Řešení otvorových výplní pro nízkoenergetické a pasivní domy

Stále se zvyšující náklady na výrobu energie, které se promítají i do finálních cen pro odběratele, činí z této komodity nezanedbatelnou položku mandatorních výdajů, které je každý z nás nucen kontinuálně vynakládat. A to jak nepřímo v podobě částky zakalkulované v hodnotě výrobku, který si pořizujeme, tak přímo v podobě měsíčních výdajů za energii.

Každodenně se setkáváme s diskuzí nad otázkami typu:

"Jak zabezpečit vzrůstající požadavky na suroviny, z nichž se vyrábí energie?"
"Jak udržet růst cen energií na akceptovatelné úrovni?"

V posledním období se zcela pochopitelně v souvislosti s těmito faktory stále více dostává do popředí diskuze na téma snižování energetické náročnosti, a to ve všech oblastech každodenního života, bez ohledu na průmyslové odvětví či obor. Pozornost odborníků se dnes výrazně zaměřila na oblast snižování tepelných ztrát. Jelikož okno a zasklení tvoří nedělitelnou součást obvodových plášťů budov, stává se i naše odvětví "Výroba a montáž otvorových výplní" součástí tohoto zájmu.

Ruku v ruce s všeobecnými požadavky na snižování tepelných ztrát se objevují i speciální cíleně zaměřené programy, které výrazně napomáhají dalšímu vývoji technologií v oblasti úspor energie a jejich přímé aplikaci do každodenní praxe.

Jestliže hovoříme o omezování tepelných ztrát obálkové konstrukce objektu, respektive části tvořené prosklenými konstrukcemi, lze konstatovat, že se zabýváme nejslabším článkem obvodového pláště. Proto není překvapením, že se stoupajícími požadavky na snižování energetické náročnosti staveb stoupají i požadavky na kvalitu oken a dveří, respektive na jejich tepelně-izolační vlastnosti.

Pokud chceme naplnit výše uvedené zadání, tedy snižování tepelných ztrát, hovoříme u otvorových výplní o zlepšování jejich tzv. tepelně-izolačních vlastností.

S ohledem na normu ČSN 73 0540-2 jsou rozhodující tři veličiny:

• součinitel spárové průvzdušnosti
• součinitel prostupu tepla
• vnitřní povrchová teplota

Přičemž součinitel spárové průvzdušnosti lze definovat jako množství metrů krychlových vzduchu, které projde za jednu hodinu jedním metrem spáry při rozdílu tlaků jeden pascal, a součinitel prostupu tepla charakterizuje tepelně-technické vlastnosti okna. S oblastí součinitele prostupu tepla je pak úzce spjata i oblast tzv. povrchových teplot.

V oblasti spárové průvzdušnosti lze dnes již těžko co zlepšovat. Dnešní moderní okno je konstruováno tak, že jej lze považovat za téměř stoprocentně těsné, a to bez ohledu na to, zda se jedná o okno obvodové konstrukce dřevěné, plastové či hliníkové. Uvádí se, že okno původní konstrukce umožňovalo v uzavřené poloze výměnu vzduchu v objemu 1m³ na metr spáry. Naproti tomu okno současné konstrukce umožní výměnu vzduchu v objemu 1dm³ na metr spáry.

Naproti tomu v oblasti součinitele prostupu tepla, potažmo povrchových teplot, je stále co zlepšovat. K lepším tepelným charakteristikám otvorových výplní vede hned několik cest. Například vývoj a aplikace nových technologií v oblasti materiálů použitých na výrobu profilů nebo skel, atd.

Tab 1. - Vývoj požadavků na součinitel prostupu tepla otvorovou výplní - U_w [W(m².K)]

Zpřísňující se požadavky na otvorové výplně vedou jednotlivé dodavatele komponentů ke stále častějším inovacím v rámci nabídky jejich výrobků.

Společnost Deceuninck se ve vývoji nových produktů zaměřila v minulých letech na to, aby tyto výrobky co nejlépe splňovaly požadavky trhu a pochopitelně i norem, a přitom aby jejich výroba byla co nejekonomičtější. Výsledkem těchto aktivit jsou 2 skupiny produktů:

• okenní profil Zendow+ - ekonomické řešení splňující veškeré požadavky (doporučené hodnoty U_w, povrchové teploty, program "Zelená úsporám", atd.)
• profilový systém Inoutic Prestige pro pasivní domy - řešení pro nejnáročnější budovy z pohledu tepelné ochrany ve 3 různých konstrukčních variantách

Okenní profily Zendow+

Šestikomorové okenní profily s rámem o stavební hloubce 70 mm a předsazeným křídlem o šířce 76 mm.
Materiál: PVC se stabilizátory na bázi CaZn (bezolovnaté směsi)
Koextrudované středové těsnění jako 3. bariéra.

Obr. 1 - Řez profilem Zendow+

Okenní profily Zendow+ byly při svém vývoji koncipovány tak, aby akceptovaly jasné tendence středoevropského trhu k vícekomorovým systémům a zlepšeným tepelně-izolačním vlastnostem, a přitom aby výroba oken z těchto profilů byla v maximální míře ekonomická.

Vývoj nového okenního profilu sestával z celé řady testů a výpočtových zkoušek různých variant rámu i křídla, při nichž byla testována mj. šířka profilu, počet komor, umístění, velikost a tvar výztuhy a další parametry. Na křídle se vývojový tým zaměřil zejména na hloubku zasklení a tvar zasklívací lišty.

Obr. 2 - Testování variant typů křídel, výztuh a komor a jejich vlivu na tepelně-izolační vlastnosti

Rámový profil

Tvar rámu byl vyvinut na základě dvou základních požadavků: dosažení maximálně příznivých tepelně-izolačních vlastností a minimální nárůst ceny. Možnost použití jednoho typu výztuhy pro rám a křídlo, U tvar, snížení hodnoty prostupu tepla rámem (U_f).

Profil křídla

Koncept křídla byl vyvíjen s maximální snahou o splnění požadavků na tepelnou prostupnost a povrchové teploty dané ČSN 73 0540 -2(3).

Základním předpokladem pro dosažení tohoto požadavku bylo zvětšení hloubky drážky pro sklo na 26 mm. Toto řešení bylo navrženo tak, aby umožnilo jednak případnou aplikaci lepeného skla, a jednak aby nebyl narušen celkový vizuální efekt zbytečným nárůstem pohledové výšky celé sestavy.

Hodnoty prostupu tepla sestavou a povrchových teplot

Testováno bylo dvoustupňově těsněné okno Deceuninck Zendow+ s šestikomorovým rámem stavební hloubky 70 mm a šestikomorovým křídlem stavební hloubky 76 mm (profilová kombinace 4000 + 4040 AD) zasklené izolačním dvojsklem se součinitelem prostupu tepla U_g = 1,1[W(m².K)], vybaveným distančním rámečkem SUPER SPACER TRISEAL.

Pro základní výpočet a posouzení nejnižší vnitřní povrchové teploty (Θ_si) byla uvažována návrhová teplota venkovního vzduchu Θ_e = -15°C a parametry vnitřního vzduchu platné pro prostory v novostavbách běžných bytových a občanských staveb (kromě prostorů s vlhkým a mokrým prostředím) vytápěné radiátory ústředního vytápění, tj. ΔΘ_a = 0,6°C. Veškeré teplotní a vlhkostní parametry i odpory při přestupu tepla podle ČSN 73 0540 - 3 (4), resp. ČSN 73 0540 - 2 (3).

ČSN 73 0540 - 2 (3) definuje požadavek na nejnižší vnitřní povrchovou teplotu výplní otvorů pomocí tzv. teplotního faktoru (f_Rsi) podle způsobu vytápění a umístění otopných ploch. Pro lepší názornost byl tento požadavek přepočítán na požadované hodnoty nejnižší vnitřní povrchové teploty (Θ_si,N) pro parametry vnitřního vzduchu.

Tab. 2 Přepočtené požadované hodnoty nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní otvorů.

Posouzení pak bylo provedeno podle požadavku, aby vypočtená hodnota vnitřní povrchové teploty byla v každém místě vyšší nebo alespoň rovna požadované hodnotě:

Θ_si ≥ Θ_si,N

Vypočtené hodnoty a posouzení

Při výpočtech vnitřní povrchové teploty byly sledovány výsledky v kritických bodech:

A: kout tvořený vnitřním povrchem zasklení a horním vnitřním povrchem zasklívací lišty
B: kout tvořený vnitřním povrchem pevného rámu a spodním vnitřním povrchem rámu křídla

Tab.2: Vnitřní povrchová teplota Θ_si a teplotní faktor f_Rsi pro Θ_e = -15°C a Θ_ai = 20,6°C.

Obr 3: Průběh izotermy Θsi,N = 9,8°C při Θe = -15°C a Θai = 20.6°C

Plastové okno Deceuninck Zendow+ zasklené izolačním dvojsklem o U_g = 1,1 [W(m².K)] s distančním rámečkem SUPER SPACER TRISEAL vyhovuje z hlediska nejnižší vnitřní povrchové teploty požadavku ČSN 73 0540 - 2 pro návrhové teploty venkovního vzduchu -13 °C - -16 °C bez ohledu na způsob vytápění a umístění otopných ploch. Naměřené hodnoty povrchových teplot v kritických bodech vysoce přesahují minimální požadavky normy.

Dále se systém Zendow+ prezentuje následujícími výsledky:

• U_f = 1,18 [W(m².K)]
• U_g = 1,1 [W(m².K)]
• U_w = 1,2 [W(m².K)]

Řešení otvorových výplní pro pasivní domy - Inoutic Prestige

Všechny modely Inoutic Prestige s výraznou rezervou překračují požadavky na technické parametry rámového profilu. Jedná se o šestikomorový systém stavební hloubky 76 mm s dvoustupňovým (dorazovým) nebo třístupňovým (středovým) těsněním. K dispozici je možnost výběru ze tří designových variant s nízkým součinitelem prostupu tepla. Snižuje ho vyšší počet dutin optimální velikosti, které jsou kolmé ke směru tepelného toku.

S ohledem na úsporu tepla a snižování tepelných ztrát jsou k dispozici dva nejefektivnější modely. První s vypěněnými komorami speciální izolací, druhá využívající stavební hloubky rámového profilu 96 mm. Obě dvě shodně dosahují hodnoty U_f = 1,0 [W(m².K)].

Varianta 1 - vypěněný profil stavební hloubky 76 mm Čtyřkomorový profil s vypěněním komor křídla i rámu speciální izolační pěnou. užší stavební profil o šířce 76 mm Uf = 1,0 [W(m2.K)] Ug = 0,5 [W(m2.K)] Uw = 0,74 [W(m2.K)]

Varianta 2 - rám stavební hloubky 96mm Šestikomorový rám o šířce 96 mm s možností vložení dodatečných vnitřních izolačních vložek, popřípadě nahrazení standardní ocelové výztuhy za výztuhy z kompozitních materiálů. Uf = 1,0 [W(m2.K)] Ug = 0,5 [W(m2.K)] Uw = 0,75 [W(m2.K)] Hodnoty Uw byly vypočtené TZÚS Praha, s.p.