Nowe okna w istniejących budynkach

Sama wymiana często nie wystarcza

Wymiana okien to sprawdzony sposób na poprawę efektywności energetycznej istniejących domów jednorodzinnych i bloków mieszkalnych. W praktyce odbywa się to szybko i bez większego dodatkowego wysiłku. Choć z jednej strony działanie to jest nieskomplikowane, z drugiej strony specyfikacje i przepisy, których należy przestrzegać, są równie wymagające. Wynika to z faktu, że przy wymianie okien w starych budynkach obowiązują te same wymagania, co przy montażu okien w nowych budynkach.

Wymiana okien wpływa na cały budynek

Niezależnie od wieku i stanu budynku, od instalacji okiennej oczekuje się szczelności od strony pomieszczenia, izolacji akustycznej i termicznej między oknem a konstrukcją budynku, a także ochrony przed warunkami atmosferycznymi od zewnątrz. Z punktu widzenia fizyki budowli obejmuje to szczelność powietrzną, izolację akustyczną, minimalną izolację termiczną i ochronę przed wilgocią. Podczas gdy szczelność i izolacja akustyczna są spełnione przez szczelnie zamykające się okno, minimalna izolacja termiczna i ochrona przed wilgocią zazwyczaj wymagają dodatkowych środków. Co więcej, "nowe", a zatem szczelniej zamykające się okna i ich trwale szczelne połączenie z otaczającymi elementami budynku mają wpływ na wilgotność powietrza w pomieszczeniach. Znacznie wyższa wilgotność często prowadzi do rozwoju pleśni. Z tego powodu przy wymianie okien w istniejących budynkach należy wziąć pod uwagę cały budynek.

Zgłaszany czterokrotnie

Okna są generalnie poddawane naprężeniom od zewnątrz, od strony pomieszczenia, od sąsiedniej konstrukcji budynku i od samego okna. W zależności od projektu i roku budowy istniejącego budynku, naprężenia te mogą mieć różną wagę. W związku z tym przy wymianie okien należy je przeanalizować pod kątem konkretnego budynku. W końcu jednym z celów renowacji okien jest zapewnienie, że zarówno nowe okna, jak i odnowione połączenia konstrukcyjne między profilem ramy okna a konstrukcją budynku będą w stanie wytrzymać naprężenia występujące w dłuższej perspektywie.

Sztuka fugi

Połączenia budynków są podzielone na trzy obszary: poziom szczelności powietrznej po stronie pomieszczenia, centralny poziom funkcjonalny i zewnętrzny poziom ochrony przed warunkami atmosferycznymi. Poziom szczelności po stronie pomieszczenia oddziela klimat wewnętrzny od klimatu zewnętrznego. Aby zapobiec kondensacji lub uszkodzeniu przez pleśń, temperatura powierzchni poziomu szczelności nie powinna spaść poniżej 12,6° Celsjusza. Jako obszar centralny, poziom funkcjonalny zapewnia przenoszenie obciążeń poprzez mocowania w konstrukcji nośnej, a także gwarantuje izolację akustyczną i termiczną. Zewnętrzny poziom ochrony przed warunkami atmosferycznymi zapobiega niekontrolowanemu wnikaniu wilgoci i odprowadza wodę deszczową, która przedostała się bezpiecznie i szybko na zewnątrz. Ewentualna kondensacja może zostać odprowadzona na zewnątrz.

Wymagania GEG

W przypadku wymiany okien w istniejących budynkach należy przestrzegać maksymalnych współczynników przenikania ciepła (Umax) określonych w aktualnej ustawie o energii budowlanej (GEG) dla elementów okien i świetlików. Zostały one przyjęte z najnowszego EnEV i wynoszą 1,3 W/(m2K) dla okien i 1,4 W/(m2K) dla świetlików. Z jednej strony, wartości te nie mogą być przekraczane przez prawo; z drugiej strony, przekroczenie wartości Umax nie prowadzi do zmniejszenia zużycia energii, a tym samym kosztów energii. Z drugiej strony, przekroczenie wartości Umax nie prowadzi do zmniejszenia zużycia energii, a co za tym idzie, kosztów energii. To ostatnie jest jednak zazwyczaj również częściowym celem renowacji okien i jest dodatkowo wspierane przez specjalne programy dotacji, jeśli zostaną przedstawione odpowiednie dowody.

Minimalna izolacja termiczna złączy

Minimalny poziom izolacji termicznej określony w normie DIN 4108-2 musi być również spełniony dla połączenia budynku lub punktów połączenia okna z murem. W najbardziej niekorzystnym punkcie mostka termicznego z punktu widzenia fizyki budowli musi być utrzymywana temperatura co najmniej 12,6 °C, co odpowiada współczynnikowi temperatury (fRsi) 0,7. Minimalna temperatura jest określana na podstawie obliczeń mostka termicznego zgodnie z normą DIN EN ISO 10211 z określonymi warunkami brzegowymi zgodnie z normą DIN 4108, Suplement 2. Jeśli temperatura spadnie poniżej 12,6 °C, dojdzie do kondensacji i w rezultacie do rozwoju pleśni.

Minimalna izolacja termiczna jest oceniana poprzez weryfikację tzw. współczynnika temperaturowego (fRsi). W oparciu o założenia, że powierzchnia od strony pomieszczenia jest ogrzewana równomiernie, a cyrkulacja powietrza odbywa się w dużej mierze bez przeszkód, opór przenikania ciepła po stronie pomieszczenia wynoszący Rsi = 0,13 m2K/W w obszarze okna jest obliczany zgodnie z normą DIN 4108 suplement 2. Należy to uwzględnić w obliczeniach. Zwiększony opór przenikania ciepła po stronie pomieszczenia wynoszący Rsi = 0,25 m2K/W jest określony dla elementów zewnętrznych, takich jak ściany zewnętrzne lub skrzynki roletowe.

Trwale hermetyczny

Ein wesentlicher Aspekt der energetischen Verbesserung eines Bestandsgebäudes ist die Reduzierung der unkontrollierten Luftzufuhr. Denn über eindringende Luft kann Feuchtigkeit in das Mauerwerk oder die Dämmung eindringen. Auf Dauer verursacht der konvektive Feuchteeintrag Bauschäden wie z.B. Schimmel. Um dies zu verhindern müssen sowohl die Umfassungsflächen als auch die Bauanschlussfugen dauerhaft luftundurchlässig ausgebildet werden. Entsprechende Planungs- sowie Ausführungsempfehlungen finden sich in der DIN 4108-7. Dazu gehören auch Ausführungsbeispiele für den Einbau eines dauerhaft luftdichten Fensters.
Kopplungsfugen zwischen Fenstern sowie Fugen zwischen Fenster und Aufsatzkasten müssen nach DIN 4108-2 eine Luftdurchlässigkeit von a < 0,1 m3/m(daPa2/3) aufweisen. Dies gilt laut Norm als praktisch luftdicht.

Oprócz trwałej szczelności powietrznej, należy również zapewnić skuteczną ochronę przed wilgocią dla połączenia budynku, aby zapobiec niekontrolowanemu przenikaniu wilgoci do konstrukcji.

Mniej naturalnej wentylacji, większe ryzyko pleśni

Świeże powietrze zapewnia dobrą jakość powietrza wewnątrz budynków. Przy określonej szczelności przegród zewnętrznych budynku, niekontrolowany napływ powietrza zewnętrznego (infiltracja) stał się bardzo niski. Konieczne jest zatem wentylowanie pomieszczeń w inny sposób. Podczas normalnego użytkowania, naturalna wentylacja poprzez otwieranie okien zapewnia wymagany współczynnik wymiany powietrza. Brak wentylacji może jednak prowadzić do wzrostu wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu. W dłuższej perspektywie istnieje ryzyko wystąpienia wilgoci i pleśni. Norma DIN 1946-6 określa niezależny od użytkownika minimalny współczynnik wymiany powietrza dla nowych budynków. Odpowiednia koncepcja wentylacji jest również wymagana dla istniejących budynków w sektorze domów jednorodzinnych i bloków mieszkalnych, jeśli ponad jedna trzecia istniejących okien zostanie wymieniona. W tej koncepcji projektant określa, w jaki sposób i kiedy następuje niezbędna wymiana powietrza z punktu widzenia higieny i ochrony budynku.

Ukierunkowane rozbrajanie krytycznych obszarów

Szczelniejsze systemy okienne zwiększają ryzyko powstawania pleśni w obszarze mostków termicznych. Dotyczy to połączeń skrzynek okiennych i roletowych, a także narożników zewnętrznych, połączeń stropów kondygnacji i połączeń cokołów. Aby zapobiec kondensacji, jak już wspomniano, temperatura powierzchni w najbardziej niekorzystnym punkcie w obszarze mostka termicznego musi zostać obliczeniowo zwiększona do co najmniej 12,6 °C. W zależności od temperatury wewnętrznej i zewnętrznej oraz wilgotności względnej, temperatura powierzchni może odbiegać od rzeczywistej.

Podczas wymiany okien często wymagane są dodatkowe środki w celu naprawy obszarów połączeń. Idealnym rozwiązaniem jest również renowacja ściany zewnętrznej w celu poprawy efektywności energetycznej podczas wymiany okna. Alternatywnie lub dodatkowo, w obszarze ościeża i nadproża można zainstalować profil renowacyjny ościeża okiennego. Pod oknem specjalne elementy łączące parapet zapobiegają spadkowi temperatury poniżej punktu rosy. W skrzynce rolety elastyczne systemy izolacyjne zwiększają temperaturę powierzchni.
Aby zapewnić spełnienie minimalnych wymagań, konieczne jest zastosowanie dodatkowych środków konstrukcyjnych, gdy tylko współczynnik temperatury (fRsi) spadnie poniżej wartości 0,7. Nawet zastosowanie ETICS lub systemu izolacji wewnętrznej zapewnia wystarczającą minimalną izolację termiczną tylko w ograniczonym zakresie. Nierzadko zdarza się, że w obszarze mostka termicznego występują znacznie zwiększone straty ciepła transmisyjnego bez dodatkowej izolacji. Tylko dzięki połączeniu ETICS i izolacji szczelinowej wdrożone środki prowadzą do wystarczająco wysokich temperatur powierzchni.

Koncepcja wentylacji niezależnej od użytkownika

Aby wdrożyć koncepcję wentylacji po wymianie okien na szczelnie zamykane, aktywna wentylacja okienna nie może być planowana przez mieszkańców, ponieważ ochrona przed wilgocią musi być zapewniona niezależnie od użytkownika.
Koncepcja wentylacji jest tworzona z uwzględnieniem całej jednostki użytkowej, ponieważ środek wentylacyjny z jednego pomieszczenia zawsze ma wpływ na inne pomieszczenia. Dotyczy to również wewnętrznej łazienki bez okien, która jest wyposażona w system wywiewu powietrza. Odpowiednie środki wentylacyjne obejmują szyby zintegrowane z zewnętrzną powłoką, zawory lub wentylację wspomaganą wentylatorem.
Zasadniczo wyciąganie powietrza wytwarza podciśnienie w pomieszczeniu. Wentylacja wspomagana wentylatorem, taka jak zdecentralizowany system wentylacji, może kompensować podciśnienie poprzez wymianę powietrza. Podczas opracowywania koncepcji wentylacji należy wziąć pod uwagę szczelność konstrukcji zewnętrznej całej jednostki użytkowej.

Dodatkowe środki związane z lokalizacją

Środki wentylacyjne są zawsze konieczne, jeśli strumień objętości powietrza spowodowany infiltracją jest mniejszy niż strumień objętości powietrza wymagany do ochrony przed wilgocią.
Aby sprawdzić, czy środek wentylacyjny jest konieczny, należy najpierw określić lokalizację, liczbę kondygnacji, wysokość, powierzchnię i poziom izolacji termicznej budynku. Lokalizacja budynku i mapa wiatru dostarczona przez Niemiecką Służbę Meteorologiczną w DIN 1946-6 mogą być wykorzystane do określenia strefy wiatru, w której znajduje się dana jednostka użytkowa. Zasada jest następująca: im większy wiatr, tym większa naturalna infiltracja. Wykresy, które zostały sporządzone w oparciu o specyfikacje obliczeniowe normy DIN 1946-6, można wykorzystać do sprawdzenia, czy konieczne są dodatkowe środki wentylacyjne.
Wykresy pokazują zarówno strumienie objętości powietrza wymagane do ochrony przed wilgocią, jak i strumienie objętości powietrza spowodowane infiltracją. Rozróżnia się również jednokondygnacyjne i wielokondygnacyjne jednostki użytkowe w obszarach o silnym lub słabym wietrze. Jednokondygnacyjne jednostki użytkowe znajdują się w blokach mieszkalnych, a wielokondygnacyjne jednostki użytkowe w domach jednorodzinnych.
Podczas wymiany okien w starym budynku na obszarze o słabym wietrze, takim jak Kassel, zawsze wymagany jest środek wentylacyjny - niezależnie od tego, ile kondygnacji ma jednostka użytkowa. Z kolei na obszarach o silnym wietrze, takich jak Hamburg, dodatkowy środek jest wymagany tylko w przypadku jednopiętrowych jednostek o powierzchni użytkowej do około 73 m2 i wielopiętrowych jednostek o powierzchni do około 35 m2. Jeśli jednostki użytkowe są większe, dodatkowy środek wentylacyjny nie jest wymagany.

Wymiana okien z koncepcją

Wymiana okien w istniejących budynkach może poprawić bilans energetyczny danego budynku. Jednocześnie nowe okna mają wpływ na cały system fizyki budowli. Wpływa to w szczególności na mostki termiczne w połączeniach budynku i zawartość wilgoci w powietrzu w pomieszczeniu. Aby zapobiec ewentualnym szkodom spowodowanym przez wilgoć lub pleśń, powyższe aspekty należy przeanalizować pod kątem konkretnej nieruchomości przed renowacją okien i złagodzić je za pomocą dodatkowych środków.

Dipl.-Ing. (FH) Christina Meuser
Fizyka budowlana i doradztwo architektoniczne w Beck+Heun GmbH