Energetické hodnocení oken

Energetické hodnocení oken je nástrojem pro selekci oken a dveří především pro uživatele budov, výrobce oken a částečně projektanty. Výpočtová metoda založená na evropském hodnotícím systému EWERS (European Windows Energy Rating System) umožňuje hodnocení okna jako výrobku na základě údajů z prokázání shody. Pro spotřebitele spočívají přínosy energetického štítkování oken v jednoduchém, srozumitelném a kvalifikovaném odhadu například při návrhu nebo dodatečném zlepšování domu nebo bytu. Výrobce zase najde přínos v podpoře energeticky efektivních výrobků. Absence jednotné metody a kontroly výsledků bez rozlišení vhodných a méně vhodných výrobků totiž způsobuje na trhu chaos.

Vyšší efektivita je ohodnocena vyšší energetickou třídou na hodnotícím štítku. Výrobci s garantovaným štítkem získají věrohodnost na trhu s nezávislým hodnocením svých výrobků. Historicky nejdříve se rozšířilo energetické hodnocení oken v Severní Americe jako důsledek rychlých inovačních a technických zlepšení komponentů oken a především vlivu různých klimatických pásem na energetickou efektivnost okna.

Transparentní konstrukce při tepelné ochraně budovy způsobuje kvantitativně největší hustoty tepelných toků v zimním období a v letním období se může stát hlavním zdrojem nechtěných a nadměrných tepelných zisků. Dnešní pokrokové technologie nových transparentních konstrukcí a prvků proměnily stavebněfyzikální vlastnosti výrazným způsobem. Pokrokové technologie a inovace umožnily umístit na trh výrobky, které mají obvykle:

• nízkoemisní a selektivní zasklení,
• dvou- a vícenásobné izolační zasklení,
• plynové výplně inertními plyny,
• různé distanční profily zasklení (hliník, ocel a s teplým okrajem),
• tepelnětechnicky inovované rámové konstrukce,
• zasklení s různou propustností slunečního záření,
• inovované materiály na těsnění spár,
• větrání pomocí samoregulačních klapek, větracích štěrbin.

Přednosti nových nízkoemisních zasklení se selektivní vrstvou podstatně ovlivnily nejen tepelnětechnické vlastnosti otvorové konstrukce, ale i vlastnosti místností a celé budovy, především porovnáváme-li povrchové teploty na zasklení, tepelné ztráty, povrchovou kondenzaci na zasklení, tepelnou pohodu a potřebu tepla k vytápění.

Existující hodnotící systémy
Existující hodnotící systémy, jejichž výstupem jsou štítky, se dají rozdělit do těchto skupin:

• garanční štítky (ekologické štítky), udávají záruku, že výrobek vyhovuje předem stanoveným kritériím²,
• porovnávací štítky, které uvádějí energetické vlastnosti výrobků nabízených na trhu³, přičemž obsahují podrobnější informace než ekologické štítky,
• informační štítky, které uvádějí technické charakteristiky výrobku.

Snaha o zevšeobecnění a sjednocení hodnotících metod v mezinárodní standardizaci je výrazem posledního vývoje návrhu ISO 182924. Uvádí postupy energetického hodnocení otvorových konstrukcí při použití národních klimatických údajů a na národní úrovni vybrané referenční budově. Standardizované postupy umožňují zohlednit potřebu energie k vytápění a chlazení budovy, vnitřní a vnější podmínky a relevantní tepelnětechnické charakteristiky budovy.

Tepelná bilance okna
Při vytápění je použita tepelná bilance po měsících podle ČSN EN ISO 13790. Tepelná bilance okna představuje součet měsíčních příspěvků okna na tepelnou bilanci referenční budovy, která se vyjádří pomocí potřeby tepla na vytápění.

Spe­cifikované tepelnětechnické vlastnosti okna při ­výpočtu jsou:

• U_W součinitel přechodu tepla okna,
• g_W celková propustnost sluneční energie oknem,
• L_W referenční průvzdušnost okna.

Bilanční rovnice má tvar:
q_w = η_g . g_w . G_sol – (U_w + L_w) . (θ_i – θ_e) . t     (1)

kde 
q_w  je tepelná bilance v kWh/m²,
η_g  –  faktor využití tepelných zisků (–),
G_sol  – celková dopadající energie slunečního záření na svislou plochu okna ve vytápěcím období v kWh/m²,
θ_i – je průměrná vnitřní teplota místnosti (v místě osazení okna) ve °C,
θ_e – je průměrná vnější teplota během vytápěcí sezóny ve °C,
t – délka vytápěcí sezóny v hod.

Rovnice (1) se po určení parametrů ­použije ve tvaru:
q_w = A . g_w – B . (U_w + L_w)    (2)

kde A a B jsou klimatologické koeficienty odvozené z klimatických údajů lokality a z tepelnětechnických vlastností refe­renční budovy.

Celkovou propustnost sluneční energie oknem g_W se zohledněním netransparentních částí okna lze definovat následovně:
q_W = g_g . A_g / A_W    (3)

kde g_g je celková propustnost sluneční energie zasklení podle ČSN EN 410,
A_g – plocha zasklení v m²,
A_W – celková plocha okna v m².

Zohlednění všech druhů zařízení sluneční ochrany rovnoběžných se zasklením, jako jsou žaluzie, benátské žaluzie a svinovací rolety, bude dosaženo podle ČSN EN 13363-1. Metoda popsaná v této normě umožňuje určit hodnotu g zasklení kombinovaného s prvkem sluneční ochrany okna. Předpokládá se však typické (konstantní) nastavení prostředků sluneční ochrany během celé vytápěcí sezóny.

Pro okna a dveře se vzduchová průvzdušnost určuje postupem podle ČSN EN 1026. Obvykle se udává objemovým tokem Q v m³/(m² . h) nebo m³/(m² . s) při definovaném tlakovém rozdílu například 100 Pa. Tento objemový tok vzduchu se přepočítá na tepelný tok způsobený daným tlakovým rozdílem. Musí se vyjádřit ve stejných jednotkách, jako je hodnota součinitele přechodu tepla.

Je-li vzduchová průvzdušnost Q uvedená v m³/(m² . s), potom referenční průvzdušnost LW do rovnice (1) se vyjádří:
L_W = 1200 . Q/PF    (4)

kde PF je faktor, jímž se přepočítává průvzdušnost definovaného tlakového rozdílu na průměrný tlak.

Při přípravě hodnocení tepelné bilance oken je nutno provést následující kroky:
1. Výběr reprezentativních klimatických údajů území. Pro účely této normy se použijí klimatické údaje z národní přílohy ČSN EN ISO 13 790. V úvahu se berou:

• průměrné měsíční teploty,
• dopadající energie slunečního záření na svislou plochu.

2.    Výpočet potřeby tepla k vytápění referenční budovy pro odvození parametrů souvisejících s tepelně-technickými vlastnostmi budovy, v níž je hodnocené okno. Referenční budova musí splnit požadavky na tepelně-technické vlastnosti konstrukcí stěn, střechy a podlah podle ČSN 73 0540.

Sdružení ENERGOkno
Základním posláním občanského sdružení ENERGOkno je přenesení výroby, prodeje energeticky úsporných oken a venkovních dveří v nových a obnovovaných budovách. Na základě shromažďování a šíření teoretických a praktických poznatků v této oblasti v řadách členů i veřejnosti je cílem zavedení dobrovolného štítkování těchto výrobků. Toto profesní sdružení založila v prosinci 2006 skupina jednačtyřiceti výrobců a prodejců oken a venkovních dveří z ČR i SR.

Podmínkou členství podnikatelského subjektu je mimo jiné výroba a prodej:

• v prvním roce členství min. 20 % objemu vyráběných nebo prodávaných oken a venkovních dveří označených energetickou značkou sdružení,
• v druhém roce členství min. 50 % objemu vyráběných nebo prodávaných oken a venkovních dveří označených energetickou značkou sdružení.

V rámci činnosti sdružení byla vypracována interní směrnice sdružení pro energetické hodnocení oken. Zde se uvádí postup při hodnocení okna nebo dveří na základě fyzikálních vlastností rámové konstrukce, zasklení a stínicích prvků. Postup zohledňuje vytápěcí sezónu vzhledem k potřebě tepla na vytápění, vnitřním a vnějším klimatickým podmínkám a relevantním tepelnětechnickým vlastnostem budovy. Výpočtová metoda umožňuje hodnocení okna jako výrobku na základě údajů z prokazování shody. V této metodě není zahrnut vliv zabudování okna nebo venkovních dveří do obvodové stěny.
Vzor energetického štítku je uveden na obrázku.

prof. Ing. Ivan Chmúrny, CSc.
Foto: Deceuninck/Inoutic

Autor působí na Stavební fakultě STU v Bratislavě.

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.