Okna pasivního domu
Okno v pasivním domě je výrazným výtvarným prvkem ovlivňujícím celkový charakter domu a zároveň ovlivňujícím i jeho energetickou spotřebu. Okna i dveře jsou díky slunečním ziskům klíčovým prvkem vnějšího obvodového pláště, zejména v pasivním domě.
Úvod
Okno bylo vždy významným stavebním prvkem, které mělo zajistit uvnitř domu dostatek denního světla a zároveň ho chránit před větrem a deštěm. Okna zajišťovala ochranu domova před vnějším světem, ale zároveň s ním umožňovala komunikaci.
Technické možnosti spolu s klimatickými a ekonomickými podmínkami jednotlivých historických dob formovaly vzhled oken, která spoluvytvářela rozdílné architektonické slohy. Proporce, materiál a členění oken ve fasádě byly dále ovlivňovány geografickou polohou, kulturními vlivy a regionálním estetickým cítěním. Vztah výšky a šířky okna, vztah plochy okna a celkové plochy stěny, vhodná šířka meziokenních sloupků a podobné parametry byly základními kompozičními úlohami. Velká pozornost byla věnována výtvarnému detailu. Okenní otvory byli dekorativně orámovány různými šambránami a ozdoby.
Základ rozvoje moderních okenních konstrukcí byl položen v 18. století, kdy vznikla konstrukce masivního nosného rámu, osazeného do zalomeného ostění a subtilního okenního křídla s maximálním podílem skla. Počátkem 20. století navrhuje Le Corbusier tzv. pásové okno, jehož existence je nezávislá na nosné konstrukci stavby. Okno přinášející sluneční světlo do budov se stalo měřítkem hygienického a pohodlného bydlení. Koncem 20. století je pozornost věnována lehkým průhledným proskleným fasádám (tzv. high-tech vzhled), které na rozdíl od poválečného období zrcadlových nepropustných skleněných fasád, které sluneční paprsky nepropouštěly, ale odrážely, umožňují přístup světla do interiéru. Se vzrůstajícími nároky stavebníka na budovy se v 21. století zvyšují nároky i na vlastnosti oken. Kromě tradičních funkcí musí dnešní okno splňovat soudobé požadavky na prosklené fasády a minimalizovat tepelné ztráty obvodového pláště. Kromě ochrany tepla a úspory energie musí dnešní okno splňovat požadavky hygienické, protihlukové, bezpečnostní a estetické.
Okno v nové roli
Okno v pasivním domě dostává nový filosofický význam. Je výrazným výtvarným prvkem ovlivňujícím celkový charakter domu a zároveň ovlivňujícím i jeho energetickou spotřebu. Okna i dveře se staly součástí obálky budovy, která má sloužit pro uchování tepla uvnitř domu. Díky slunečním ziskům se mohou stát velmi dobrým prvkem vnějšího obvodového pláště.
Aby byla zaručena výsledná kvalita okna v pasivním domě musí se splnit následující podmínky:
- zvolit správnou velikost oken
- zohlednit orientaci na světové strany
- využít pasivních slunečních zisků
- zvolit kvalitní zasklení, výplň inertním plynem
- zohlednit dostatečnou propustnost slunečního záření skel
- zvolit teplý distanční rámeček izolačních skel
- vybrat dobře izolovaný rám okna
- provést správné osazení okna při montáži
- provést kvalitní vyplnění a utěsnění okenních spár
- chránit okno stínící systémy proti nadměrnému přehřívání v létě
Příspěvek představuje řešení oken dřevostavby rodinného domu, jejímž cílem bylo vytvořit energeticky šetrný dům, ve kterém by se dalo v klidu žít, relaxovat i pohodově pracovat.
Návrh okna
Návrh oken tvořil velmi důležitou část projektu pasivní dřevostavby. Z hlediska tepelných ztrát jsou okna a dveře nejslabší částí obvodového pláště, protože jimi uniká z vytápěného prostoru nejvíce tepla.
Snahou návrhu oken bylo správně zvolit jejich velikost, typ zasklení a orientaci na světové strany pro získávání slunečních zisků, které by převýšily jejich tepelné ztráty.
Podélné osa domu s minimálně členěným půdorysem 9 x 12 m je orientovaná tak, aby jižní prosklená fasáda využívala pasivní sluneční energii a navíc zprostředkovala dálkové pohledy na město. Plocha prosklení jižní fasády činí 2/3. Ostatní fasády jsou pro zajištění minimálních tepelných ztrát méně prosklené a účinně zateplené. Plocha jejich prosklení je cca 1/6.
Optimalizace návrhu byla ověřena výpočtem, který byl proveden pro varianty maximálního, minimálního a optimálního prosklení. Výpočet tepelných ztrát byl dále porovnáván ve variantách použití dvojskla a trojskla.
Pro výplň okenních otvorů byly použity vysoce kvalitní tepelně izolační okna s trojitým zasklením vyplněným argonem, jejichž součinitel prostupu tepla dosahuje včetně rámu 0,70 W/(m2K).
Okna byla navržená jako velkoplošná neotvíravá (1900 x 2750 mm), aby podíl plochy rámu, který vykazuje oproti vynikajícímu zasklení horší vlastnosti, byl co nejmenší. Rám okna byl zvolen dřevěný z thermohranolu smrk tl. 800 mm s výplní PUR. Výběr rámu upřednostňuje estetičnost a ekologičnost přírodního materiálu. V současné době jsou na trhu kvalitní dřevěné rámy profil SC Aitotherm s vyfrézovanými izolačními vzduchovými komorami.
Prosklenou stěnu s bezrámovým zasklením tvoří fasádní systém UNITHERM. Zasklení je provedeno izolačním trojsklem Ug=0,5W/m2K tl. 42mm (PT 6 / plast 12 / F1-kal 6 / plast 12 / PT 6, argon).
Mezi izolačními skly jsou teplé distanční rámečky z plastu, které mají nižší tepelnou vodivost a zajišťují teplejší okraje izolačních skel.
Termosnímky způsobu uložení skla do rámu prokázaly nevýrazný tepelný most. Velmi dobrých výsledků bylo dosaženo u bezrámového zasklení jižní stěny (systém UNITHERM). Nejkritičtějším místem prosklené fasády je rohové okno, které je technicky zvládnuté a díky tomu nevykazuje špatné tepelně-technické vlastnosti. Problém tepelného mostu se projevil u křídla vchodových dveří. Po reklamaci byla chyba odstraněna.
U pasivních domů hraje významnou roli propustnost slunečního záření zasklení g [%] určující kolik procent slunečního tepla (infračervená oblast slunečního záření) pronikne do interiéru a tvoří sluneční zisky. U použitého trojskla činí hodnota g 50%. Výpočtem bylo prokázáno, že při jihovýchodní orientaci domu vykazuje zasklení pozitivní energetickou bilanci, takže solární zisky tímto zasklením jsou v zimním období vyšší než ztráta tepla prostupem. Výpočet je ověřován provozem domu.
U zasklení dále sledujeme světelnou prostupnost zasklení (?s) a vnitřní povrchovou teplotu. U použitého typu zasklení se vnitřní dotyková teplota okenní tabule blíží teplotě vzduchu v místnosti a nezpůsobuje pocit chladu. Navíc jsou pod okny umístěny vyústky teplovzdušného vytápění a pro zabezpečení šíření chladu z venkovní strany v okraji skla byla použita dřevěná (teplá) zasklívací lišta. Kvalita zasklení se projevuje po ránu rosením venkovního skla. Naopak během provozu domu nedošlo v interiéru k nežádoucímu rosení kolem okraje skla.
Aby v létě nedocházelo k přehřívání vnitřního prostoru je prosklená stěna chráněna venkovní roletou s antireflexní vrstvou a pergolou s popínavou zelení, která není ještě v současné době vzrostlá. Byla zvažována i možnost zastínění pomocí fotovoltaických článků, které by domu umožnily další snížení energetické spotřeby. Dostatečnou akumulaci lehké dřevostavby zajišťuje železobetonový strop spodní vyzděné stavby suterénu.
Dům je v provozu od prosince 2008. I kdy zima 2009 byla velmi chladná a dlouhá a počet slunečních dnů byl malý, spotřeba elektrické energie na vytápění, ohřev TUV, vaření, praní a ostatní elektrospotřebiče byla menší než v projektu vypočtená potřeba el. energie pouze na vytápění. Menší spotřeba byla dosažena díky pasivním slunečním ziskům a přitápěním dodatkovým zdrojem (krbová kamínka na dřevo). V podstatě lze říct, že když svítilo slunce, rekuperační jednotka nepotřebovala dohřev elektrokotlem. Rovněž pokud se občas topilo dřevem, nebo se prováděly domácí práce (vaření, žehlení apod.) elektrokotel se automaticky vypínal.
Montáž oken
Výběru výplně otvorů, vypracování konstrukčních detailů a jejich finanční rozvaze byla věnována velká pozornost. Okno a dveře jsou vystaveny extrémním vnějším vlivům vlhkosti, prudkému dešti, sněhu, větru, mrazu, vysokým teplotám a UV záření. Přitom po celou dobu jejich životnosti musí být zajištěna jejich správná funkčnost. Sebelepší okna s vynikajícími tepelně technickými vlastnostmi však nebudou plnit svoji funkci, pokud bude nesprávně provedeno jejich osazení do konstrukce obvodového pláště.
Velkoplošná okna o rozměrech 1900 x 2750 mm jsou osazena do tepelné izolace blíž k vnějšímu líci pomocí žárově pozinkovaných konzol. Rám je tudíž obalen z vnější i vnitřní strany izolací a omezuje vzniku tepelného mostu, který způsobuje zvýšený tepelný tok podporující vznik plísní kolem rámu okna. Ke konstrukci obvodového pláště, který tvoří dřevěná sloupková konstrukce (technologie Bova-nail) s tepelnou hydrofobizovanou izolací AIRROCK ND o tloušťce 35 cm jsou okna bodově přichycena.
Při montáži bylo pečlivě provedeno zatěsnění připojovacích spár, aby nedošlo k zatékání do spáry, aby byla zajištěna její vzduchotěsnost a zároveň umožněno její účinné odvětrání, minimalizace kondenzátu uvnitř spár a umožněna dilatace okna v konstrukci.
Zatěsnění bylo provedeno ve třech úrovních:
- vnější těsnění - brání proniknutí dešťové vody do spáry při zachování paropropustnosti
- středové těsnění - zajišťuje tepelnou a zvukovou izolaci
- vnitřní těsnění - zajišťuje vzduchotěsnost a parotěsnost
Pro zatěsnění byly použity vhodné těsnící pásky, parotěsné zábrany a polyuretanová pěna, která slouží jako tepelná i protihluková izolace. Důkladně bylo také provedeno oplechování okna.
 |
 |
Obr.1,2 Velkoplošná okna jsou osazena pomocí ocelových konzol blíž k vnějšímu líci obvodového pláště.
Rám je obalen z vnější i vnitřní strany izolací. Distanční rámečky jsou z plastu.
 |
 |
Obr.3,4 Zatěsnění oken těsnícími páskami. Vzduchotěsnost byla ověřena "blow-door" testem.
 |
 |
Obr. 5, 6. Jihovýchodní prosklená plocha izolačním trojsklem Ug=0,5W/m2K pro zachycení maxima slunečního záření.
Pro letní zaclonění slouží roleta a pergola s popínavou zelení.
 |
 |
Obr. 7, 8. Pro správné fungování okna je zapotřebí provést jeho oplechování. Okno je součástí
interiéru a proto musí kromě ochrany tepla a úspory energie splňovat také požadavky estetické.
Nekvalitní montáž a nedostatečné utěsnění mezery mezi oknem a stavebním otvorem může výrazně snížit tepelněizolační a zvukověizolační vlastnosti celé okenní konstrukce i správné fungování pasivního domu. Proto výběru firmy, která okna vyráběla a prováděla jejich montáž byla věnována patřičná pozornost. Náročné bylo již samotné dopravení velkoformátových těžkých trojskel (1900 x 2750 mm, 3500 x 660 mm) na stavbu, která se nachází v prudkém svahu. Aby se zabránilo nekvalitní práci byl při montáži oken a po celou dobu výstavby domu zajištěn autorský dozor projektanta a technický dozor stavebníka. Prověření vzduchotěsnosti oken bylo ověřeno "blow - door" testem a termokamerou.
Pro dosažení zdravého vnitřního prostředí takto vzduchotěsného domu, je v domě instalováno řízené větrání s rekuperací tepla, které zajišťuje účinné větrání i bez nutnosti otevírání oken. Řízené větrání zabraňuje tvorbě plísní, zamezuje kondenzaci vodní páry obsažené ve vzduchu a prodlužuje životnost dřevěných oken. Použitím neotvíravých oken se snížily tepelné ztráty a snížily se i náklady na jedno okno cca o 25%. Příčné přirozené větrání domu je umožněno dvěma balkonovými dveřmi (otvíravými a sklopnými).
Závěr
Okna pasivního domu patří k technicky nejkomplikovanějším konstrukcím stavby. Musí zajistit optimální denní osvětlení interiéru, zabezpečit co nejmenší tepelné ztráty a využít pasivních slunečních zisků. Tyto zisky při jižní orientaci a kvalitního typu zasklení mohou od prosince do února převýšit tepelné ztráty okna a přispět výrazně k finančním úsporám na vytápění. Kvalitní okna navíc zlepší tepelnou a zvukovou pohodu v interiéru a pozitivně ovlivní vnitřním prostředí domu. Dobré kvalitní okno pro pasivní dům není přepychem, ale stává se nutností. Přestože jejich pořízení není malá investice, není vhodné šetřit, protože nekvalitní okna výrazně sníží efektivitu dobře zatepleného obvodového pláště. Při výběru okna je rozhodující součinitel prostupu tepla skla i rámu. U zasklení je potřeba také sledovat propustnost slunečního záření. Velký důraz musí by měl být kladen na správné osazení okna do konstrukce a jeho dobré utěsnění, aby nedocházelo k úniku tepla a tím se neznehodnotila sebelepší izolace obvodových stěn.
Při návrhu oken je zapotřebí sledovat nejen energetický přínos, ale brát zřetel i na estetickou stránku. Přestože výběr typu okna ovlivňuje druh stavby, osobní požadavky a finanční možnosti, vypovídají okna o způsobu životního stylu i dobrém vkusu těch, kteří za nimi žijí. Okno je okem domu, dotváří architekturu stavby a ovlivňuje charakter interiéru.
Současně je zapotřebí si uvědomit, že okna v pasivním domě budou dobře fungovat, pokud bude kvalitně realizován správný návrh a pokud i stavebník bude okna správně využívat a provádět jejich údržbu.
Windows have always been considered a construction surface that had to allow in enough day light and at the same time, protect the interior from wind and rain. Windows protected the house from the outside world, while at the same time enabling communication. The technical capabilities, along with the climatic and economic conditions of different historical periods shaped the appearance of the windows, which also helped create the different architectural styles. The proportions, materials and the segmentation of windows on the façades were also influenced by geographical location, cultural influences and regional aesthetics. The height and width relationships in windows, and their relationship with the total area of the walls, the appropriate width of the interior posts and other similar parameters where basics of the compositional works. Much attention was paid to the fine details. Window openings were framed with various decorative ornaments. The windows of a passive house are among the most complicated structures of the building.