Okno pasivního domu ve zcela novém designu
Článek se zabývá konstrukcí okna pro pasivní domy, a to z pohledu stávajícího stavu i vize do budoucna. Popisuje konstrukci oken pro pasivní domy, certifikovanou institutem PHI. Ukazuje i konstrukci okna budoucnosti pro pasivní domy, kdy rám okna překrývá hranu zasklení.
1 Úvod
Pasivní dům a energeticky úsporná okna jsou neoddělitelně navzájem spojeny a společně slouží už více než deset let vynikajícím způsobem. Wolfgang Feist od počátku připisuje oknům v koncepci pasivního domu klíčovou roli. „Vyžaduje se zde vysoká kvalita, aby i bez vytápění byla tepelná pohoda v blízkosti fasády hodnocena velmi dobře.“ Tato vyšší kvalita je vyjádřena součinitelem prostupu tepla pro zabudované okno Uw osazení < 0,85 W/m²K.
„Tato okna se dokonce stávají radiátory pro obytný prostor jakoby vedlejším účinkem.“ Těmito dvěma větami podnítil Wolfgang Feist – a tedy nikoliv vedlejším účinkem – generační výměnu ve středoevropském konstruování oken. Zpočátku bylo okno pasivního domu širokými masami výrobců oken odmítáno jako degenerovaný druh jak z hlediska energetické účinnosti, tak i ohledně rozměrů. Několik inovativních malých a středních podniků však rozpoznalo příležitost, jak tomuto oknu typu „low interest product“ (produktu nízkého zájmu) dopomoci k novému uplatnění, a s ohledem na základní principy, které v roce 1998 stanovil a zveřejnil Jürgen Schnieders, tyto firmy uvedly na trh inovovaná okna a nechaly si je Institutem PHI certifikovat. Dnes je na trhu k dispozici hodně přes osmdesát typů oken ve standardu PD certifikovaných Institutem PHI a žádný výrobce oken si již nemůže dovolit uzavírat se před nutnou akceptací této nové generace oken. Okno nastoupilo svou vítěznou dráhu jako vytápění budoucnosti.
Po více než deseti letech praxe a šestimístném počtu vyrobených oken ve standardu pasivního domu je na čase znovu přehodnotit základní strukturu okna pasivního domu. 37. zasedání pracovní skupiny cenově výhodných pasivních domů poskytlo potřebné podklady. Vysoké tepelné ztráty způsobené zpočátku používaným materiálem pro okrajový rámeček nevyhnutelně vedly k širokým a tedy ne příliš krásným okenním rámům. To je v rozporu s architektonickým požadavkem používat štíhlá a tedy krásná okna. Také průběžné izolační vrstvy v konstrukci rámu podporují neohrabaný vzhled těchto oken. Okno pasivního domu budoucnosti by mělo dosahovat parametrů pasivního domu štíhlými profily a z toho plynoucími vyššími solárními zisky. Optimalizované vestavěné okenní rámy tím budou patřičně levnější a za okno ve standardu PD již v dohledné době nebude nutno vydávat peníze navíc.
2 Okno pasivního domu včera, dnes a zítra
2.1 Klasické okno pasivního domu
Obr. 1: Klasické okno pasivního domu s průběžnou izolační vrstvou uspořádanou v jedné rovině, s hluboko zapuštěným sklem, teple obalené trojité izolační sklo bez velkých dutin, probíhajících ve směru tepelného toku
Podle základních principů, které stanovil roku 1998 Jürgen Schnieders (PHI), existuje dnes více než sedmdesát typů okenních konstrukcí s klasickým certifikátem pro okenní rámy. Téměř všechny tyto konstrukce mají velmi širokou skladbu rámu od 130 mm do 169 mm. Tyto široké a ne příliš vzhledné okenní rámy ani neodpovídají přání získat architektonicky atraktivní řešení, ani jejich výroba není levná. Široké rámy mají za následek malou plochu skla a tím i nízké solární zisky. Tato okna můžete nalézt na adrese www.passiv.de v sekci certifikace v rubrice okenní rámy.
2.2 Certifikát pro odzkoušené napojení okna
Obr. 2: Klasický certifikát oken požaduje součinitel prostupu tepla bez tepelných ztrát osazením Uw = 0,80 W/m²K a s osazením Uw = 0,85 W/m²K. První požadavek 0,80 W/m²K bez montážní spáry odpadá u certifikátu „odzkoušené napojení okna“. Okno s tímto certifikátem lze nalézt na www.pasiv.de v sekci „Certifikace“, „Certifikované produkty“, „Stěnové a stavební systémy“, „Napojení oken“.
Certifikát „odzkoušené napojení okna“ se uděluje oknům zabudovaným ve zcela zvláštní stěnové konstrukci a je platný pouze pro tento případ osazení (Obr. 2). Když tedy bude okno zabudováno tepelně obzvláště výhodným způsobem, můžeme v základní konstrukci téměř upustit od některých jeho izolací. To platí zejména pro rám. Výhody obvykle spočívají v dosažení větší prosklené plochy, z toho plynoucím zvýšení solárních zisků a v dosažení výrazně nižších výrobních nákladů. Zvláštní pozornost je třeba věnovat uspořádání sloupků a paždíků u těchto okenních systémů. Po výrobcích se požaduje, aby pro tyto konstrukční detaily pracovali na vývoji nových řešení, kvalitnějších z hlediska tepelněizolačních schopností.
2.3 Vize
Obr. 3: Výňatek ze sborníku 4. Konference o PD v Kasselu 2000
Na 4. Konferenci o pasivních domech v březnu 2000 představil Jürgen Schnieders (PHI) designovou studii tepelně mimořádně kvalitního okenního rámu ze dřeva (obr. 3).
Jürgen Schnieders píše ve svém příspěvku: „Nečiníme si nároky na cenově výhodnou proveditelnost a použitelnost vyobrazeného řezu přesně v tomto tvaru. Krycí rám je před křídlem protažen nahoru, takže rám může být na montážní straně překryt izolací až po hranu skla.“ Doplníme-li myšlenky Jürgena Schniederse ještě o účinnost velmi úzkého rámu a o princip KISS (Keep it simple, stupid = dělej to jednoduché, pro hloupé), vznikne uspořádání krycího rámu, křídla a skla znázorněné na obr. 4.
Obr. 4: Uspořádání hranolu a desky pro krycí rám a hranolu pro křídlo představuje minimální požadavek na budoucí okno ve standardu PD. Vpravo vidíme schéma okna v otevřené poloze. Výrobce oken to nazývá plošně lícujícím designem okna. Taková okna mohou být užší o 30 mm, protože jindy obvyklý přesah křídla v otevřeném stavu už nezasahuje do krycího rámu. Tato konstrukce v novém designu si však vyžádala vývoj nového typů kování. Dnes najdeme vhodné řešení u většiny významných výrobců kování.2.4 Porovnání
Obr. 5: Enormní zlepšení spotřeby tepla na vytápění u nové generace oken je na první pohled překvapující. K významnému snížení tepelných ztrát prostupem se přičítají solární zisky zvýšené díky úzkým rámům, které jsou zde již poníženy o „faktor využití volného tepla“.
Pro srovnání účinnosti tří zástupců různých generací oken ve standardu PD uvádíme exemplárně spotřebu tepla na vytápění na příkladech dvou domů na obr. 5.
2.5 Závěr
Tepelné ztráty prostupem u různých oken jsou smysluplně reprezentovány součinitelem Uw zjištěným v rámci certifikace. Schopnost okenního systému propustit solární zisky přes úzký rám do budovy se na druhé straně v součiniteli Uw neprojevuje. Projektanti PD musejí tuto důležitou vlastnost u daného produktu rozpoznat vyhodnocením různých variant v PHPP. Z toho vyplývá jako užitečné, aby kromě energetického kritéria zasklení bylo zavedeno také energetické kritérium pro okenní systém.
3 Kritérium energetické účinnosti pasivního domu PHI a příslušné třídy účinnosti
Rámy s dobrými hodnotami součinitele U a nízkými hodnotami činitele prostupu tepla okrajem skla Ψ minimalizují tepelné ztráty. Úzké rámy maximalizují solární zisky.
Jak můžeme tyto vlastnosti shrnout a vyhodnotit?
Obr. 6: Grafické znázornění jednotlivých tříd účinnosti při dnešní certifikaci oken vyhovujících standardu PD.
Počátkem roku 2011 zavádí Institut PHI kritérium energetické účinnosti pasivního domu Ψopak (pro neprůhledné konstrukce). Ψopak je možno vypočítat z parametrů okna, které jsou pro energetickou bilanci tak jako tak potřebné.
| Ψopak [W/(mK)] | Třída účinnosti PD | Označení | |
|---|---|---|---|
| ≤ 0,065 | phA+ | Very advanced component | Velmi pokročilá konstrukce |
| ≤ 0,110 | phA | Advanced component | Pokročilá konstrukce |
| ≤ 0,155 | phB | Basic component | Základní konstrukce |
| ≤ 0,200 | phC | Certifiable component | Certifikovatelná konstrukce |
| Not suitable for passive houses | Pro pasivní domy nevhodné | ||
Uw osazení < 0,85 W/m²K jako neodmyslitelné povinné kritérium.
4 Příklad z praxe
Okno SmartWin je certifikováno Institutem PHI ve třídě energetické účinnosti A a vykazuje v každé třídě nejlepší hodnoty v označení CE. Takových oken už byly nainstalovány stovky.
Obr. 7: Vlevo: Řez z boku a shora novým oknem s pohledovou šířkou 86 mm. Červený hliníkový profil je integrovaným profilem pro ostění s integrovanou těsnící páskou.
Vpravo: Znázornění izoterm u spodního profilu s izolací v dešťové drážce. Okno splňuje kritéria klasického certifikátu okna součinitelem Uw = 0,79 W(m²K) a dosahuje tím třídy energetické účinnosti A.
5 Výhled
Institut PHI dosud vystavil více než deset certifikátů ve třídě energetické účinnosti A. Tím bylo odzvoněno drahým a neforemným pasivním oknům. Můžeme doufat, že zbývající inovativní výrobci oken ve standardu PD budou tyto nové trendy následovat. Další potenciál vylepšení spočívá ve vypracování vnějšího ostění ve spojení s překrývající izolací profilů sloupků a příčníků. Vzájemnou spoluprací mezi projektanty, staviteli domů a výrobci oken bude možno zvýšit účinnost pasivních oken ještě dále nad možnosti zde prezentované.
6 Literatura
- [Schnieders 2000] Sborník 4. Konference PD Kassel
- [Feist 1998 ] Pasivhausfenster Protokollband Nr.14
- [Feist 2008] Pasivhausfenster Protokollband Nr.37
- [Kaufmann 2008] Pasivhausfenster Protokollband Nr.37
- [Freundorfer 2008] Pasivhausfenster Protokollband Nr.37
This paper describes the construction of window for passive houses, from the perspective of current status and vision for the future. Describes the design of windows for passive houses, certified by PHI in germany. Also shows the future design of windows for passive houses, where the window frame overlaps the edge of window glazing.