Drevené okná do nízkoenergetických a pasívnych domv

Tepelnotechnické požiadavky na stavebné konštrukcie a budovy sa neustále sprísňujú. Dôvodom ich sprísňovania je celospoločenská, ako aj individuálna zodpovednosť za zachovanie prostredia vhodného na život aj pre budú­ce generácie. Do tohto konceptu zapadajú energeticky hospodárne budovy s nižšími nárokmi na vykurovanie, ekolo­gic­ký prístup k výstavbe, nízka spotreba energetických zdrojov a nízka hodnota produkcie skleníkového plynu CO2. Do popredia sa tak dostáva energeticky efektívna a ekologická výstavba, rekonštrukcie a obnova budov, vďaka ktorým sa vytvára hygienicky neškodné prostredie na bývanie.

Stanovenými tepelnotechnickými kritériami na obalové konštrukcie budovy podľa platných noriem sa zabezpečuje splnenie základných požiadaviek a kritérií na stavby, ako sú minimálne tepelnoizolačné vlastnosti konštrukcií, hygienické kritérium (minimálna výmena vzduchu a vnútorná povrchová teplota) a maximálna potreba tepla na vykurovanie. Súčasťou obalových konštrukcií budovy sú aj otvorové výplne – okná, exteriérové (vchodové) dvere, balkónové a terasové dvere, svetlíky, zasklené steny a obytné zimné záhrady.

S vyššími tepelnotechnickými požiadavkami na navrhovanie a výstavbu energeticky úsporných, nízkoenergetických, energeticky pasívnych domov a nulových budov sa kladie veľký dôraz aj na tepelnotechnickú kvalitu výplňových konštrukcií stavebných otvorov, zasklených stien a obytných zimných záhrad. Aby boli výrobky okennej konštrukcie vhodné do takýchto budov, musia spĺňať príslušné požiadavky na tepelnotechnickú kvalitu. Musia vykazovať príslušnú hodnotu súčiniteľa prechodu tepla okna UW, povrchové teploty nad kritickou teplotou rosného bodu a byť schopné zabrániť vzniku plesní v kritických miestach. Dôležité sú aj dizajn a cena.

Požiadavky na úroveň tepelnotechnických vlastností okenných konštrukcií súvisia s požadovanou úrovňou realizácie energetickej hospodárnosti budovy, respektíve s energetickými kategóriami budov.

Energetické druhy budov
V platnej STN 73 0540: 2012 (Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky) sa ustanovujú z hľadiska rôznej úrovne energetickej hospodárnosti tieto energetické druhy budov:

• energeticky úsporná budova – budova so stavebnými úpravami, ktoré zabezpečujú zníženie potreby tepla na vykurovanie v porovnaní s pôvodným stavom budovy a splnenie hygienických požiadaviek na tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií. Uvedenej podmienke vyhovujú v minulosti čiastočne obnovované budovy, teda energeticky úsporné budovy spĺňajúce energetické kritérium podľa STN 73 0540-2: 2002 na obnovované budovy;
• nízkoenergetická budova – budova, ktorej potreba tepla na vykurovanie je aspoň o 50 % menšia, ako má bežná budova existujúceho fondu budov. Bežnou budovou existujúceho fondu sa rozumie budova postavená po roku 1983 s tepelnotechnickými vlastnosťami podľa technických predpisov platných do roku 1992, teda podľa ČSN 73 0540: 1979.
• ultranízkoenergetická budova – budova navrhnutá tak, aby maximálna potreba tepla na vykurovanie ovplyvnená tepelnotechnickými vlastnosťami stavebných konštrukcií nebola vyššia ako polovica potreby tepla na vykurovanie určenej pri nízkoenergetických budovách;
• budova s takmer nulovou potrebou energie – budova s veľmi vysokou energetickou hospodárnosťou, v prípade ktorej sa potrebné takmer nulové alebo veľmi malé množstvo energie na prevádzku dosiahne efektívnou tepelnou ochranou a vo vysokej miere sa zabezpečí energiou dodanou z obnoviteľných zdrojov nachádzajúcich sa v budove alebo v jej blízkosti. Preukázať dosiahnutie nulovej potreby energie budovy nie je možné podľa potreby energie (tepla) v budove, ale podľa hodnotenia primárnej energie.

Na obrázkoch sú znázornené izotermy. Izoterma s hodnotou 10 °C sa nachádza vnútri všetkých konštrukcií rámov, teda teplota rosného bodu 10,18 °C sa na povrchu konštrukcií nedosiahla.

Súčiniteľ prechodu tepla UW
Vonkajšie okná a dvere bytových a nebytových budov musia mať súčiniteľ prechodu tepla konštrukcie UW ≥ UW, N. Hodnota UW je výpočtová hodnota (W/(m² . K)), rovnajúca sa nameranej hodnote alebo vypočítaná z nameraných hodnôt zasklenia a rámu konštrukcie podľa STN EN ISO 10077-1 a STN EN ISO 10077-2.

Uvedený vzťah primerane platí pri požiadavke na maximálnu hodnotu alebo odporúčané hodnoty prechodu tepla. Hodnotu UW možno uvažovať ako výpočtovú hodnotu pri konkrétnom výrobku, ak ju stanovilo akreditované laboratórium. Ak nie sú k dispozícii skutočné vlastnosti, môže sa uvažovať UW pri zabudovaných oknách a dverách existujúcej výstavby do roku 1992 podľa STN 73 0540-3.

Normalizované hodnoty UW, N podľa STN 730540: 2012 sú uvedené v tab. 1, v ktorej sa uvádzajú aj maximálne a odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla pri oknách a dverách zohľadňujúce rôzne úrovne potreby tepla na vykurovanie.

Normalizované (požadované) hodnoty súčiniteľa prechodu tepla konštrukcie U podľa tabuľky, stanovené pri nových nízkoenergetických bytových a nebytových budovách, sú kritériom minimálnych tepelnotechnických vlastností stavebných konštrukcií. Požiadavky na nízkoenergetické budovy majú splniť aj obnovované budovy, ak je to funkčne, technicky a ekonomicky uskutočniteľné. Najvyššia prípustná hodnota súčiniteľa prechodu tepla stavebných konštrukcií obnovovaných budov je stanovená požiadavkami na energeticky úsporné budovy.

Tab. 1  Požadované UW vonkajších otvorových konštrukcií

^{1) Platí v prípade budov, na ktorých sa čiastočné stavebné úpravy vykonali už v minulosti.
2) Požiadavky neplatia pri celozasklených obvodových plášťoch.}

Na obrázkoch, ktoré znázorňujú priebeh teplotných polí, možno lepšie porovnať deformáciu teplotných polí, pričom najmenšia je pri vlyse 110 PUR a najväčšia pri vlyse s hrúbkou 78 mm na báze dreva.

Energetické druhy budov a odborná zhoda
Vo všeobecnejšom zmysle odbornej zhody možno rozlišovať budovy z hľadiska mernej potreby tepla na vykurovanie ako energeticky náročné, štandardné, energeticky úsporné, nízkoenergetické a pasívne domy. Uvedené budovy sa vyznačujú určitými hraničnými hodnotami mernej potreby tepla na vykurovanie v porovnaní so súčasnými požiadavkami podľa platných noriem, napríklad STN a podobne. Ročná plošná merná potreba tepla na vykurovanie QA v energeticky štandardnom dome je 70 až 100 (130) kWh/(m² . a), v energetickom úspornom dome je 50 až 70 kWh/(m² . a), v nízkoenergetickom dome (NED) nepresahuje 50 kWh/(m² . a) a v pasívnom dome (EPD) nepresahuje 15 kWh/(m² . a).

V energeticky úspornom a nízkoenergetickom dome sa využíva vykurovací systém. Pasívny dom (EPD) sa môže realizovať bez klasickej vykurovacej sústavy.

Obvodový plášť týchto obytných domov (podlaha, 1. NP, obvodové steny, strecha a podobne) musí byť dobre tepelne izolovaný a jednotlivé konštrukcie musia spĺňať patričné hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U. Najslabším článkom obvodového plášťa sú okná. Aké hodnoty súčiniteľa prechodu tepla UW musia spĺňať okná v jednotlivých energetických typoch budov, je uvedené v tab. 2 [1].

Tab. 2  Odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla v nízkoenergetických a pasívnych domoch

Okná používané napríklad pri realizácii nízkoenergetických domov (NED) so súčiniteľom prechodu tepla UW ≤ 1,2 W/(m² . K) sú pri energeticky pasívnych domoch (EPD) nevyhovujúce. V ich prípade sa musia použiť okná s UW ≤ 0,8 W/(m² . K). Aby okno ako celok dosiahlo túto hodnotu súčiniteľa prechodu tepla, musia vlysy okenného rámu a krídla dosiahnuť hodnotu UF < 1,0 W/(m² . K). Pri vlysoch na materiálovej báze dreva ide napríklad o špeciálne eurohranoly s hrúbkou nad 70 mm, pričom strednú lamelu nahrádza vysokoúčinná tepelná izolácia, respektíve možno v drevenom vlyse vytvoriť aj vzduchové dutiny (vrstva suchého vzduchu v malej dutine má dobré izolačné vlastnosti).

Rozhodujúci vplyv na tepelnoizolačné vlastnosti okna má jeho zasklenie, ktoré tvorí 70 až 80 % plochy okna. Aby okno ako celok dosiahlo súčiniteľ prechodu tepla UW ≤ 0,8 W/(m² . K) a získalo certifikát, ktorý potvrdzuje jeho vhodnosť do energeticky pasívnych domov, malo by túto hodnotu dosiahnuť so zasklením, ktorého hodnota súčiniteľa prechodu tepla Ug = 0,7 W/(m² . K).

Samozrejme, zasklenie dosahuje aj nižšie hodnoty (podľa typu a výrobcu zasklenia) – Ug < 0,6 až 0,4 W/(m² . K). Uvedenú hodnotu môže dosiahnuť izolačné trojsklo so selektívnymi vrstvami a vyplnené kryptónom alebo takzvaným tepelným zrkadlom s dvoma špeciálnymi fóliami.

Cez konštrukciu okna (styk krídla a rámu) sa na rozdiel od plnej časti obvodovej steny infiltruje do budovy v zimnom období vzduch, čo spôsobuje ďalšie tepelné straty. Pri oknách s dvomi tesneniami (interiérové a stredové) a kvalitným celoobvodovým kovaním sú tepelné straty spôsobené infiltráciou vzduchu veľmi nízke.

V pasívnych domoch sa výmena vzduchu navrhuje a riadi kontrolovaným spôsobom, prostredníctvom výmenníka vzduchu s rekuperáciou tepla. Výmena vzduchu cez okná nie je nevyhnutná. Preto by väčší podiel mali mať okná s pevným zasklením a s nulovou infiltráciou vzduchu. Časť okien v pasívnom dome by mala byť otváravá. Styk okenného krídla a rámu má byť v prípade otváravých okien dostatočne tesný, aby nevznikali nijaké tepelné straty v dôsledku prúdenia vzduchu. Tepelné straty cez okná v pasívnych domoch by sa tak uskutočňovali len vedením cez konštrukciu okna. V energeticky pasívnych domoch je dôležitá aj ochrana proti tepelnému účinku slnečného žiarenia v lete, ktorá zabraňuje prehrievaniu vnútorných priestorov.

Na obrázkoch, ktoré znázorňujú priebeh tepelného toku, je evidentný najväčší tepelný tok v mieste dištančného rámika zasklenia a hliníkovej odkvapnice.

Tepelnotechnické vlastnosti okien na báze dreva
Aby sa dosiahla nízka hodnota súčiniteľa prechodu tepla celého okna Uw, treba brať do úvahy hodnotu súčiniteľa prechodu tepla zasklenia Ug a súčiniteľ samotného rámu UF. Táto podmienka je zakomponovaná aj do vzťahu na výpočet celkového súčiniteľa okna podľa STN EN ISO 10077: 2006 (Tepelnotechnické vlastnosti okien, dverí a okeníc. Výpočet súčiniteľa prechodu tepla). Vo vzťahu na výpočet U okna, vystupuje aj lineárny stratový súčiniteľ, ktorý zohľadňuje vplyv dištančného rámika izolačného skla na vedenie tepla. V tomto mieste sa prítomnosťou rámika deformuje teplotné pole a tým sa vytvára tepelný most. Bežne sa hodnota Ψg (pri drevených oknách) pohybuje v rozpätí 0,04 až 0,06 W/(m . K).

Výrobcovia izolačných skiel ponúkajú sklá s takzvaným teplým okrajom. Ide o dištančný rámik vyrobený z iného „izolačného“ materiálu, ako je hliník, plast alebo jeho kombinácie s antikorom. Takéto dištančné rámiky dosahujú hodnotu Ψg pod hranicou 0,04 W/(m . K).

Materiály na výrobu okien na báze dreva
Drevené okná do nízkoenergetických a pasívnych domv sa vyrábajú zo sendvičových vlysov. Ako prídavná izolácia sa v strede vlysov používa polyuretánová pena, respektíve jej kombinácia s drevenými trieskami – purenit, ktorý má vyššie mechanické vlastnosti a len o málo lepšie tepelnotechnické vlastnosti. Na zhotovenie vlysov okien určených do nízkoenergetických a energeticky pasívnych budov sa používa napríklad aj korok, prípadne mäkká drevovláknitá doska.

Hodnotenie tepelnotechnických vlastností
Na analýzu tepelnotechnických vlastností okien vhodných do NED a EPD sa využíva počítačový simulačný program, určený na modelovanie dvojrozmerného prechodu tepla cez stavebné konštrukcie. V programe sa simulujú jednotlivé okenné konštrukcie, ktoré sa následne posudzujú pomocou tepelnotechnických laboratórnych skúšok.

V súčasnosti sú na konštrukciu tepelnotechnicky kvalitných okien na báze dreva vhodných do NED a EPD dostupné sendvičové vlysy s izolantom z PUR v strede vlysu, sendvičové vlysy na báze dreva s prírodným materiálom korkom a vlysy so sústavou vzduchových dutín. Okrem týchto vlysov sa vyrábajú aj sendvičové vlysy na báze dreva s prírodným materiálom korkom. Vývoj a výskum týchto vlysov na báze dreva je však stále aktívny a zaoberajú sa ním aj výrobcovia drevených okien. Zo súčasného sledovania diania v oblasti vývoja a výskumu okien na báze dreva je zrejmá aktivita a odbornosť viacerých výrobcov pri výrobe konštrukčne, esteticky a fyzikálne kvalitných funkčných okien na báze dreva vhodných do NED a EPD. Do pozornosti sa dostávajú aj kombinované konštrukcie, ako sú napríklad drevohliníkové. Dutiny hliníkových profilov sa vypĺňajú vysokoúčinným tepelnoizolačným materiálom. Z hľadiska dosiahnutia požadovaných hodnôt UW pri NED a EPD sú vhodné aj drevené dvojité okná. Podmienkou uplatnenia jednotlivých typov okien je ich cena v pomere ku kvalite.

TEXT: Ing. Stanislav Jochim, PhD., Ing. Roman Nôta, PhD.
FOTO: autori

Ing. Stanislav Jochim, PhD. pôsobí na Katedre nábytku a drevárskych výrobkov Drevárskej fakulty TU vo Zvolene ako asistent a výskumný pracovník na oddelení drevených stavebných konštrukcií v oblasti konštrukcie a technológie drevených stavieb a stavebnostolárskych výrobkov.

Ing. Roman Nôta pôsobí ako odborný asistent na Katedre dizajnu nábytku a drevárskych výrobkov Drevárskej fakulty TU vo Zvolene v oblasti konštrukcie a technológie nábytku, drevených stavieb a stavebnostolárskych výrobkov.

Literatúra
1.    Jochim, S. – Štefko, J. – Veselovský, J.: Stavebnostolárske výrobky. Skriptum. Zvolen: Vydavateľstvo TU vo Zvolene, 2009.
2.    Nôta, R.: Okenné otvorové výplne na báze dreva pre energeticky pasívne domy. Dizertačná práca. Zvolen: Vydavateľstvo TU vo Zvolene, 2009.
3.    STN 73 0540-2: 2013: Tepelná ochrana budov.
Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.