Vliv g-hodnoty zasklení na potřebu tepla při vytápění nízkoenergetických budov

Jak ovlivňují tepelnětechnické a optické vlastnosti oken s izolačním trojsklem potřebu tepla na vytápění prostoru budovy?

Na okna nízkoenergetických budov se po roce 2016 uplatňuje požadavek podle ČSN 73 0540-2: 2011 na úrovni Uw ≤ 1,0 W / (m². K), v případě pasivních pak Uw ≤ 0,8 W / (m². K). Kvantifikace jen podle tepelněizolační hodnoty vyjádřené součinitelem prostupu tepla však nic neříká o optických a dalších fyzikálních vlastnostech, které by mělo mít okno a jeho komponenty například u budov pouze vytápěných a budov s celoročně upravovaným vnitřním prostředím, např. klimatizací.

Vedle kvantifikace U-hodnoty okna je však třeba v tepelných bilancích budov a ve stavebněfyzikálním hodnocení zohlednit i světelnou propustnost zasklení a celkovou propustnost energie slunečního záření, g-hodnotu (solární faktor zasklení).

Nízkoemisní trojskla

Jednotliví výrobci označují čirá skla obchodními názvy. Saint-Gobain používá název Planilux a AGC používá název Planibel. Oxid železitý, který tyto skla obsahují, způsobuje zelené zabarvení skelné hmoty a více se projevuje při hrubších tabulích skla. Novější výrobky od výrobce Saint Gobain používají čiřejší sklovinu. Větší čirost skloviny znamená, že sklo nemá takové intenzivní zelené zabarvení (sklovina je méně nazelenalá).

Tato skla označuje tento výrobce názvem Planiclear. Platí, že zároveň se zlepšením transparentnosti skloviny cena zůstává stejná. Při použití u dvou- a trojskel jsou dosažené parametry lepší v porovnání s původní sklovinou Planilux – umožňuje to dosáhnout vyššího prostupu světla, i vyššího solárního faktoru (g-hodnotu).

Podíl izolačního trojskla na stavebním trhu v Evropě se neustále zvyšuje. V některých zemích dosahuje podíl až 50 % a více. V posledním období se na trhu výrobků s izolačním trojsklem objevila trojskla, která kombinují skla se zvýšenou propustností světla a energie slunečního záření s nízkoemisními skly tak, aby integrální hodnota propustnosti energie slunečního záření (g-hodnota) byla větší než při běžném trojskle. Zvýšené propustnosti energie slunečního záření a činitele světelné propustnosti v izolačním trojskle se dosahuje použitím buď:

• extra čirého skla typu Diamant nebo Planiclear (Saint-Gobain Glass) nebo Planibel Clear (AGC);
• spektrálního selektivního povlaku, který má sice vyšší emisivitu, a tím mírně zvyšuje U-hodnotu zasklení, ale má i vyšší g-hodnotu. To jsou skla Planitherm Lux nebo Planitherm XN (Saint-Gobain Glass).

Předmět případové studie

Předmětem této případové studie je analýza potřeby tepla na vytápění v rodinném domě s alternativní volbou zasklení. Jako srovnávací vzorek slouží zasklení dnes běžně používané – Planiterm Ultra N – ve srovnání s nízkoemisním selektivním povlakem Planiterm Lux. Výpočtem se analyzuje potřeba tepla na vytápění pro rodinný dům zasklený izolačním trojsklem:

• Climatop Ultra N
• Climatop LUX

Planiterm Lux je nový nízkoemisní povlak, který bývá aplikován na čiré sklo Planilux. Má zvýšenou propustnost energie slunečního záření a zvýšenou propustnost denního světla. Cílem studie je specifikovat rozdíly v tepelné bilanci budov na bydlení při zasklení s trojskly s rozličnými optickými vlastnostmi. Tepelnětechnické a optické vlastnosti izolačních trojskel jsou uvedeny v tabulce 1. Trojsklo Climatop Lux má sice vyšší hodnotu Ug, ale přitom má zvýšenou propustnost energie slunečního záření.

Zjednodušeně bychom mohli postavit otázku při analýze vlivu těchto dvou zasklení do budov na bydlení takto: „Které zasklení je ve vytápěné budově výhodnější, to s Ug = 0,6 W / (m2. K) sg = 0,50, nebo to s Ug = 0,7 W / (m2. K) sg = 0,62?“

Přitom jde o porovnávání dvou identických trojskel stejného rozměrového vzorku, tedy 4-14-4-14-4 mm. Trojsklo Climatop Lux je dražší o přibližně 2 €/m². Budova rodinného domu je uvažována v prostorových parametrech jako dvoupodlažní nepodsklepený dům s plochou střechou.

Tepelnětechnické vlastnosti neprůsvitných konstrukcí stěn, střech a podlah jsou navrženy tak, aby splňovaly požadavky na tepelněizolační vlastnosti v ČSN 73 0540-2 na nízkoenergetické úrovni výstavby (tabulka 2). Prostorové a plošné parametry se uvažují podle obr. 1 a 2.

Transparentní konstrukce otvorových výplní se uvažovala s těmito tepelnými a optickými vlastnostmi:

• rámová konstrukce oken Uf = 1,0 W / (m2. K)
• pohledová výška a šířka profilu – 119 mm

Distanční profil izolačního trojskla swisspacer V s hodnotou ψg = 0,32 W / (m. K) U-hodnota okna se určila pro každý rozměr okna dle ČSN EN ISO 10077-1:2019. Ty jsou uvedeny v tabulce 3.

Potřeba tepla na vytápění

Výpočet potřeby tepla na vytápění dle STN 73 0540: 2002 (v ČR aktuální ČSN 73 0540:2011) uvažoval tyto plošné a prostorové parametry rodinného domu:

• podlahová plocha Ab = 260,8 m², obestavěný objem budovy Vb = 821 m³;
• faktor tvaru budovy = 0,684 m²/m³;
• plocha teplosměnné obalu budovy Sai = 561,26 m².

Výpočtem určená měrná potřeba tepla na vytápění dle STN EN ISO 13 790 (v ČR aktuálníČSN EN ISO 52016-1:2019) rodinného domu zaskleného trojsklem při normalizovaných podmínkách hodnocení uvažovala:

• počet denostupňů D = 3422 K den,
• dostupnou energii slunečního záření uvažovanou dle STN 73 0540-3 (v ČR platná ČSN 73 0540-3) [2] s poměrně konzervativními hodnotami (například jižní orientace 320 kWh / (m² a VS), východní a západní orientace 200 kWh / (m² a VS), severní orientace 100 kWh / (m² a VS)).

Měrná potřeba tepla na vytápění při normalizovaných podmínkách hodnocení je (obr. 3):

• při trojskle Climatop Ultra N je QH, ND2 = 59,5 kWh / (m².rok),
• při trojskle Climatop Lux je QH, ND2 = 58,1 kWh / (m².rok),
• úspora je 1,4 kWh / (m².rok).

Výpočtem určená potřeba tepla na vytápění rodinného domu zaskleného trojsklem:

• Climatop Ultra N je QH, nd = 15 518,0 kWh / rok,
• Climatop Lux je QH, nh = 15 156,3 kWh / rok
• úspora je 361,7 kWh/rok.

Které izolační trojsklo vybrat?

Z hlediska potřeby tepla na vytápění se potvrdil pozitivní vliv izolačního trojskla se zvýšenou propustností slunečního záření na snížení potřeby tepla na vytápění. Případová studie uvažovala rodinný dům s okny víceméně rovnoměrně rozloženými na všechny světové strany. Tedy při snížených tepelných ztrátách nízkoenergetických budov jsou výhodnější izolační trojskla se zvýšeným solárním faktorem, který umožňuje vyšší uplatnění pasivních solárních zisků.

Použití trojskel se zvýšenou g-hodnotou v budovách na bydlení je založeno na předpokladu, že by měly být navrženy tak, aby nebylo třeba zajišťovat jejich tepelnou pohodu v letním období klimatizací. Tedy se předpokládá využití prostředků sluneční ochrany okna, tepelné setrvačnosti vnitřních konstrukcí a účinné vnější stínění zasklených ploch. Tento požadavek platí obecně.

Nepředpokládá se vyřešení přehřívání budov v letním období tak, že snížíme g-hodnotu zasklení celoročně a zajistíme „stínění sklem“, ale předpokládá se sezonní stínění prostředky sluneční ochrany okna, tak aby se zajistily požadavky na tepelnou stabilitu místností v letním období.

Poděkování

Tato práce byla podpořena agenturou VEGA MŠ SR prostřednictvím projektu č. 1/0087/16 a APVV -16-0126.

Literatura

1. Chmúrny, I.: Zasklenia so zvýšenou priepustnosťou slnečnej energie. OKNOviny č. 1, 2014.
2. Saint Gobain: ssg Planiterm XN, ssg Planiterm XN II.
3. Chmúrny, I.: Ultra thin glass membranes for advanced glazing of nZEB. Advanced Materials Research, vol. 899 (2014), p. 470 – 473.