Výběr skla a jeho tepelná bilance

Sklo, přesněji křemenné sklo, zná lidstvo už od doby kamenné v podobě různých korálků a ozdob, později skleněných či glazovaných lahví či pohárů. V 10. století n. l. proniká sklo do architektury, a sice jako zasklení oken sakrálních staveb, často s působivě barevnými figurálními vitrážemi. Od té doby význam skla ve výstavbě stále roste.

Sklo je homogenní, amorfní (nikoliv krystalická) pevná látka a vzniká rychlým ochlazením taveniny, která tak nestačí vytvořit krystalovou mřížku. Zdaleka největší praktický význam má sklo, jehož hlavní složkou je oxid křemičitý (SiO₂). Hlavní surovinou k jeho výrobě je sklářský písek, chemicky SiO₂. Aby se snížila teplota jeho tavení, přidávají se k němu různé přísady, nejčastěji uhličitan sodný (soda), uhličitan draselný (potaš) a oxid vápenatý (pálené vápno), který zlepšuje chemickou odolnost. Vzniká tak nejběžnější sodno-vápenaté sklo, z něhož se vyrábějí okenní tabule, skleněné nádoby a lahve. Ve 20. století vznikají nové druhy skla a jeho nová použití (skleněná vata, vakuová technika, obrazovky, optická vlákna atd.).

Výběr skla pro fasády, střechy a interiér

Postup při navrhování a výběru sklářských prvků závisí v prvé řadě na typu budovy. U aplikací určených pro obytné budovy jsou obvykle při výběru skla zvažována následující kritéria – úspora energie, tepelná pohoda, prostupnost slunečního záření, zvuková izolace, bezpečnost.

Zvážit je rovněž zapotřebí prostupnost světla. U oken obytných budov se předpokládá, že budou propouštět do interiéru velké množství denního světla a slunečních paprsků a současně sloužit jako bezplatný zdroj tepelné energie. Použití nízkoemisivních povlaků, například v kombinaci se sklem s nízkým obsahem železa, k dosažení tohoto předpokladu napomáhá.

Navrhování a výběr zasklení pro komerčně využívané budovy je složitější. V jednotlivých etapách projekčních a stavebních prací se do tohoto procesu musí zapojit značný počet různých subjektů. Je třeba vzít do úvahy hned několik klíčových parametrů: světlo a tepelný komfort, energetickou účinnost, akustické vlastnosti, požadavky na bezpečnost atd. K tomu je potřeba mít k dispozici tým odborníků, který dokáže realizovat tento typ komerčních budov požadovaným způsobem a zajistit jejich uživatelům komfort a technické parametry na odpovídající úrovni. Výběr správného zasklení ovlivňuje následující šestice kritérií:

1/ MECHANICKÁ STABILITA,
2/ AKUSTICKÉ PARAMETRY,
3/ POŽADAVKY NA BAREVNOST,
A SVĚTELNÉ PARAMETRY,
4/ POŽADAVKY NA ENERGETICKÉ PARAMETRY,
5/ ZAJIŠTĚNÍ BEZPEČNOSTI,
6/ ZAJIŠTĚNÍ PROTIPOŽÁRNÍ BEZPEČNOSTI.

Okna a jejich energetická bilance v ČR a na Slovensku

Je-li řeč o budovách s minimální spotřebou energie (a nejen na papíře), je dobré vědět, že fasádní i střešní okna "pracují" nejen s teplotami vzduchu, ale hlavně se sálavými ději,…

• 1/ Pro určení minimálních konstrukčních parametrů, které zajišťují mechanickou stabilitu skla z hlediska jeho vlastních rozměrů a hmotnosti a dále z hlediska vnějšího zatížení (sněhem, větrem ap.), je třeba provést statické výpočty. Úroveň zatížení pak definuje vnitrostátní nebo evropská norma (např. Eurocode). V závislosti na zatížení je pak třeba volit odpovídající konstrukční řešení a tloušťky skla.
• 2/ V závislosti na požadovaných akustických parametrech a úrovni akustického komfortu je nutno upravit složení konkrétního zasklení (tj. použít jednoduché sklo, vrstvené bezpečnostní sklo nebo izolační zasklení). Za žádných okolností však nesmí mít finální skladba zasklení nižší mechanickou stabilitu, než je minimální skladba zasklení požadovaná pro dané zatížení. Vždy platí zásada, že lepších akustických vlastností dosáhneme použitím masivnější ho skla.
• 3/ Z pohledu vizuální a světelné pohody uživatelů budovy je rozhodující světelná prostupnost. Světelná odrazivost určuje pak vizuální estetiků budovy z pohledu zevnitř i zvenčí; i to, jestli se stavba jeví jako vysoce, středně nebo nízko reflexní. Jinou důležitou světelnou veličinou je barva. Skla mohou být probarvená ve hmotě nebo povrchovým povlakem. V obytných budovách se dlouhodobě uplatňuje neutrální průhledné sklo. V komerčních a veřejných budovách je využíváno více barevných odstínů skla. U lehkých obvodových fasád je důležité vybrat si parapetní sklo, které ladí nebo kontrastuje s transparentním sklem ve fasádě.
• 4/ Příručka Glass unlimited od AGC říká, že základní a klíčovou charakteristikou (oken a prosklených fasád) je solární faktor g, zvaný také součinitel solárního tepelného zisku, jehož pomocí se stanoví zimní i letní solární tepelné zisky, jejichž znalost a možnost řízení je podstatná pro stanovení tepelného komfortu v zimě i v létě. Druhým důležitým parametrem je podle AGC součinitel prostupu tepla U_g, která udává energetickou propustnost skleněného prvku.
• 5) Bezpečnostní hledisko (riziko poranění, ochrana osob před propadnutím, ochrana proti vloupání, střelám, výbuchu a požáru ap.) musí být pečlivě prozkoumáno a zasklení je třeba volit s ohledem na požadované bezpečnostní charakteristiky. V uvedených případech je třeba vybrat tepelně tvrzené bezpečnostní sklo nebo vrstvené bezpečnostní sklo.
• 6) Protipožární sklo je pouze jedním z prvků celé protipožární konstrukce. Subjekt zajišťující instalaci skleněných prvků odpovídá za to, aby celá konstrukce splňovala požadované specifikace a normy anebo byla schválena příslušnými orgány. K tomu účelu lze použít i oficiální protokoly z protipožárních zkoušek, které má každý výrobce skel k dispozici, včetně garanta tohoto příspěvku, společnosti AGC.

Energetická bilance oken (aneb kdy horší okno šetří nejvíc energie)

Okna slouží jako významný klimatický prvek budovy, v níž plní po celá staletí – od doby svého vzniku – širokou škálu funkcí. Jsou důležitou součástí pláště budovy, protože…

Tabulka 1:

Zasklení	Součinitel prostupu tepla Ug (W/(m2K))
Jednoduché zasklení Planibel, 6 mm	5,7
Izolační dvojsklo 6/16/6	Použití	Vzduch 100 % Rámeček 16 mm	Argon 90 % Rámeček 16 mm
Planibel + Planibel	OD	2,7	2,6
Stopsol + Planibel	OD	2,7	2,6
Sunergy + Planibel	OD	2,0	1,8
Planibel + Planibel G	OD	1,7	1,5
Planibel + iplus Advanced 1.0/iplus Advanced 1.0T	OD	1,3	1,0
Planibel + iplus Top 1.1/iplus Top 1.0T	OD	1,4	1,1
iplus EnergyN/iplus EnergyNT + Planibel	OD	1,3	1,0
Stopray + Planibel G	KB	1,3 ~ 1,4	1,1 ~ 1,0
Stopsol + plus Top 1.1	KB	1,4	1,1
Sunergy + plus Top 1.1	KB	1,4	1,1
Izolační trojsklo se dvěma skly s povlaky iplus LS ve složení 4-plyn-4-plyn-4
Ar nebo Kr 6 - 15 mm	OD	0,6 ~ 0,9

Tab. 1/ Rozsah dostupných hodnot U_g pro izolační dvojskla a trojskla s distančním rámečkem vyplněným vzduchem (100 %) nebo argonem (90 %). Údaje poskytla společnost AGC.

Okna, prosklené fasády a tepelná bilance

Ještě nedávno platilo, že nízkou, až k nule jdoucí celoroční energetiku budov zajišťuje jen tlustá vrstva tepelné izolace obvodových stěn, zatímco tenká a průhledná okna ji jen kazí s výjimkou zimních zisků jižními okny. Pozornější pohled na věc ale vidí okna a prosklené fasády takto – za dne jako významný celoroční zdroj energie a v noci jako významný celoroční zdroj chladu. Z pohledu celoroční energetické bilance, s výjimkou severní orientace, je svislé okno nebo prosklená fasádní stěna aktivní, tzn. její ztráty tepla nižší, než zisky.

Sluneční výpočty

1. Intenzita a úhel dopadu slunečního záření, které dopadá na vodorovnou rovinu, střechu nebo fasádu
2. Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu

V měsíčních bilancích jsou vhodně orientovaná okna energeticky aktivní, s výjimkou jednoho až třech nejchladnějších měsíců. V číslech to naznačuje tab. 2, která na základě hodinových údajů o teplotě vzduchu a globálním záření (součet přímého slunečního záření a difúzního, tzn. rozptýleného slunečního záření) udává celkové měsíční tepelné zisky zářením, respektive ztráty prostupem. Tučně jsou sluneční tepelné zisky, pokud převyšují ztráty tepla prostupem.

Tabulka 2:

kWh/m2/měsíc	sever	východ	jih	západ	prostup
Leden	0,00	2,97	22,63	5,76	-19,3
Únor	0,00	6,03	33,10	11,15	-13,09
Březen	0,02	14,50	52,18	22,46	-12,99
Duben	0,63	26,24	59,45	38,08	-8,15
Květen	3,28	37,89	56,86	52,28	-4,12
Červen	6,03	37,73	46,27	53,82	-1,03
Červenec	4,11	34,17	46,47	46,19	-0,66
Srpen	1,28	31,01	61,52	43,41	-0,40
Září	0,06	17,46	58,32	29,61	-4,87
Říjen	0,00	8,35	40,78	14,61	-8,91
Listopad	0,00	2,97	20,30	5,96	-12,64
Prosinec	0,00	1,20	10,38	2,55	-16,01

Tab. 2/ Měsíční impakt přímého a difúzního slunečního záření a prostup tepla vztažený na 1 m2 plochy svislého okna orientovaného k různým světovým stranám. Součinitel prostupu tepla oknem je U_W= 1,1 W/(m²K). Údaje se vztahují k teplotám a intenzitě globálního slunečního záření v podmínkách referenčního klimatického roku 2016 v Hradci Králové - Kluky.

Den: Nepřesnost bilance v tab. 2 je dána normovým výpočtovým předpokladem, že teplota venkovního povrchu oken (a fasády) vždy kopíruje teplotu venkovního vzduchu. To ve skutečnosti nastane jen při silně zatažené obloze. V ostatních případech slunce ohřívá povrch oken (i fasády) nad teplotu vzduchu, což buď sníží tepelnou ztrátu nebo nastartuje či zvýší tepelný zisk (při venkovní povrchové teplotě nad 20 °C). Důsledkem toho je, že

a) v zimě se za slunného dne snižuje prostup tepla z interiéru ven a
b) v létě se naopak zvýší nežádoucí prostup tepla do interiéru.

Noc: Když zapadne slunce za obzor, neznamená to, že tepelné ztráty nebo zisky domu bude na venkovní straně řídit jen teplota vzduchu. Za jasných nocí se hlásí o slovo ledový vesmír o teplotě –270 °C, který obklopuje naši planetu a v pozemských podmínkách vytváří jasnou noční oblohu o sálavé teplotě až –40 °C v létě, a až –60 °C v zimě. Takto chladná noční jasná obloha zvyšuje noční ztráty oken i celého domu. V létě toho využijeme k chlazení dokořán otevřenými okny, nejlépe mířícími k obloze. V zimě okna zavřeme a ještě lépe je zvenku zastíníme.

Prosklené stěny a fasády představují funkční a zároveň designová řešení. Sklo nabízí architektuře vysoce účinnou tepelnou techniku budov, a to zejména, když se na ni díváme z pohledu sálavých tepelných toků, které jsou v přírodě, a v našich podmínkách zvlášť, velmi silné a relativně snadno řiditelné.

Výroba energie z obnovitelných zdrojů

Bez energie se již v současnosti neobejdeme. Její ceny se však stále zvyšují, existující zdroje mají navíc svá omezení. Východisko tedy hledáme v obnovitelných energetických…

Související články

• Rosí se nám okna, proč a jak to řešit
• Jak vybírat okno z pohledu materiálu
• Stínění oken i fasád: praktická nezbytnost a designový prvek