Meziskelní fólie HEAT MIRROR Tepelné Zrcadlo

Na stavebním veletrhu IBF 2003 představila společnost Izolační skla s.r.o. novou řadu izolačních skel s meziskelní fólií Heat Mirror ^TM. Jeden z výrobků - plastové okno s dvojsklem se dvěma fóliemi Heat Mirror – byl navržen na Zlatou medaili veletrhu IBF 2003. Ověřená hodnota prostupu tepla u tohoto zasklení je 0,4 W/m^-2K^-1.

Tento výrobek nakonec ocenění Zlatou medailí nezískal, ale výjimečnost dosažené hodnoty tepelného prostupu okna, kterou ověřila akreditovaná zkušebna a certifikační orgán AO č. 212, CSI ve Zlíně a díky níž se výrazně zlepšuje realizační dosažitelnost nízkoenergetických a pasivních domů, si zaslouží hlubší pozornost i přes to, že fólie Heat Mirror jako taková získala již v minulosti významná ocenění na veletrzích For Arch a IBF.

Obava ze zdražování energií, zavedení nové přísnější normy ČSN 730540, rostoucí vzdělanost a ekologické vědomí atp. jsou hlavní příčiny zvyšující se poptávky po nových, z hlediska tepelně izolačních vlastností dokonalejších stavebních materiálech včetně otvorových výplní. Z nich zejména okna jsou nejchoulostivějším místem a podílejí se na tepelných ztrátách celého domu zhruba z jedné třetiny, což je vzhledem k relativně malému podílu oken vzhledem k celkové ploše pláště budovy velmi vysoká hodnota. Snaha zlepšovat izolační vlastnosti skel ve výplních otvorů budov naráží dnes u běžných dvojskel na pomyslnou technickou mez: nelze donekonečna zlepšovat tepelně izolační vlastnosti dvojskla, aniž by se současně zhoršovaly jiné potřebné vlastnosti, např. propustnost skla pro viditelné světlo. Vývoj u běžných dvojskel se tak jakoby zastavil na hodnotě součinitele prostupu tepla U = 1,0 W_m^-2 K^-1, při použití trojskla U = 0,5 - 0,6 W_m^-2 K^-1. Nevýhodou trojskla je zejména vyšší hmotnost, která jeho použití limituje vzhledem k nosnosti rámu, kování nebo celé nosné konstrukce nebo celý systém prodražuje (hmotnost trojskla je vyšší o cca 10 kg/m² proti dvojsklu).

Obr. 2: Selektivní propouštění elektromagnetického záření fólií Heat Mirror^TM

Dvojskla s meziskelní fólií Heat Mirror ^TM ale umožňují, aby zlepšování izolačních vlastností zasklení dále pokračovalo směrem k nižším hodnotám součinitele U, aniž by se podstatně zhoršily světelné vlastnosti zasklení anebo vzrostla hmotnost. Díky této fólii mohlo být na letošním veletrhu IBF představeno dvojsklo se součinitelem prostupu tepla U_g = 0,363 Wm^-2 K^-1 (srovnej: pro neomítnutý cihelný blok Porotherm 440 mm je U = 0,37 Wm^-2 K^-1, zdroj www.wienerberger.cz).

Porozumění pojmu Heat Mirror ^TM - Tepelné zrcadloTM

Fólie Heat Mirror byla vyvinuta v 70. letech v USA pro použití v americkém kosmickém programu a v tomto časopisu byla již popsána [1]. Po odtajnění projektu byla uvedena na trh v sestavě s izolačním dvojsklem jako zasklívací systém, který je mnoha experty dnes pokládán jako univerzální a nejlépe izolující zasklívací systém, použitelný pro komerční i bytové účely.

Princip činnosti ukazuje obr. 1. Mezi vnější a vnitřní sklo je napnuta folie Heat Mirror, která vytváří dvě nezávislé izolační komory, které mohou být místo vzduchem naplněny inertním plynem pro zlepšení izolační schopnosti systému. U tzv. superskel jsou ve dvojskle napnuty dvě fólie a vzniká 3-komorový systém. Pro zasklení s fólií Heat Mirror lze použít jakýkoliv typ skel dle požadavků spotřebitele, tedy sklo laminované, protihlukové, tvrzené atd.

Hlavním nositelem vlastností systému zasklení je fólie Heat Mirror, polyesterová, jednostranně či oboustranně pokovená fólie, která je průhledná pro viditelné světlo, ale odráží definovaně (dle typu) tepelné a veškeré ultrafialové záření. Tato vlastnost je získána díky vakuově naneseným vícenásobným vrstvám oxidů india a stříbra, které interagují s elektromagnetickým zářením příslušných vlnových délek, tzn. propouštějí jej nebo odrážejí. V České republice se používají 3 základní typy fólií. Tento zasklívací systém jako jediný zlepšuje tepelně izolační vlastnosti zejména v oblasti sálavého prostupu, ale i prostupu prouděním. De facto, spojuje žádoucí vlastnosti skel s nízkoemisivním pokovením a skel s vícenásobným zasklením. Zjednodušeně řečeno tento systém poskytuje uživateli izolační vlastnosti trojskel až čtyřskel s nízkoemisivními povrchy skel - to vše při hmotnosti dvojskel.

Jak pracuje tepelné zrcadlo

Interakce s elektromagnetickým zářením Fólie Heat Mirror^™ (dále jen fólie HM), funguje jako tzv. tepelné zrcadlo: odráží elektromagnetické záření o vlnových délkách ca od 5 (m do 0,3 mm (tepelné záření) zpět ke zdroji. V létě odráží sálané sluneční teplo ven a v zimě vrací teplo, které by jinak oknem vysálalo ven, zpět do místnosti.

Díky součiniteli prostupu tepla U_g = 0,52 Wm^-2K^-1 (dvojsklo s jedinou fólií HM) unikne v zimním období méně než 50 % z celkové energie, která unikne dvojsklem s parametrem U = 1,1 Wm^-2 K^-1 (nejlepší nejpoužívanější dvojsklo). Naopak v letním období propustí např. fólie HM do místnosti pouze polovinu slunečního tepelného záření ve srovnání s běžným dvojsklem. Souhrnně lze vlastnosti zasklívacích systémů vidět v tab. 1.

Údaje v tab. 1 se vztahují k folii Heat Mirror ^TM SC75 (Solar Control-folie zabraňující přehřevu interiéru v létě) v kombinaci s plaveným sklem (float) a sklem s nízkoemisivním pokrytím (LowE sklo). Rozdíly v tepelně izolačních vlastnostech systému s folií HM jsou očividné.

Vedle tepelně izolačních schopností fólie TM dostatečně propouští viditelné záření a nadto - podle údajů výrobce - blokuje prostup prakticky veškerého UV záření, zatímco běžným izolačním dvojsklem ho pronikne do interiéru 20%. Přítomnost UV záření v interiéru způsobuje blednutí barev předmětů v interiéru.

Zachování izolačních vlastností v horizontální poloze

Nakloněním oken do šikmé či horizontální polohy se zhoršuje parametr součinitele prostupu tepla U. Pro izolační dvojsklo se při změně polohy ze svislé do horizontální změní součinitel prostupu tepla z hodnoty 1,12 Wm^-2 K^-1na hodnotu 1,67 Wm^-2 K^-1, což představuje zhoršení o 33%. Izolační skla obsahující fólii HM vykazují v určitých kombinacích s inertními plyny zhoršení tepelně izolačních vlastností při stejné změně poloze pouze o 7 až 10 %. Tato vlastnost při použití běžných dvojskel nepříznivě ovlivňuje energetickou bilanci zvláště u zasklených střech (zimní zahrady, světlíky budovu, střešní okna).

Zamezení rosení vnitřní strany skel

Fólie HM zvyšuje povrchovou teplotu vnitřní strany zasklení proti běžnému dvojsklu o ca 3,5 °C a tím při nízkých venkovních teplotách snižuje riziko ochlazení této strany pod teplotu rosného bodu, kondenzace a následné stékání kondenzátu na vnitřní parapet či podlahu. Tato přednost je velmi důležitá zvláště v extrémních podmínkách, jako jsou zimní zahrady, bazény a skleníky, kde se očekává vyšší vnitřní vlhkost. Tab. 2 uvádí vnitřní relativní vlhkosti vzduchu, při kterých při venkovní teplotě -18 °C dochází u různých druhů zasklení k rosení.

Pro systémy s folií Heat Mirror ^TM bude při splnění podmínek uvedených v tab. 2 docházet až při zhruba 80% rel. vlhkosti vzduchu v interiéru. To je většinou hodnota, které běžně není v interiérech dosahováno, a proto nebude ke kondenzaci docházet. Je-li vlhkost interiéru řízena, pak lze maximální vlhkost nastavit na vyšší hodnotu, což povede k provozním úsporám například při odstraňování vlhkosti v prostorech bazénů a otevřených vodních ploch v interiérech pomocí odvlhčovačů.

Snížení hladiny hluku

Nikoliv na okraji stojí fakt, že fólie HM sníží index zvukové neprůzvučnosti o zhruba 3 dB oproti dvojsklu bez fólie. Obecně řečeno, podélná zvuková vlna (uspořádané mechanické oscilace molekul vzduchu; délka zvukové vlny o frekvenci 1 kHz je ve vzduchu ca 35 cm) fólii jakoby unáší. Aniž by fólií prošla jediná molekula, je pro zvukovou vlnu propustná s tím, že tato propustnost není úplná. Fólie, která není akusticky dokonale pružnou překážkou, totiž část zvuku odrazí a část pohltí promění v teplo. Hladina zvuku, který fólií projde, se tak sníží o zmíněné 3 dB, což reprezentuje přibližně poloviční intenzitu zvuku, jenž fólií projde¹). Fólii Heat Mirror lze také kombinovat se speciálními protihlukovými skly. Měřením v akredivané zkušebně byla pro zasklívací systém sestavený ze dvou skel Float 4 mm a folie Heat Mirror naměřena hodnota vzduchové neprůzvučnosti R_w= 35 dB.

Zvýšení uživatelského komfortu

Vyšší komfort užívání je umožněn vyrovnáním teplot zima - léto a vyrovnáním teplot okno - střed místnosti. Vyrovnání teplot v místnosti zamezuje vzniku chladného proudění v místnosti, které má vliv na pocit tepelné pohody. To umožňuje celoroční užívání zimních zahrad, které se v létě nepřehřívají a v zimě je není nutné přitápět nebo se přitápí v minimálním rozsahu.

Na veletrhu IBF 2003 hned několik výrobců představilo okna, ve kterých byla uplatněna technologie zasklení s fólií Heat Mirror. Všechny tyto výrobky sklidily oprávněný zájem zákazníků a nabídly směr, kterým by se mohlo ubírat další zlepšování vlastností otvorových výplní. Kombinací 5-komorového rámu s dvojsklem a dvěma fóliemi HM SC 75 bylo dosaženo hodnoty koeficientu prostupu tepla celého okna U_w = 0,76 Wm^-2K^-1. Samotné zasklení, jak bylo zmíněno v úvodu, má součinitel
U_g < 0,4 Wm^-2K^-1. Tento výrobek byl nominován na zlatou medaili veletrhu IBF.

Dalším výrobkem, který využil zasklení Heat Mirror, bylo tentokrát dřevěné okno s purenitovou výplní rámu od výrobce eurookna Pražák, kde dosažená hodnota koeficientu prostupu tepla okna U_w byla dokonce 0,72 Wm^-2K^-1. Tento výrobek spojil v sobě hned dvě pokrokové technologie, dřevěný rám s purenitovou výplní představuje rovněž úspěšnou inovaci v oblasti dřevěných oken.

Poslední novinkou, o které se nyní zmíníme, je střešní okno firmy KUBESO. Tato novinka představuje skutečný průlom, protože naměřená hodnota koeficientu prostupu tepla měřeného ve svislé poloze u tohoto střešního okna byla 0,9 Wm^-2K^-1. Přitom nejlepší střešní okna jiných výrobců, která byla na veletrhu k vidění, dosáhla hodnoty U_w = 1,4 Wm^-2K^-1. Fólie Heat Mirror použitá ve střešním okně řeší díky zvýšené povrchové teplotě skla o 3,5 °C rosení okna v zimním období a přehřívání místnosti v létě.

Samostatnou kapitolou je využití systému Heat Mirror ve fasádních systémech, této problematice se budeme věnovat někdy příště.

Uplatnění zasklení s fólií Heat Mirror^™

• Všechny obytné budovy, kde je snaha snižovat provozní náklady na vytápění či případnou klimatizaci a zvyšovat komfort bydlení či užívání;
• zařízení se 24 hodinovým provozem a zvýšenou potřebou stálých teplot bez výrazných výkyvů – nemocnice, letištní haly, hotely;
• bazény, kde značně omezí možnost vzniku kondenzující vlhkosti na vnitřní straně zasklení, protože vykazuje vyšší teplotu vnitřního skla;
• zimní zahrady a skleníky - zde je obzvláště vhodný, zejména na zasklení střešní části zimní zahrady. Umožňuje celoroční využívání bez výrazně zvýšených nákladů na vytápění resp. klimatizaci, v létě zamezuje přehřevu;
• výlohy obchodů, knihovny, galerie, kde škodlivé UV záření neprojde a nezpůsobuje znehodnocení vystavovaných předmětů;
• zasklení velkých prosklených osluněných ploch (fasád), kde zamezí přehřívání interiéru v létě či sníží nutný výkon případně instalované klimatizace;
• zasklení rušných míst, kde se zužitkuje schopnost lépe tlumit hluk vnikající do interiéru;
• zasklení šikmých ploch (jiných než svislých), kde se projeví menší vliv sklonu na zhoršení tepelně izolačních vlastností zasklení – zimní zahrady, světlíky.

Ekonomické aspekty použití zasklení Heat Mirror

Zasklení s fólií Heat Mirror má zdánlivou nevýhodu - vyšší cenu ve srovnání s běžnými dvojskly. Provedená ekonomická analýza návratnosti vyšší investice do zasklení s folií Heat Mirror prokázala již při současné ceně tepla 350 Kč/GJ relativně rychlou návratnost dodatečné investice (cca 6 až 8 let ve srovnání se standardními dvojskly s U = 2,8 Wm^-2K^-1) jen v přímých úsporách za energii. Podrobnosti najde čtenář na webové stránce www.izolacniskla.cz, kde je rozbor zveřejněn.

Toto zasklení je tím výhodnější čím drsnější je klima v dané oblasti a čím dražší je topné médium. Volba systému zasklení s fólií Heat Mirror™ umožňuje navíc nejen snížit tepelný příkon budovy, ale i výkon klimatizačního zařízení, je-li pro budovu uvažován. Další okruh použití skel s fólií Heat Mirror je u zasklení zimních zahrad nebo prosklených fasád, kde je lze použít místo standardních protislunečních skel, jejichž cena se blíží ceně zasklení s fólií Heat Mirror, avšak jejich izolační vlastnosti zůstávají na úrovni dvojskel.

Nastává čas vůbec změnit klasickou koncepci domu a rozhodnout se pro tzv. pasivní dům a to i bez extrémní tepelné izolace zdiva a bez předimenzované a komplikované otopné soustavy založené často na nejdražším topném médiu, jímž se dnes rychle stává např. plyn. Dům je stavba na několik generací. Uvážlivý návrh otopné soustavy musí dnes již počítat s tím, že z centrálních energetických rozvodů budou dodávky energie zdražovány nejen kvůli dosažení evropské cenové úrovně po vstupu do EU (v Německu je zemní plyn 2,3 krát dražší, než v ČR a elektřina k otopu dokonce 3 krát), nejen kvůli zdražování neobnovitelných zdrojů, ale postupně i tím, jak distribuční organizace budou ztrácet zákazníky (efekt vodárenských společností).