Štúdia úspor pri vykurovaní vplyvom zasklenia so zvýšenou priepustnosťou energie slnečného žiarenia
© Fotolia.com
Štúdia potreby tepla na vykurovanie pri rodinnom dome v závislosti od tepelnotechnických a optických vlastností okien s trojsklami a kvantifikácia potreby tepla na vykurovanie.
1. Úvod
Na okná po roku 2016 pri ultranízkoenergetických budovách sa uplatňuje požiadavka podľa STN 73 0540-2: 2012 na úrovni Uw ≤ 1,0 W/(m2.K). Kvantifikácia len podľa tepelnoizolačnej hodnoty vyjadrenej súčiniteľom prechodu tepla však nič nehovorí o optických a ďalších fyzikálnych vlastnostiach, ktoré by malo okno a jeho komponenty mať napríklad pri budovách iba vykurovaných a budovách s celoročne upravovaným vnútorným prostredím napríklad s klimatizáciou. Popri kvantifikácii U-hodnoty okna, však treba v tepelných bilanciách budov a pri stavebno-fyzikálnom hodnotení zohľadniť aj svetelnú priepustnosť zasklenia a celkovú priepustnosť energie slnečného žiarenia g-hodnotu (solárny faktor zasklenia).
2. Nízkoemisné trojsklá
Jednotlivý výrobcovia označujú číre sklá obchodnými názvami. Saint Gobain používa názov Planilux a AGC používa názov Planibel. Oxid železitý, ktorý tieto sklá obsahujú spôsobuje zelené zafarbenie sklenej hmoty a viacej sa prejavuje pri hrubších tabuliach skla. Novšie výrobky od výrobcu Saint Gobain používajú čírejšiu sklovinu. Väčšia čírosť skloviny znamená, že sklo nemá také intenzívne zelené zafarbenie (sklovina je menej zelenkavá). Tieto sklá označuje tento výrobca názvom Planiclear. Platí, že súčasne so zlepšením transparentnosti skloviny cena zostáva rovnaká. Pri použití v dvoj- a trojsklách sú dosiahnuté parametre lepšie v porovnaní s pôvodnou sklovinou Planilux – umožňuje to dosiahnuť vyšší prestup svetla aj vyšší solárny faktor (g-hodnotu).
Stavebný trh s trojsklami v Európe sa nestále zvyšuje. V niektorých krajinách dosahuje podiel až 50 % a viac. V poslednom období sa na trhu výrobkov izolačných trojskiel objavili trojsklá ktoré kombinujú sklá so zvýšenou priepustnosťou svetla a energie slnečného žiarenia s nízkoemisnými sklami tak, aby integrálna hodnota priepustnosti energie slnečného žiarenia (g-hodnota) bola väčšia ako pri bežnom trojskle. Zvýšená priepustnosť energie slnečného žiarenia a činiteľa svetelnej priepustnosti v izolačnom trojskle sa dosahuje použitím buď:
- extra číreho skla typu Diamant alebo Planiclear (Saint-Gobain Glass), alebo Planibel Clear (AGC)
- spektrálne selektívneho povlaku, ktorý má síce vyššiu emisivitu a tým mierne zvyšuje U-hodnotu zasklenia, ale má aj vyššiu g-hodnotu. To sú sklá Planitherm Lux alebo Planitherm XN (Saint-Gobain Glass).
2.1 Predmet prípadovej štúdie
Predmetom tejto prípadovej štúdie je analýza potreby tepla na vykurovanie v rodinnom dome pri alternatívnej voľbe zasklenia. Ako porovnávacia vzorka je zasklenie na dnes bežne používané PLANITERM ULTRA N v porovnaní s nízkoemisným selektívnym povlakom PLANITERM LUX. Výpočtom sa analyzuje potreba tepla na vykurovanie pre rodinný dom zasklený izolačným trojsklom:
- Climatop Ultra N
- Climatop LUX.
Planiterm Lux je nový nízkoemisný povlak, ktorý býva aplikovaný na číre sklo Planilux. Má tú vlastnosť, že má zvýšenú priepustnosť energie slnečného žiarenia a zvýšenú priepustnosť denného svetla. Cieľom štúdie je vyšpecifikovať rozdiely v tepelnej bilancii budov na bývanie, pri zasklení s trojsklami s rozličnými optickými vlastnosťami. Tepelnotechnické a optické vlastnosti izolačných trojskiel sú v tabuľke 1. Trojsklo Climatop Lux má síce vyššiu Ug hodnotu, ale pritom má zvýšenú priepustnosť energie slnečného žiarenia podľa tabuľky 1.
| Charakteristiky | Trojsklo Climatop Ultra N | Trojsklo Climatop Lux |
|---|---|---|
| Vonkajšie sklo | Planiterm Ultra N | Planiterm Lux |
| Stredné sklo | Planilux | Planilux |
| Vnútorné sklo | Planiterm Ultra N | Planiterm Lux |
| Rozmer v mm | 4-14-4-14-4 | 4-14-4-14-4 |
| Plyn | 90% Argon | 90% Argon |
| Umiestnenie povlaku | Pozícia 2 a 5 | Pozícia 2 a 5 |
| τL | 0,71 | 0,73 |
| g-hodnota | 0,50 | 0,62 |
| Ug vo W/(m2‧K) | 0,6 | 0,7 |
Zjednodušenie by sme mohli postaviť otázku pri analyzovaní vplyvu týchto dvoch zasklení do budov na bývanie takto: „Ktoré zasklenie je pre vykurovanú budovu výhodnejšie?
- Ug = 0,6 W/(m2.K) s g = 0,50 alebo,
- Ug = 0,7 W/(m2.K) s g = 0,62?“
Pritom ide o porovnávanie dvoch identických trojskiel v rovnakej rozmerovej vzorke, teda 4-14-4-14-4 mm. Pritom trojsklo Climatop Lux je drahšie o cca 2 Eurá/m2.
Budova rodinného domu je uvažovaná v priestorových parametroch ako dvojpodlažný nepodpivničený dom s plochou strechou. Tepelnotechnické vlastnosti nepriesvitných konštrukcií stien striech a podláh sú navrhnuté tak, aby spĺňali požiadavky na tepelnoizolačné vlastnosti v STN 73 0540-2. Priestorové a plošné parametre sa uvažujú podľa obr. 1 a 2.
Obr. 1 Pôdorys rodinného domu
Obr. 2 Rez rodinného domu
| Konštrukcia | U vo W/(m2‧K) |
|---|---|
| Steny | 0,202 |
| Strecha | 0,149 |
| Podlaha na teréne | 0,229 |
| Vstupné dvere | 1,6 |
Transparentné konštrukcie otvorových výplní sa uvažovali s týmito tepelnotechnickými a optickými vlastnosťami:
- rámová konštrukcia okien Uf = 1,0 W/(m2‧K),
- pohľadová výška a šírka profilu 119 mm.
Dištančný profil izolačného trojskla swisspacer V s hodnotou Ψg = 0,032 W/(m.K)
U-hodnota okna sa určila pre každý rozmer okna podľa STN EN ISO 10077-1. Tieto sú uvedené v tabuľke 3.
| Okná | šírka | výška | plocha v m2 | Uw pre Ug = 0,6 | Uw pre Ug = 0,7 |
|---|---|---|---|---|---|
| JZ | 3,2 | 1,4 | 4,48 | 0,78 | 0,85 |
| 3,2 | 1,4 | 4,48 | 0,78 | 0,85 | |
| 2,15 | 2,6 | 5,59 | 0,77 | 0,85 | |
| 3,6 | 2,6 | 9,36 | 0,73 | 0,81 | |
| JZ = | 23,91 | 0,76 | 0,83 | ||
| SZ | 2 | 1,4 | 2,80 | 0,82 | 0,89 |
| 0,9 | 0,7 | 0,63 | 0,92 | 0,97 | |
| 0,9 | 0,7 | 0,63 | 0,92 | 0,97 | |
| SZ = | 4,06 | 0,85 | 0,91 | ||
| JV | 3,2 | 1,4 | 4,48 | 0,78 | 0,85 |
| 2,15 | 2,6 | 5,59 | 0,77 | 0,85 | |
| 1,8 | 2,6 | 4,68 | 0,74 | 0,82 | |
| JV = | 14,75 | 0,76 | 0,84 | ||
| SV | 2,4 | 0,7 | 1,68 | 0,86 | 0,92 |
| 0,84 | 0,7 | 0,588 | 0,93 | 0,97 | |
| 2,4 | 0,7 | 1,68 | 0,86 | 0,92 | |
| 0,96 | 2,2 | 2,112 | 0,81 | 0,88 | |
| 0,7 | 0,7 | 0,49 | 0,96 | 1 | |
| 1 | 1,5 | 1,5 | 0,83 | 0,89 | |
| SV = | 8,05 | 0,85 | 0,91 | ||
3. Analýza potreby tepla na vykurovanie
Výpočet potreby tepla na vykurovanie podľa STN 73 0540: 2002 uvažoval tieto plošné a priestorové parametre rodinného domu:
- Podlahová plocha Ab = 260,8 m2, obostavaný objem budovy Vb = 821 m3
- Faktor tvaru budovy = 0,684 m2/m3
- Plocha teplovýmenného obalu budovy ∑Ai = 561,26 m2
Výpočtom určená merná potreba tepla na vykurovanie podľa STN 73 0540-4 [2] rodinného domu zaskleného trojsklom pri normalizovaných podmienkach hodnotenia uvažovala:
- počet dennostupňov D = 3422 K‧deň,
- dostupnú energiu slnečného žiarenia uvažovanú podľa STN 73 0540-3 [2] s pomerne konzervatívnymi hodnotami (napríklad južná orientácia 320 kWh/(m2 a VS), východná a západná orientácia 200 kWh/(m2 a VS), severná orientácia 100 kWh/(m2 a VS).
Obr. 3 Merná potreba tepla na vykurovanie RD s trojsklom Climatop Ultra N a Climatop Lux
Merná potreba tepla na vykurovanie pri normalizovaných podmienkach hodnotenia je:
- Pri trojskle Climatop Ultra N je E2 = 59,5 kWh/(m2‧rok)
- Pri trojskle Climatop Lux je E2 = 58,1 kWh/(m2‧rok)
- Úspora je 1,4 kWh/(m2‧rok)
Výpočtom určená potreba tepla na vykurovanie rodinného domu zaskleného trojsklom:
- 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
4. Záver
Z hľadiska potreby tepla na vykurovanie sa potvrdil pozitívny vplyv izolačného trojskla so zvýšenou priepustnosťou slnečného žiarenia na zníženie potreby tepla na vykurovaní. Prípadová štúdia uvažovala rodinný dom s oknami viacmenej rovnomerne rozloženými na všetky svetové strany. Teda pri znížených tepelných stratách ulzranízkoenergetických budov sú výhodnejšie izolačné trojsklá so zvýšeným solárnym faktorom, ktorý umožňuje vyššie uplatnenie pasívnych solárnych ziskov. Použitie trojskiel so zvýšenou g-hodnotou v budovách na bývanie je založené na predpoklade, že by mali byť navrhnuté tak, aby nebolo treba zabezpečovať ich tepelnú pohodu v letnom období klimatizáciou. Teda sa predpokladá využitie prostriedkov slnečnej ochrany okna, tepelnej zotrvačnosti vnútorných konštrukcií a účinné vonkajšie tienenie zasklených plôch. Táto požiadavka sa uplatňuje všeobecne. Teda nepredpokladá sa vyriešenie prehrievania budov v letnom období tak, že znížime g-hodnotu zasklenia celoročne a zabezpečíme „tienenie sklom“, ale predpokladá sa sezónne tienenie prostriedkami slnečnej ochrany okna, tak aby sa zabezpečili požiadavky na tepelnú stabilitu miestností v letnom období.
Literatúra
- Chmúrny, I.: Zasklenia so zvýšenou priepustnosťou slnečnej energie. OKNOviny č. 1, 2014
- Saint Gobain: ssg Planiterm XN, ssg Planiterm XN II.
- Chmúrny, I.: Ultra thin glass membranes for advanced glazing of nZEB. Advanced Materials Research, vol. 899 (2014), p. 470–473
Case study of the energy need for heating of a family house depending on the thermal and optical properties of windows with triple glazing and the quantification of heat demand for heating.