Konečně významný posun ve vývoji izolačních skel!

Před 20 lety se vývoj izolačních skel vyrobením funkčního trojskla prakticky zastavil. Občas se sice objevila drobná vylepšení, většinou spojená s řešením tepelného mostu u okrajů, ale nic natolik převratného, co by významně ovlivnilo vlastnosti zasklení z hlediska prostupu tepla jako celku. Čtyřsklo je zatím stále ve stadiu konceptu, kdy díky své hmotnosti nebo velmi obtížnému zpracování velmi tenkých skel i dalším problémům se od jeho reálného použití ustupuje.

Na trhu se nyní objevila převratná sklovina s oboustranně nízkoemisivním povrchem, která významně omezuje (nebo téměř zamezuje) interakci tepelného záření mezi ní a jejím okolím. Díky tomu je možné vyrábět izolační skla, která izolují mnohem lépe, než skla vyráběná doposud z běžných sklovin (opatřená nesálavou vrstvou pouze z jedné strany).

Díky spolupráci výrobce této skloviny s brněnskými vývojáři vzniklo nové izolační dvojsklo, které svými tepelně izolačními vlastnostmi (a nejen jimi) překonává parametry standardních trojskel. Řešení spočívá nejen ve speciální sklovině, ale i v zachování obou komor. Doprostřed mezi obě pokovená skla se totiž napne ultra tenká (50 μm) nepokovená PET fólie. Nejedná se ale o známý Heat Mirror, spojovaný s nechtěnými vlnkami na fólii, ale o vysoce čirou a hlavně nepokovenou fólii, která absorbuje velmi málo krátkovlnného IR záření (solárního tepla), takže se při oslunění tepelně téměř neroztahuje a vlnky se na ní proto netvoří.

A čím vším je toto izolační dvojsklo tak výjimečné oproti trojsklu?

Než přistoupíme ke zmíněné speciální sklovině, zůstaňme ještě chvíli u vlivu samotné fólie uprostřed.

•    Vede mnohem méně tepla než sklo – díky své 10x menší tepelné vodivosti a hlavně své nepatrné tloušťce odvádí od studených okrajů směrem do plochy méně tepla, takže i bez speciálních sklovin, o kterých zde ještě bude řeč, jsou izolační vlastnosti dvojskla s fólií lepší než u trojskel. Příklad: s nejčastěji používanými rámečky 16 a 18 mm při plnění argonem vychází U_g u dvojskla s fólií o 0,1 W/m²K lepší než u trojskla.
•    Fólie reaguje zcela odlišně na akustické vlny, přenášené mezi skly, takže účinně potlačuje přenos zvuku a díky ní je útlum hluku lepší než u trojskel. Příklady: Dvojsklo s fólií (4 – F – 4 s R_w 35–36 dB) tlumí hluk o cca. 3–4 dB lépe (tedy 2x více) než běžné trojsklo (4 – 4 – 4 s R_w 31–32 dB)
•    Je vyrobena s minimálními nároky na energii, její uhlíková stopa na 1 m² je asi 1000x menší než u skla, takže z hlediska ekologie je dvojsklo s fólií o ⅓ šetrnější k přírodě než trojsklo. Je také o ⅓ lehčí.
•    Fólie absorbuje v létě mnohem méně krátkovlnného záření od slunce než standardní nepokovené sklo (umístěné uprostřed trojskel), takže izolační sklo s fólií v létě do interiéru tolik netopí, jako je tomu u trojskel a má také i menší únik plynu a tedy i delší životnost – více o tom v odstavcích níže.

A nyní již k porovnání s trojskly:

1) V zimě: Současné vyráběné troj­sklo má vnější povrchy s emisivitou 89 %, takže si sáláním intenzivně vyměňuje své teplo se svým okolím. Např. v zimě, při jasné noční obloze, jejíž sálavá teplota je nižší než -40 °C, je venkovní sklo schopno vyzářit do oblohy i více jak 100 W/m² (viz vpravo). Díky tomu dochází k jeho výraznému ochlazení, často až pod teplotu rosného bodu venkovního vzduchu a na jeho povrchu pozorujeme k ránu kondenzát nebo dokonce námrazu (u trojskel běžný jev). Jenže v důsledku studenější venkovní tabule je logicky studenější i sklo v interiéru, které pak odvádí z místnosti mnohem více tepla. Navíc od studeného skla vnímá člověk i nepříjemný pocit zimy, který musí kompenzovat i více teplejším vzduchem, aby si zajistil tepelnou pohodu.

Nové izolační dvojsklo s fólií má na vnějším skle emisivitu jen 14,2 %, tedy při stejných podmínkách vyzáří do oblohy o 80 % energie méně. Tedy nejen, že nedochází na jeho povrchu k tvorbě kondenzátu nebo námraze, protože je o několik °C teplejší (a to v celé ploše, tedy i u okrajů), ale díky teplejšímu venkovnímu sklu je citelně teplejší i vnitřní sklo – a právě u okrajů je rozdíl nejvíce patrný – které pak odvádí z místnosti méně tepla a úspora za energie v zimě je tak významná. Navíc člověk vnímá od nízkoemisivního skla tepelný odraz svého vlastního těla, takže ani nemívá od oken pocit zimy, tedy i pocitově méně topí. Jako tepelné zrcadlo se chová sklo i k sálání od nábytku či interiérových příček. A protože se sáláním přenáší tepla v běžném prostředí nejvíce, je logické, že sklo, které sálání neabsorbuje, ale odráží zpět, bude už z logiky věci lépe izolovat.

Bohužel tento efekt „nesálavého“ skla, byť je pro úsporu energie velmi významný, je zatím natolik revoluční, že jej doposud nezahrnuje žádná norma pro posuzování vlastností zasklení.

Pro náš test jsme proto zvolili ČSN 73 0540-4 (Stanovení součinitele prostupu tepla “U” pro neznámou skladbu), která z naměřených teplot stanovuje prostup tepla libovolnou obálkou.

Měření probíhalo od 30. 11. 2018 do 15. 3. 2019 na dvou stejně velkých oknech v jedné místnosti. U obou izolačních skel bylo U_g = 0,6 W/m²K (dle EN 673), avšak jedno zasklení mělo obě skloviny s oboustrannou low-e vrstvou a druhé jen běžná low-e skla (soft coating 1.1. s ε = 3 % byl u obou zasklení stejný).

Při dosazení průměrných hodnot z dlou­hodobého měření vyšlo u zasklení s oboustrannými low-e skly reálné „U_skla“ o 0,17 W/m²K nižší než u druhého zasklení bez vnějších low-e povrchů. Porovnáme-li obě skla dle platné normy EN 673, tak standardní zasklení mělo reálné U_g = 0,6 W/m²K, ale izolační sklo s vnějšími nízkoemisivními povrchy mělo reálné „U_skla“ jen 0,43 W/m²K.

Jaké lze z toho vyvodit závěry pro navrhování oken a prosklených fasád, ponechávám na kreativitě čtenářů. Odborníci se mohou pokusit dopočítat, jak nízká emisivita vnějších skel ovlivňuje přestupový odpor v závislosti na středním počtu jasných zimních nocí a střední sálavé teplotě zimní troposféry.

2) V létě: Vlivem absorpce sluneční energie do hmoty skla dochází k jeho zahřátí. Je-li sklo navíc pokovené, absorbuje ještě o 10 % více tepla než nepokovené. Venkovní tabule u trojskla je pokovená, takže absorbuje tepla hodně, ale může se i snadno ochladit – jednak od proudění venkovního vzduchu a také vysáláním svého tepla do okolí. Může však i přijímat sálání tepla od protějších fasád, čímž se jeho schopnost ochladit se částečně snižuje. Prostřední sklo ve standardním trojskle, byť je nepokovené, je na tom mnohem hůře. Proniká k němu ještě velmi mnoho energie ze slunce, z níž cca 8 % absorbuje (≈ 70 W/m²). Protože se nemá jak ochladit (naproti jsou reflexní vrstvy a okolo něj plyn, který má menší vodivost než vzduch), tak se při oslunění rozehřívá i na více jak 58 °C, čímž ohřívá plyn v obou komorách. Od horkého plynu (=> větší tlak a tedy i větší riziko úniku plynu) se ohřívá též vnitřní pokovené sklo, které je současně i přímo ohřívané sluncem. Teplé vnitřní sklo už se naštěstí ochladit může a také se ochlazuje – ale bohužel do interiéru. A díky své velké emisivitě (ε = 89 %) září do místnosti povrchovou teplotou často i přes 40 °C.

Nové dvojsklo s fólií má proti standardnímu trojsklu hned 3 výhody. Venkovní povrch nejenže odráží sálání od horkých protějších stěn budov, takže se od nich méně ohřívá, ale současně odráží i 10 % tepelného záření ze slunce hned už na první vrstvě. Do vnějšího skla tak proniká až o 100 W/m² tepla méně. Uprostřed umístěná fólie absorbuje mnohem méně krátkovlnného IR záření než sklo a při stejných podmínkách se ohřívá jen na 33 °C (tedy o 25 K méně => menší tlak plynu, menší riziko jeho úniku, delší životnost zasklení). Tou třetí, největší výhodou pro léto, je o 80 % méně sálavý povrch na vnitřním skle, který zabrání, aby sklo interiér ohřívalo i kdyby byla jeho teplota vyšší než teplota vzduchu.

Skloviny s oboustranným low-e povrchem jsou vyráběné v několika kombinacích s vnitřními soft-low-e pokovy. Se standardním „soft coatingem 1.1“ jako čiré sklo s vysokým prostupem denního světla – vhodné pro neosluněné nebo zastíněné strany budov, ale také s protislunečními vrstvami, např. „70/37“ – ideální právě jako venkovní sklovina pro osluněné strany pro ještě výraznější ochranu před letním přehříváním. Protisluneční skla jsou s přicházející změnou klimatu žádaná stále více, a to i za cenu menších solárních zisků během topné sezóny, protože mnohem větší problém, než vytopit místnost v zimě, je zchladit ji během letních veder, kdy vnitřní žaluzie mají jen velmi omezený účinek.

Upgrade oken místo jejich výměny

Dvojskla s fólií se standardně a nejčastěji vyrábějí pro účely „upgradu“ starších oken, kdy se stará dvojskla, často s U_g ≈ 2,8 W/m²K o tloušťce 24 mm přímo v okenních křídlech zamění za dvojskla s fólií o stejné tloušťce, ale s U_g = 0,7 W/m²K (nově s reálným „U_skla“ ≈ 0,53 W/m²K), čímž se sníží únik tepla zasklením o více jak o 80 % a současně se zvýší i protisluneční ochrana v létě a hlavně velmi citelně poklesne v místnostech hluk (oproti původním dvojsklům s R_w ≈ 30 dB je snížení hluku až 4násobné). Nic se nemusí vybourávat a např. v plastovém okně je výměna zasklení otázkou jednotek minut.

V Olomouci, na bytovém, památkově chráněném domě byla v květnu 2019 dokončena výměna skel ve starých oknech za nové zasklení s fólií uprostřed. Původně chtěli obyvatelé vyměnit celá okna, protože o možnosti „upgradu“ nevěděli. Rozpočet na nová okna byl 2,2 miliónu Kč a plánovaná doba realizace byla 2 měsíce včetně postavení lešení a rozsáhlých bouracích prací.

Zrealizovaný „upgrade“ je vyšel na necelých 650 tisíc Kč (tedy asi na ⅓ původní ceny) a práce v domě zabraly jen 10 dní v naprosté čistotě. Díky „upgradu“ se nemusely vybourávat funkční rámy ani vyrábět nová okna s trojskly, čímž se ušetřilo cca 11 MWh energie, což odpovídá úspoře emisí asi 5,5 tun CO₂.

Dům je umístěn v centru města přímo u křižovatky, kde je intenzivní provoz tramvajové dopravy ze čtyř stran. Obyvatelé domu zatím ještě nezačali citelně vnímat tepelný komfort, který jim nová skla zajistí během letních veder i v zimě, ale už začali vnímat výrazný pokles hluku.

„Jako by tramvaje teď jezdily v mnohem větší vzdálenosti. Sice je stále slyším, ale vnímám je jen, když se na ně soustředím. Při srovnání s tím, jak to bylo před výměnou, kdy nás každá projíždějící souprava rušila v běžném hovoru, je tu teď nezvyklé a velmi příjemné ticho,“ okomentoval změnu jeden z obyvatel domu.

Autor: Michal Bílek
Energy IN s.r.o., Brno
Kontakt: michal@energyin.cz
Foto: archiv autora