Slovenčina
Jednu z hlavních rolí při propagaci oken na tuzemském trhu stále hraje tzv. „U “, tedy součinitel prostupu tepla, který vyjadřuje tepelně izolační vlastnosti okna. A zákazník má díky této „masáži“ při výběru jasno: Čím nižší „účko“, tím lepší okno. A obchodník mu to nerozmlouvá – v duchu hesla, že zákazník má vždycky pravdu. Přitom ale víme, že nejnižší „U“ nemusí být tím nejdůležitějším stavebně-fyzikálním parametrem okna v kontextu celé budovy.
Názorně to ukazují např. závěry výzkumu Dánské technické univerzity, které říkají, že „každé, i sebehorší okno, orientované na osluněné strany (V-J-Z) má během topné sezony lepší energetickou bilanci než pasivně zateplená zeď“. Poukazují přitom na mezi odborníky známý fakt, že při výběru oken je třeba brát v úvahu nejen tepelně izolační vlastnosti, ale i solární zisky, které dokáží významně ovlivnit energetickou bilanci celé budovy. Z tohoto hlediska hraje v konstrukci okna resp. výplně stavebního otvoru zásadní roli především izolační sklo a podíl jeho plochy na ploše celého okna. Proto jsme oslovili odborníka na izolační skla Michala Bílka ze společnosti Energy IN s.r.o.
Víc energie ušetřit nebo víc získat?
Při výběru vhodných oken, a to nejen pro novostavby v nízkoenergetickém či pasivním standardu, ale i pro rekonstrukce starších objektů (zahrnující i kvalitní celkové zateplení), je třeba se ptát nejen jaká okna zvolit, abychom co nejvíce energie ušetřili, ale také abychom co nejvíce energie získali ze slunečního záření. Solární zisky okny jsou významným příspěvkem k pokrytí tepelných ztrát objektu. Okna, resp. prosklené stěny, na osluněných stranách budovy by vždy měla mít kladnou energetickou bilanci. To znamená, že by měla více energie přijmout než propustit. Proto při výběru vhodných oken je třeba vedle koeficientu „U“ zohledňovat také solární faktor zasklení, označovaný jako „G“, který udává propustnost slunečního záření neboli „solární zisk“.
V úvodu zmíněné výsledky výzkumu Dánské technické univerzity, opírající se o měření na skutečných stavbách za ostrého provozu, názorně ukazují, že zasklení, správně „vyladěné“ na větší prostup solární energie, byť s horším izolačním účinkem, pokud je umístěné na osluněné straně budovy (V-J-Z), vpustí dovnitř během topné sezony více tepla, než kolik jím unikne ven. Tedy, že má kladnou energetickou bilanci.
Graf 1 zobrazuje množství sluneční energie, které během topné sezony dopadá na svislé okno z různých světových stran (platí pro region Praha).
Graf 1: Energie ze Slunce ve střední Evropě pouze v topné sezoně
Graf 2 zobrazuje výsledky výzkumu Dánské technické univerzity. Všechny hodnoty ze studie jsou vztažené pouze k topné sezoně, tedy od půlky října do půlky dubna, přičemž všechna okna byla orientována na osluněné strany (V-J-Z). V oknech byla osazená trojskla i dvojskla, ale s různými pokovy, buď naladěnými na větší solární prostup, nebo na větší izolační účinek.
Graf 2: Výsledky studie Dánské technické univerzity pro Vídeňskou oblast
Nejlépe vyšlo okno s Uw = 1,3 W/m2K a G = 63 %. Energetická bilance: +3,8 kWh/m2. Okno s nejvyšším prostupem G = 64 %, ale s horším Uw = 1,4 už plusové bilance nedosáhlo: -3 kWh/m2. Nejhůře mezi okny dopadlo to, které izolovalo nejlépe: Uw = 1,0 a G = 42 %. Energetická bilance: -8 kWh/m2. A úplně nejhorší energetickou bilanci měla zeď s U = 0,15 W/m2K (tedy v pasivním standardu): -12 kWh/m2 (neboť nemá žádnou solární prostupnost).
Z výsledků výzkumu tedy vyplývá, že pro nejlepší energetickou bilanci oken je nutné zabezpečit maximální prostup sluneční energie do interiéru a zároveň co nejvíce zamezit ztrátě tepla. Tedy velmi zjednodušeně řečeno, pro zasklení použít izolační sklo s co nejnižším „U“ a zároveň s co nejvyšším „G“. Avšak tyto požadavky jdou tak trochu proti sobě. Pojďme se na to podívat podrobněji: Energie ze Slunce se k nám šíří v podobě elektromagnetických vln. Viditelné světlo jí přenáší polovinu, ta druhá je obsažena v blízkém infračerveném záření. Sklem prochází tato energie rozdílně podle toho, o jaké sklo se jedná. Obyčejným floatem projde přibližně 88 %. Dražším, odbarveným sklem 90 %. Pokoveným sklem, které má největší vliv na „U“, protože odráží sálavé teplo zpět do interiéru, projde energie mnohem méně, a čím více je schopno tepla odrazit, tím méně sluneční energie propustí. Nejvíce izolačním s emisivitou jen 1 % (odrazí 99 % sálavého tepla) projde pouze 52 % sluneční energie. Existují však i pokovy s horší emisivitou (8 % = odraz tepla 92 %), tedy s horším izolačním účinkem, avšak naladěné na maximální solární zisk s prostupem i 79 %. Tolik k propustnosti sluneční energie skly.
Dále platí, že maximální solární zisk i nejlepší izolační účinek zajistíme, pokud bude zasklení tvořit co největší plochu otvoru a kdy rámy budou zabírat plochu co nejmenší. Nejlépe tento požadavek řeší bezrámové zasklení.
Dalším výrazným činitelem, který ovlivňuje prostup světla okny, je přirozená reflexe skla, díky níž se cca. 10 % sluneční energie odrazí. Výrobci sice nabízí skloviny s antireflexními povrchy, které tuto reflexi z větší části potlačují, ale jedná se o velmi drahá řešení.
Nejvýznamněji lze docílit plusového efektu optimalizací nanovrstev pokovů tak, aby skla měla nízkou emisivitu, ale propouštěla stále ještě hodně sluneční energie. Dnes je na trhu velmi dobře vyladěný pokov s emisivitou jen 3 % (odraz tepla 97 %) a současně s velkým prostupem energie 73 %.
Posledním aspektem je správné řazení skel za sebou tak, aby docházelo k co nejnižšímu úbytku sluneční energie vlivem lomu světla. Pokud bude nepokovené sklo umístěno jako venkovní, prostup celým zasklením bude vyšší, než když bude tato propustnější vrstva uprostřed. Jen je třeba ošetřit vyšší namáhání prostředního pokoveného skla, aby zvládlo tepelné pnutí, pokud by sklo bylo částečně zastíněné.
„Pro docílení plusové bilance máme dvě cesty: budeme-li se soustředit na maximálním solární zisk, vyrobíme dnes trojsklo se super G = 72 %, které bude i velmi dobře izolovat: Ug = 0,52 W/m2K. Anebo můžeme jít cestou velkého izolačního účinku, kdy prostup nebude až tak vysoký jako v předchozím případě. Výsledkem bude trojsklo s Ug = 0,43 W/m2K, ale také s velmi pěkným G = 70 %. Obě tahle trojskla jsou dnes vyrobitelná a lze říct, že představují současné technické maximum. Avšak obě využívají drahý Krypton i velmi drahé antireflexní vrstvy na všech sklech, které výrazně navyšují jejich cenu, čímž hodně prodlužují dobu jejich ekonomické návratnosti,“ představuje některé možnosti řešení Michal Bílek a dodává, že pokud bychom hledali nějaké „optimálně ideální“ zasklení v dostupné ceně, lze vyrobit trojsklo s levným Argonem, výborným izolačním účinkem Ug = 0,52 W/m2K a velkým solárním ziskem G = 64 % i bez antireflexních vrstev.
Tabulka 1 ukazuje, jak se projeví všechna tři zasklení v současných moderních oknech. Výpočty byly provedeny podle stejné metodiky, jako ve studii Dánské technické univerzity – tedy hodnoty jsou srovnatelné i s jejich výsledky, kde vítězné okno dosáhlo bilance „jen“ +3,8 kWh/m2.
Tabulka 1: Energetická bilance oken v topné sezoně orientovaných na osluněné strany (V-J-Z)
Poznámka: Rozdíly nejsou lineární, protože na výsledné vlastnosti oken mají významný vliv i podmínky okrajových částí skel v oblasti distančních rámečků, označované řeckým písmenem Ψ („psí“), které jsou uvažovány pro všechna 3 zasklení stejné. Dánská technická univerzita porovnávala okna s tehdy běžnými rámy (Uf = 1,4 W/m2K a horší) i tehdy dostupným zasklením, kdy ještě na trhu nebyly pokovy, které by měly velký izolační účinek i s velkým prostupem sluneční energie. Proto jsou její výsledky proti současným možnostem výrazně horší.
Ochrana před letním přehříváním
Jak již bylo v předchozí části uvedeno, solární zisky pro zvýšení energetické bilance oken jsou důležité v průběhu topné sezony. Během horkých letních měsíců jsou naopak nežádoucí.
Běžně vyráběná trojskla tvoří dvě krajní pokovená skla a vnitřní prostřední nepokovené. Pokovy jsou laděné tak, aby propouštěly dostatek denního světla i sluneční energie (kvůli solárním ziskům v zimě), ale současně maximálně zvyšovaly izolační účinek zasklení (odrážely co nejvíce sálavého tepla). Část procházející sluneční energie ale pokovy absorbují, díky čemuž se skla ohřívají. Na venkovní sklo dopadne energie nejvíce a v létě při oslunění mívá běžně teplotu cca. 36 °C. Plyn v komoře je ale vynikající izolant, takže by logicky mělo být prostřední sklo studenější než to venkovní. Ale bohužel tomu tak nebývá.
„Většina tuzemských, ale i polských a maďarských výrobců izolačních skel dává doprostřed trojskel téměř vždy co nejlevnější sklo (s mírně nazelenalým nádechem), ale už si neuvědomují, že tato sklovina absorbuje až 4x více sluneční energie než odbarvené sklo, které je dražší. A protože se sklo uprostřed nemá jak ochladit (po obou stranách je izolační plyn a naproti jsou reflexní vrstvy), rozehřeje se běžně až na cca. 58 °C. Od horkého prostředního skla se pak ohřívá i plyn, který, byť s velkým útlumem, ale přesto vytápí interiérové sklo na cca. 37 °C, které pak vesele sálá do místnosti,“ upozorňuje Michal Bílek a pokračuje: „V Rakousku, které je v okenní branži lídrem, se dává doprostřed trojskel vždy odbarvené sklo, jehož teplota při srovnatelných podmínkách je cca. 39 °C, tedy téměř o 20 °C nižší, takže vnitřní sklo je již výrazně chladnější. A pokud se nahradí prostřední sklo tenkou nepokovenou folií, jsou teploty na ní dokonce ještě nižší – jen asi 31 °C, z čehož vyplývá, že i čiré zasklení může být účinné jako izolace před letním horkem. Jako další zlepšení účinně pomáhá i nízkoemisivní vrstva (tvrdý pokov) na vnitřním skle, která zajistí, že i když bude sklo teplé, tak nebude sáláním ohřívat interiér. Tato vrstva současně odráží sálavé teplo, vyzařované předměty v místnosti, což se pozitivně projeví zejména v topné sezoně, a navíc zlepšuje i výpočtovou hodnotu Ug. Na druhé straně je však třeba říci, že se díky této vrstvě vnitřní sklo v zimě méně prohřeje, takže se zvyšuje i případné riziko vzniku kondenzátu.“
Na ohřívání resp. přehřívání interiéru se však jak známo podílí nejen ohřívané vnitřní sklo, nýbrž, a to velkou měrou, také předměty a plochy v interiéru, které jsou ohřívány IR zářením z dopadajícího slunečního světla. Jediným efektivním řešením, jak eliminovat přehřívání interiéru způsobené nežádoucími solárními zisky je tedy zabránit prostupu slunečního záření do interiéru, a to nejlépe pomocí venkovního stínění.
Dnes už existuje takové množství různorodé stínící techniky, že by mohlo být napsáno mnoho článků pouze na toto téma. Všechny (kromě slunolamů) splňují základní úkol, tedy že zabraňují slunečním paprskům, aby dopadaly na sklo, když si to nepřejeme, a současně umožňují ohřev interiéru v zimě, kdy si to naopak přejeme. Ať už se jedná o předokenní žaluzie či rolety. Existují ale i řešení, která mají další přídavné a velmi zajímavé funkce, které stojí za zmínku. Protože, když už máme nějaké stínění k oknům pořídit, tak proč ne rovnou takové, které bude i:
1. zabírat minimum místa, aby nenarušovalo vzhled domu
2. při otevřeném okně fungovat i jako „síť proti hmyzu“
3. zajišťovat soukromí a současně umožnit výhled ven
4. večer, v době kdy svítíme, odrážet světlo zpět do místnosti (úspora energie)
5. zlepšovat akustický útlum
6. chránit před vnějším elektromagnetickým vlněním (elektrosmogem)
7. zlepšovat tepelně izolační vlastnosti okna jako celku (další komora s pokovem, odrážející tepelné sálání i od rámu)
8. zabraňovat vyzáření tepla do jasné noční oblohy (lepší Night Uw) a naopak v horkém létě toto noční chlazení interiéru umožňovat (zatažením do kazety může sklo v noci vysálat své teplo do studené oblohy)
9. s automatickou regulací, abychom všechny tyto funkce využívali, aniž bychom se museli sami starat
10. odolné proti povětrnostním podmínkám a mít při minimální údržbě dlouhou životnost
Zmíněné funkce a ještě něco navíc má nejmenovaná předokenní roleta (běžně nazývaná „screen“) s odrazivou folií, pokovenou oboustranně (vnější pokov blokuje prostup UV záření do materiálu folie, a tím zabraňuje jejímu rozkladu), ale s rozdílným lomem světla pro zajištění průhlednosti z interiéru, dokonale napnutá (od rovné a hladké plochy se odráží zvuk) v bočních vodících lištách integrovaných do ostění (nerušící vzhledově). Ovládání (rozvinutí a svinutí) je automatické v závislosti na oslunění, na rozdílu intenzity světla a teplot mezi vnitřním a venkovním prostředím, s nastavením parametrů pomocí chytré elektroniky (webové rozhraní). Software umí vypočítat aktuální úspory podle naměřených teplot i návratnost. Zobrazuje grafy teplot a toků energie s možností exportu naměřených dat pro další zpracování.
Venkovní stínění je vždy dražší než např. protisluneční skla nebo nalepovací folie. Na rozdíl od nich ale umožňuje využívat mnohem větší množství solární energie v zimě. Tento energetický zisk ze Slunce je tak velký, že by měl rozdíl v pořizovací ceně vyrovnat už během prvních pěti let (resp. zim). Proto se dnes dělají do pasivních domů velké prosklené stěny, kterými se v zimě vytápí celý dům. Je jen třeba získané teplo z osluněných místností rozvést po celém domě, abychom nemuseli používat stínění i v zimě.
Příště se budeme věnovat oknům pro neosluněné strany budov.
Autor: Radomír Čapka s využitím technických informací Energy IN s.r.o.
Kontakt: radomir.capka@gmail.com
Foto: archiv autora a Energy IN
