Энергетический баланс

Окно представляет собой сложный составной конструктивный элемент: соответственно, коэффициент теплопередачи окна в целом (U_w) получается на основании коэффициента
теплопередачи остекления (U_g) и рам (U_f) пропорционально их вкладу в общую площадь окна. За счет нанесения низкоэмиссионных покрытий и заполнению инертными газами, современные технологии позволяют снизить*коэффициент теплопередачи остекления до 0,5 Вт/м²хК (тройное остекление с заполнением криптоном). Благодаря этому все технологии производства окон изменились фундаментальным образом. Если раньше остекление считалось "слабым звеном" окна, то теперь за счет теплоизоляции остекления его теплоизолирующие свойства улучшились по сравнению с традиционными оконными рамами почти в три раза.
Следовательно, отныне энергетическое качество окна определяется взаимным влиянием остекления, соединительного профиля кромок, оконных рам и стыком рам с другими конструктивными элементами.
Расчетный метод, предлагаемый стандартом EnEV, предусматривает отдельный расчет выигрыша по солнечной энергии только для окон, для всех остальных наружных компонентов расчет производится совместно с энергетическими потерями через "тепловые мостики". Выигрыш по солнечной энергии зависит от количества и размера окон, а также от их ориентации по сторонам света. Противовес выигрышу по солнечной энергии составляют тепловые потери за счет теплопередачи и выветривания через швы. Приток тепла за счет солнечного излучения включается в общий приток тепла, из которого вычитаются зимние потери за счет теплопередачи. При благоприятных обстоятельствах для всего отопительного периода можно получить положительный энергетический баланс (что равносильно отрицательным значениям коэффициента теплопередачи).
В летнее время за счет большой поверхности остекления может наблюдаться перегрев помещений, ориентированных на юг и запад. Впрочем, в любом случае большинство старых зданий обладают значительной тепловой инерцией (массивные стены и перекрытия), которые в жаркие дни накапливают избыточную тепловую энергию и отдают ее в помещение с запаздыванием по времени.
Абсолютные значения полезной солнечной энергии растут вместе с ростом продолжительности отопительного периода. В плохо теплоизолированных зданиях отопительный период начинается, когда наружные температуры падают до значений примерно 13 °С, для домов с низким энергопотреблением эта граница составляет примерно 11 °С. В течение переходного периода здание отапливается внутренними источниками тепла. Энергетический баланс окон ухудшается с ростом теплоизоляции ограждающих конструкций здания. Чем выше качество остекления, тем меньше будет выигрыш полезной энергии солнечного излучения, что в любом случае компенсируется за счет несравнимо более высоких теплоизолирующих свойств. Зато летом теплоизолирующие стеклопакеты значительно снижают перегрев.

Из приведенной иллюстрации видно, что для хорошо теплоизолированных зданий продолжительность отопительного сезона будет на 2 месяца короче, чем для плохо теплоизолированных. Как правило, в хорошо теплоизолированном здании можно отключать отопление уже в мае и приступать к регулярному протапливанию только в середине октября. С другой стороны, в плохо теплоизолированных зданиях обходиться без регулярного отопления можно только начиная с конца мая и примерно до середины сентября.

При расчетах энергетического баланса окон необходимо учитывать и затенение от близлежащих построек. На диаграмме схематически показано изменение длины отбрасываемой тени, отбрасываемой стандартным зданием высотой 9 м (типичный жилой дом) в течение стандартного отопительного периода (с 1 октября по 1 апреля). Из приведенной иллюстрации видно, что если расстояние между соседними зданиями составляет менее 13 м, то первый этаж соседнего здания будет практически полностью затенен.

Приток энергии через окно
В стандарте EnEV приток солнечной энергии предусматривает учет ориентации окон по сторонам света в форме специального коэффициента. Для округленного расчета тепловых потерь с учетом притока тепловой энергии подходит следующий расчетный метод, в котором для оценки энергетического качества нового остекления применяется эквивалентный коэффициент теплопередачи:

U_eq,w=U_w-gxS_f

В уравнении:
U_w — коэффициент теплопередачи окна;
g — полный коэффициент энергопроницаемости остекления;
S_F —- коэффициент, учитывающий приток солнечной энергии, который принимает следующие значения:

• 1,92 Вт/(м²хК), если окно ориентировано на юго-восток/юго-запад;
• 1,32 Вт/(м²хК), если окно ориентировано на восток или запад, а также для мансардных окон, установленных на скатных крышах с уклоном до 15°;
• 0,76 Вт/(м²хК) для окон, ориентированных на север.

Если поверхности окон большую часть времени затенены, то следует использовать значение для ориентации на северо-восток/северо-запад. Коэффициенты для учета притока солнечной энергии подогнаны для относительно короткого "теплого" сезона для хорошо теплоизолированных зданий. Фактические значения полезной энергии солнечного излучения варьируются в зависимости от стандарта теплоизоляции, от вклада внутренних источников тепла в общий приток энергии (внутренними источниками тепла считаются не только приборы, но и люди), а также от личных представлений о тепловом комфорте. Общее фундаментальное правило формулируется так: чем выше энергетическое качество здания, тем короче отопительный период и тем ниже доля полезной солнечной энергии, которая вплоть до зимнего солнцестояния быстро падает. С другой стороны, чем хуже теплоизоляция здания, тем длиннее будет отопительный период и тем выше доля использованной солнечной энергии в общем притоке тепла.

Затенение окон за счет близлежащих построек и деревьев следует учитывать индивидуально. В течение зимних месяцев потери освещенности через остекление первого этажа будут довольно значительными. Часто напрасно пренебрегают такими факторами, как расположение окон на стене.
Энергетический баланс окна зависит не только от его конструктивных и технических характеристик, но и от особенностей образа жизни жильцов дома и способа, которым они эксплуатируют окна. В жилых домах свое влияние оказывают и такие факторы, как гардины, жалюзи, горшки и подвески с комнатными растениями, которые тоже вносят свой вклад в затенение.
С учетом общего выигрыша по освещенности может оказаться, что площадь имеющегося оконного проема будет использоваться всего лишь на одну треть.

Мансардные окна могут внести существенный вклад в повышение освещенности чердачных помещений. Однако в любом случае высокий приток энергии через мансардные окна требует предпринять и меры, защищающие от летнего перегрева, поскольку в мансардах, ориентированных на юг и запад, через мансардные окна, расположенные на скатной крыше, в помещение проникает мощный поток солнечного излучения. Вследствие недостаточной тепловой инерции чердачного помещения летом мансарды легко перегреваются.