formy na energooszczędność budynku” [5]. Za tym rozwiązaniem przemawia także prostota wykonania samej płyty balkonowej oraz systemów oszklenia.
Przeprowadzone analizy podkreślają znaczenie i konieczność indywidualnego projektowania systemów pasywnych. Trudno w sposób wiarygodny prognozować ich skuteczność na podstawie cząstkowych parametrów możliwych do ustalenia na etapie wstępnego projektowania architektonicznego. Czynniki takie jak kształt geometryczny, kubatura szklarni czy nasłonecznienie elewacji są ze sobą powiązane, a ich wpływ na bilans energetyczny nie jest łatwo jednoznacznie ocenić.
Wyniki prac były finansowane ze środków statutowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego nr S/14/2014
LITERATURA
1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 201 z 2008 r. poz. 1238).
2. M. Grudzińska, „Balkony oszklone jako systemy szklarniowe (cz. 2). Wpływ powierzchni oszklenia na zyski energetyczne”, „IZOLACJE”, nr 9/2014, s. 50-55.
3. „BSim Users Guide v. 6.10.7.7”, Danish Building Research Institute, 1999-2010.
4. M. Grudzińska, „Balkony oszklone jako systemy szklarniowe (cz. 1). Zasady konstruowania i funkcjonowania pośrednich systemów pasywnych”, „IZOLACJE”, nr 7/8/2014, s. 36-41.
5. W. Dubas, „Wpływ formy na energooszczędność budynku”, „Warstwy. Dachy. Ściany”, nr 4/2005, s. 40–43.
6. J. Żurawski, „Energochłonność budynków mieszkalnych”, „IZOLACJE”, nr 2/2008, s. 22–25.
