3. Okna jako zdroj tepla
Doposud jsme se zabývali problematikou úniků tepla, ale nyní se dostáváme k jedné z nejzajímavějších kapitol celého seriálu - k solárním ziskům a k energetické bilanci oken.
Pokud totiž uvažujeme o oknech, aby tvořili i zdroj tepla v zimě, vyplatí se znát výsledky studie Dánské technické univerzity, opírající se o měření na skutečných stavbách za ostrého provozu. Studie ve stručnosti říká, že zasklení, správně naladěné na vyšší prostup solární energie, byť s horším izolačním účinkem, pokud je umístěné na osluněné straně (tedy všechny světové strany mimo SZ, S a SV), vpustí dovnitř během topné sezony více tepla, než kolik jím uteče ven. Tedy, že má energeticky PLUSOVOU bilanci.
Protože toto téma je natolik významné, pojďme se ponořit do problematiky hlouběji:
Graf (i informace o dánské studii byly čerpány z článku RNDr. Jiřího Hejhálka o využití oken v zimě jako zdroje tepla), zobrazuje množství sluneční energie které během roku dopadá na svislé okno z různých světových stran (region Praha):
Sluneční energie, která v době topné sezony (tedy od půlky října do půlky dubna) dopadne na okna orientovaná na Východ - Jih - Západ, je tak velká (průměrně 171 kWh/m2), že bychom nemuseli v domě vůbec topit, pokud bychom ji uměli získat a také správně využít (rozvést po celém domě).
Navrhnout dům, aby měl co nejvyšší solární zisky a uměl získaným teplem topit i v neosluněných místnostech, a zaizolovat jej, aby neuteklo, je práce pro zkušené projektanty. Stejně jako vyřešit stínění v létě. Nebudeme zde suplovat jejich práci, zaměříme se pouze na CO NEJVÍCE PLUSOVOU ENERGETICKOU BILANCI oken.
Než se podíváme na výsledky dánské studie, která nám poskytuje vynikající návod, zopakujme si pár oknařských pojmů:
Čím lépe okno izoluje, tím menší je jeho součinitel prostupu tepla "Uw" ("w" jako window = tedy "U" celého okna).
A čím větší má schopnost propustit Sluneční energii, tím větší má "g" - jako "gain" (zisk).
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 (Východ - Jih - Západ).
V oknech byla osazená trojskla i dvojskla, ale s různými pokovy, buď naladěnými na větší solární prostup nebo na větší izolační účinek.
Nejlépe vyšlo okno s Uw=1,3 W/m2/K a g=63%. Energetická bilance: +3,8kWh/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 paradoxně izolovalo nejlépe: Uw= 1,0 a g: 42%. Energetická bilance: -8 kWh/m2.
A zeď s U = 0,15 W/m2/K (tedy v pasivním standardu) propadla úplně: -12kWh/m2.
Z výsledků studie vyplývá jako hlavní, že pokud bychom sebehorší okno orientované na V-J-Z nahradili výborně izolující zdí, tak protopíme více!
Pojďme si říci o možnostech, jak docílit té úplně nejlepší energetické bilance dnes, s možnostmi, které nám nabízí současný technický pokrok.
Energie ze Slunce se k nám šíří v podobě elektromagnetických vln. Viditelné světlo ji přenáší polovinu, ta druhá je obsažena v blízkém infračerveném záření.
Sklem prochází tato energie rozdílně. Obyčejným floatem (sklo bez pokovené vrstvy) projde přibližně 88%. Dražším, odbarveným 90%. Co neprojde, se odrazí nebo pohltí.
Pokud je na skle pokov, prochází jím sluneční energie výrazně méně, podle toho, jak je pokovení naladěno. Nejvíce izolačním s emisivitou jen 1% projde pouze 52%. Existují však i pokovy s vyšší emisivitou (8%), tedy s horším izolačním účinkem, avšak naladěné na maximální solární zisk s prostupem i 79%.
Dvojsklem projde energie logicky více než trojsklem, protože má o jednu vrstvu méně, ale slunečných dnů zase tolik není, aby dvojnásobný únik tepla nepřebil vyšší solární zisk. Navíc má spoustu dalších negativ. Mezi největší patří tvorba kondenzátu na vnitřním skle. Proto zůstaňme u trojskla a pokusme se ho vyladit co nejlépe.
Obecně platí, že maximální solární zisk i nejlepší izolační účinek zajistíme, pokud bude zasklení tvořit co největší plochu otvoru a rámy budou zabírat plochu co nejmenší.
Nejlépe tento požadavek řeší bezrámové zasklení (viz. obrázek), kdy sklo přímo přechází do ostění, tedy žádný rám není. Okraje skel jsou schovány v tepelné izolaci, která izoluje vždy mnohem lépe, než by dokázal sebelepší rám.
Dalšího plusového efektu lze docílit optimalizací nanovrstev pokovů, aby skla měla nízkou emisivitu, ale propouštěla stále ještě hodně sluneční energie. Dnes je na trhu nová velmi dobře vyladěná sklovina s emisivitou pokovu jen 3% a velkým prostupem energie 73%.
Třetí důležitou věcí je správné řazení skel za sebou tak, aby docházelo k co nejnižšímu úbytku sluneční energie díky lomům 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.
Facit:
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/m2(K (U"g" jako glass = tedy součinitel prostupu tepla "U" pouze samotným sklem).
A nebo můžeme jít cestou velkého izolačního účinku, kdy prostup nebude až tak vysoký, jako v předchozím případě. Výsledkem bude trojsklo s Ug = 0,43 W/m2/K s také velmi pěkným g: 70%.
Obě tahle trojskla jsou dnes vyrobitelná a lze říct, že představují současné technické maximum. Obě ale využívají drahý Krypton i velmi drahé antireflexní vrstvy na všech sklech, které výrazně navyšují jejich cenu, čímž hodně prodlužují dobu jejich ekonomické návratnosti.
Pakliže bychom hledali nějaké "optimálně ideální " zasklení v dostupné ceně, lze vyrobit trojsklo s levným Argonem, výborným izolačním účinkem Ug = 0,52 W/m2/K a velkým solárním ziskem g=64% i bez antireflexních vrstev.
Následující tabulka ukazuje, jak se projeví všechna tři zasklení v dnešních oknech, počítaná podle stejné metodiky jako ve studii Dánské technické university - tedy hodnoty jsou srovnatelné i s jejich výsledky, kde vítězné okno dosáhlo bilance "jen" +3,8 kWh/m2:
Rozdíly nejsou lineární, protože na výsledné vlastnosti oken mají významný vliv i okrajové podmínky (oknaři označované řeckým písmenem Ψ), které jsou uvažovány pro všechna 3 zasklení stejné.
Poznámka na závěr: Dánská technická universita porovnávala okna s tehdy běžnými rámy (UF: 1,4 W/m2/K a horší) i tehdy dostupným zasklením, kdy ještě na trhu nebyly pokovy, které by měli velký izolační účinek i s velkým prostupem sluneční energie. Proto jsou její výsledky proti současným možnostem výrazně horší.
Předchozí díl: Odstranění kondenzátu Další díl: Ochrana před letním přehříváním