Otvorové výplně pasivních domů
Obsah kapitoly
- 5.1 Základní funkce oken
- 5.2 Zasklení
- 5.3 Okenní rám a křídlo
- 5.4 Montáž oken
- 5.5 Vchodové a balkonové dveře
- 5.6 Střešní okna
- 5.7 Stínění oken
- Testové otázky
Obvodový plášť pasivního domu musí mít jako celek vynikající tepelně izolační vlastnosti. Z tohoto hlediska se jako nejslabší článek obálky pasivního domu jeví okna a dveře, konkrétně dveře vchodové a dveře balkonové.
Největší pozornost budeme v této kapitole věnovat oknům, a to hlavně z toho důvodu, že okna zabírají v obvodovém plášti pasivního domu značnou plochu. Proto jsou kladeny na tyto otvorové výplně velmi vysoké požadavky a nároky. Je třeba si uvědomit, že výsledné vlastnosti domu budou odpovídat nejslabšímu článku konstrukce, kterým jsou právě okna. I u pasivních domů je únik tepla okny 5 x vyšší než únik plnou částí obvodových zdí. Okna pasivního domu mají koeficient prostupu tepla kolem 0,8 W/m2.K, zatímco plná zeď 0,1–0,15 W/m2.K. Budova s velmi kvalitně řešeným obvodovým pláštěm tak může být znehodnocena použitím zcela nevhodných otvorových výplní či jejich nesprávnou nebo nekvalitní montáží. V následující tabulce jsou uvedeny požadavky na prosklené výplně pasivního domu, nízkoenergetického domu a současně stavěných domů.
| současná novostavba | nízkoenergetický dům | pasivní dům |
|---|---|---|
| Charakteristika | Charakteristika | Charakteristika |
| klasické vytápění pomocí plynového kotle o vysokém výkonu, větrání otevřením okna, konstrukce na úrovni požadavků normy | otopná soustava o nižním výkonu,využití obnovitelných zdrojů, dobře zateplené konstrukce, řízené větrání | pouze teplovzdušné vytápění s rekuperací tepla, vynikající parametry tepelné izolace, velmi těsné konstrukce |
| Potřeba tepla na vytápění [kWh/(m2a)] | Potřeba tepla na vytápění [kWh/(m2a)] | Potřeba tepla na vytápění [kWh/(m2a)] |
| 80 - 140 | méně než 50 | méně než 15 |
| Základní požadavky na prosklené výplně | Základní požadavky na prosklené výplně | Základní požadavky na prosklené výplně |
|
UW = 1,2 – 1,7 W/m2k
Uf = 1,3 – 2,0 W/m2k Ug ≥ 1,1 W/m2k iLV = zajišťuje doporučenou nmin |
UW = 0,9 – 1,1 W/m2k
Uf = 0,9 – 1,2 W/m2k Ug ≤ 0,82 W/m2k iLV ≤ 0,3.10-4 m2s-1 Pa-0,67 |
UW ≤ 0,8 W/m2k
Uf ≤ 0,8 W/m2k Ug ≤ 0,6 W/m2k iLV ≤ 0,1.10-4 m2s-1 Pa-0,67 g ≥ 0,5 |
Tab. 5: Požadované parametry na skleněné výplně
Legenda
: UW – tepelný prostup okna v zabudovaném stavu, Uf – tepelný prostup rámu (křídel), Ug – tepelný prostup zasklení, iLV – průvzdušnost okna v zabudovaném stavu,
g
– činitel prostupu sluneční energie.
5.1 Základní funkce oken
Základní funkcí okenních konstrukcí je zprostředkování vizuálního kontaktu s vnějším prostředím a prosvětlování vnitřních prostorů budovy. U pasivních domů plní okna další velice důležitou funkci, jakou je zabezpečení pasivních solárních zisků – okna propouští sluneční energii, která ohřívá vnitřní prostory domu. U dobře orientovaných pasivních domů tyto solární zisky pokrývají více jak 1/3 tepelných ztrát domu. Okno by proto do interiéru mělo propouštět dostatek slunečního záření, které dopadá na zasklení a současně výtečně izolovat, aby tepelná energie zůstávala uvnitř. Spolu s tepelně akumulačními schopnostmi domu a výtečným zateplením tak tyto zisky budou efektivně využity.
Obr. 51: Příklad okna vhodného do pasivního domu
Další funkcí oken je funkce větrání. I když je tato funkce u pasivních domů z důvodu porušení vzduchotěsnosti diskutabilní, je vhodné v každé místnosti ponechat alespoň jedno okno, které lze v případě potřeby otevřít. Okna se mohou otevírat např. během teplých nocí pro odvod teplého vzduchu nebo jako úniková cesta v případě požáru. Při nízkých venkovních teplotách je však třeba důsledně dbát na dokonalé uzavření oken, tím zabezpečení dokonalé vzduchotěsnosti objektu a spolehlivé funkce nuceného větrání s rekuperací.
Zpět na začátek5.2 Zasklení
Kvalita oken je závislá na třech základních faktorech – na sklu, rámu a způsobu osazení okna do stavebního otvoru. Skla tvořící zasklení pro pasivní domy musí mít součinitel prostupu tepla ve středu skleněné výplně max. 0,7W/m2.K. Na zasklení oken jsou kladeny dva protichůdné požadavky:
- požadavek propustnosti
Protože pasivní solární zisky okny jsou podstatným energetickým přínosem v pasivním domě, hraje významnou roli propustnost zasklení pro sluneční záření g [%]. Hodnota propustnosti určuje, kolik procent slunečního tepla (infračervená oblast slunečního záření) pronikne do interiéru, kde vytvoří tepelné zisky. Z tohoto úhlu pohledu by se jako nejvýhodnější jevilo jednosklo, protože každé další sklo podstatně zhoršuje propustnost celkového zasklení. U trojskla činí hodnota g-50%. Hovořit o tepelně izolačních vlastnostech jednoskla však vůbec nemá smysl. A jsme u uvedeného rozporu, kterým je další požadavek na výtečné tepelně izolační vlastnosti zasklení.
- tepelně izolační vlastnosti
Jak již bylo uvedeno, součinitel prostupu tepla u zasklení pasivních domů nesmí převýšit 0,7 W/m2.K. Tohoto požadavku však lze dosáhnout jen zvyšováním počtu skleněných tabulí, které nám samozřejmě budou na druhé straně snižovat propustnost pro sluneční záření „g“.
Animace č.5 Funkce zasklení
Jako východisko a kompromis se v tomto případě jeví použití trojskla. Výpočtem a měřením bylo prokázáno, že trojsklo při jihovýchodní orientaci domu vykazuje kladnou energetickou bilanci, takže solární zisky tímto zasklením jsou v zimním období vyšší než ztráta tepla prostupem.
Velmi kvalitní tepelně izolační zasklení jsou tak složena ze tří skleněných tabulí. Dvě z nich mají nízkoemisní selektivní nános tenkého kovového povlaku. Nízkoemisní vrstva vytváří při šíření tepla sáláním tzv. tepelné zrcadlo. Vnitřní povrchová teplota zasklení se tak dokonce blíží teplotě interiérové 200C – sklo je naopak teplé. Tyto selektivní vrstvy jsou zároveň navrhovány tak, aby propouštěly co nejvíce světla a slunečního záření. Tedy, aby tabule byla transparentní. Tím se dosahuje kompromisu mezi propustností zasklení a tepelně izolačními vlastnostmi. Dutiny mezi skly se vyplňují vzácnými plyny (argon, krypton, xenon), čímž se podstatně zlepšují tepelně izolační vlastnosti zasklení. Tyto plyny mají nižší součinitel tepelné vodivosti než vzduch, díky čemuž se snižuje schopnost vedení tepla v plynové vrstvě.
Lze použít i dvojitá okna – kombinaci dvou dvojskel. U tohoto typu zasklení se podstatně zlepší tepelně izolační vlastnosti, ale výrazně se zhorší propustnost pro sluneční energii. Tento typ oken však lze doporučit do neprosluněných částí fasády, kdy okno plní převážně funkci prosvětlení a se solárními zisky se nedá počítat.
Jednotlivá skla jsou spolu spojována rámečkem, do kterého jsou na krajích upevněna. Tento distanční rámeček plní jednak funkci statickou, kdy drží jednotlivá skla v určité vzdálenosti od sebe a zároveň musí být dostatečně těsný pro udržení plynu uvnitř dutiny. Netěsnost rámečku vede jednak k úniku plynu, ke vnikání vlhkosti do dutin mezi skly a k jejich rosení. Zároveň dochází k podstatnému zhoršení tepelně izolační vlastnosti zasklení. Rámeček se nejčastěji vyrábí z hliníku. Tento hliníkový rámeček je však pro okna pasivního domu zcela nedostatečný, neboť vytváří na okrajích skla výrazné tepelné mosty. Proto se do oken pasivních domů používají „teplé“ distanční rámečky z plastu, které mají nižší tepelnou vodivost a zajišťují tak teplejší okraje izolačních skel.
Zpět na začátek5.2.1 Plocha zasklení, velikost okna
Volba plochy zasklení tvoří velmi důležitou část projektu pasivního domu. Snahou tohoto návrhu je správně zvolit plochu zasklení, typ zasklení a orientaci na světové strany pro získávání slunečních zisků, které by převýšily tepelné ztráty. Plocha prosklení jižní fasády by měla činit přibližně 1/2 její celkové plochy. Ostatní fasády jsou z důvodu snížení tepelných ztrát méně prosklené. Plocha jejich prosklení je pak přibližně 1/6 jejich plochy.
Izolační skla tvořící zasklení se umísťují v rámu, se kterým pak tvoří nedílný celek. I přes snahu výrobců tepelně izolační vlastnosti rámů nedosahují takových hodnot jako skla. Rámy tak tepelně izolační vlastnosti okna jako celku zhoršují. Rámy malých oken běžně zabírají až 50% celkové plochy okna, rámy velkých oken zabírají kolem 30%. Proto je výhodnější využívat větší okna, kde logicky vychází menší podíl plochy rámu. Jednoduše řečeno, je zbytečné používat izolační trojskla, pokud by teplo mělo utéct rámy.
Zpět na začátek5.3 Okenní rám a křídlo
Solární zisky, získané vynikajícím prosklením se mohou v celkové bilanci okna zcela znehodnotit zvýšenými tepelnými ztrátami okenními rámy. Vynikající zasklení vyžaduje okenní rám se špičkovými parametry. Takovýchto parametrů se již nedá dosáhnout pouze počtem komor, kterými se honosí jednotliví výrobci. Je nutné zvětšit tloušťku rámu na min. 100mm a zároveň integrovat do rámu a křídla různé vrstvy tepelného izolantu. Tak vznikají rámy s množinou tepelně izolačních sendvičových vlisů, které podstatně vylepšují jejich vlastnosti. U dřevěných oken se tyto materiály vlepují mezi dřevěné profily. Jsou to materiály na bázi korku, polyuretanu apod. V případě plastových oken se komory vyplňují tepelně izolačním materiálem – nejčastěji se vypěňují PUR pěnou. V následující tabulce je znázorněno základní srovnání plastových a dřevěných oken.
| Plastová okna | Dřevěná okna |
|---|---|
| + výhody | |
| nižší cena | hodnotnější vzhled |
| téměř bezúdržbová | při správné údržbě dlouhá životnost |
| odolná při nešetrném používání | přírodní materiál – menší ekologická zátěž |
| - nevýhody | |
| nižší pevnost v namáhaných místech | vyšší cena |
| nevhodné pro historické objekty | nutná pravidelná údržba po mytí |
| vysoká ekologická zátěž | |
Tab. 6: Srovnání plastových a dřevěných oken
Tepelně izolační vrstvy pak musí procházet kolem celého rámu bez přerušení. Stejně důležité je těsnění mezi rámem a křídlem – běžně se dnes aplikují 3 roviny těsnění. Na následujícím obrázku je plastové okno, vhodné do pasivních domů.
Obr. 52: Detail plastového okna vyplněnými tepelně izolačním materiálem
Zajímavou a levnější variantou jsou okna bez možnosti otevírání (bez křídla) integrovaná přímo do izolace. Rám se u této varianty naopak volí co nejlevnější a co nejjednodušší. Celé okno i s rámem se potom „vloží“ do tepelné izolace. Vnější izolace pak může těsněním přiléhat na trojsklo dokonce i několik centimetrů od jeho okraje a tak dále potlačit teplený most tvořený okrajem skla. Izolační funkci pevného rámu pak prostě převezme vnější izolace domu. Nevýhodou je to, že se promění vzhled okna – zbude jen fasáda a sklo. Výhodou je, že slabé místo v podobě rámu se u takto integrovaného okna téměř neprojeví. U oken s křídlem je možno integrovat pouze pevný rám a pohyblivé okenní křídlo zůstává přiznáno.
Zpět na začátek5.4 Montáž oken
Podstatný vliv na funkci okna a tím i celého pasivního domu mají nejen parametry rámu a zasklení, ale také způsob zabudování okna do stěny. Okno a vstupní dveře jsou vystaveny extrémním vnějším vlivům – vlhkosti, prudkému dešti, sněhu, větru, mrazu, vysokým teplotám a UV záření. Přitom je nutné, aby po celou dobu jejich životnosti byla zabezpečena jejich správná funkčnost. Sebelepší okna s vynikajícími tepelně technickými vlastnostmi však nebudou plnit svoji funkci, pokud nebude správně provedeno jejich osazení do konstrukce obvodového pláště pasivního domu. Tato montáž se značně liší od montáže oken a dveří do „klasických“ domů. Pokud by bylo okno zabudováno běžným způsobem, tzn. rám je v úrovni zdiva, došlo by k výraznému zhoršení parametru prostupu tepla. Tím vzniká tepelný most a v krajním případě může docházet ke kondenzaci par a vzniku plísní.
Okna v pasivním domě by měla být osazená do vnější tepelné izolace. Tento způsob se nazývá předsazená montáž okna, která zcela eliminuje možnost vzniku tepelného mostu. U masivních staveb se předsunutí okna provádí pomocí speciálních kotev, kterými je celé okno upevněno až do roviny tepelné izolace. Ideální je umístění okna v rozmezí 6-16cm od vnějšího líce fasády. Na následujícím obrázku je příklad správného vykonzolování okna.
Obr. 53: Plné vykonzolování okna na rektifikačních kotvách
Kotvy musí přenášet spolehlivě veškerá zatížení okna do nosné konstrukce. Jedná se hlavně o konzoly ve spodní „parapetní“ části, na něž působí celá hmotnost okna. Konzoly mají speciální konstrukci, ochranu proti korozi. Nejčastěji se do konstrukce kotví pomocí závitových tyčí a chemické malty. Celý kotvící systém musí umožňovat „seřízení“ vlastního okna v rovině, pravoúhlosti, svislosti a možnost pevného zafixování okna po jeho seřízení.
Další možností, která se používá jak u dřevostaveb, tak i masivních staveb, je montáž okna do „kastlíku“ z OSB desek. Rám okna je pak z vnější strany překryt tepelnou tloušťkou izolace, min. 30-40mm. Celé okno (kastlík) je pak následně obaleno z vnější strany po celém obvodu tepelnou izolací tak, aby se omezila možnost vzniku tepelného mostu.
Při montáží je třeba důsledně dbát na pečlivé zatěsnění všech připojovacích spár. Zatěsňování se provádí tak, aby nedocházelo k zatékání do spáry, aby byla zajištěna její vzduchotěsnost a zároveň umožněno účinné odvětrávání spáry do vnějšího prostředí. Zároveň musí být umožněna dilatace okna v konstrukci. Zatěsnění se provádí ve třech úrovních:
- vnější těsnění – brání vniknutí dešťové vody a vlhkosti do spáry při zachování paropropustnosti
- středové těsnění – zajišťuje tepelnou a zvukovou izolaci
- vnitřní těsnění – zajišťuje vzduchotěsnost a parotěsnost
Pro zatěsnění se používají vhodné těsnící pásky, silikonové tmely, parotěsné zábrany apod. Polyuretanovou pěnu lze použít jako tepelnou a zvukovou izolaci jen, je-li aplikována jako středové těsnění a chráněna vnějším a vnitřním těsněním. Na následujícím obrázku jsou naznačeny difúzní pásky okna.
Obr. 54: Pečlivě provedené difuzní pásky
Po ukončení montáže je třeba okno z venkovní strany opatřit parapetem. Kvalitu provedené montáže je vhodné kontrolovat pomocí blow-door testu a termokamerou. Nevhodné osazení okna, kromě funkčních potíží, s sebou nese i výrazné zvýšení potřeby tepla na vytápění, v některých případech až o 50 %. To jen potvrzuje fakt, že pasivní dům je třeba řešit komplexně a každá chyba se projevuje výrazněji než u běžných domů.
Zpět na začátek5.5 Vchodové a balkonové dveře
Montáž vchodových a balkonových dveří musí splňovat stejné požadavky jako montáž okenních konstrukcí. Pozornost je třeba věnovat hlavně dokonalému vykonzolování, protože zátěž, kterou ponesou jednotlivé konzoly nesoucí dveře, je nesrovnatelně vyšší než zátěž, kterou nesou konzoly oken. Součinitel prostupu tepla nesmí stejně jako u oken překročit hodnotu 0,8 W/m2.K. Konstrukce dveří a futer se provádí jako sendvičová s vloženými vrstvami tepelné izolace. Nároky na vzduchotěsnost jsou stejné jako u oken. Nejcitlivější oblastí dveří jsou prahy, neboť rám dveří není možno v tomto prostoru dostatečně zateplit. Tepelný most, který vzniká v této oblasti, je ale přípustný. Zabezpečení vzduchotěsnosti v tomto prostoru je také problematické, protože dveře jsou podstatně více namáhány než okna. Na trhu však dnes již existují speciální prahové profily s uzavíracími mechanismy. Na následujícím obrázku je naznačena správná montáž vchodových dveří pasivního domu.
Obr. 55: Vchodové dveře splňující požadavky pasivního domu
Zpět na začátek5.6 Střešní okna
Střešní okna jsou v pasivních domech velice problematický prvek, kterému je lepší se pokud možno vyhnout. Hlavním problémem je jejich osazení, kde v mnoha místech naprosto chybí izolace. Je to dáno samotnou koncepcí střešního okna. Aby odolávalo povětrnostním podmínkám, musí být instalováno až do roviny střešní krytiny, tedy mimo izolační obálku. Dalším problémem bývá těsnost hlavně v místě otočného kloubu, která zhoršuje neprůvzdušnost. Několik takových střešních oken může zvýšit spotřebu tepla na vytápění pasivního domu o desítky procent.
Problémem je i stínění v letních měsících, které může způsobit přehřívání podkrovních místností. I když výrobci v poslední době začínají na trhu se stavebním materiálem nabízet střešní okna vhodná pro pasivní domy, je lepší se této variantě vyhnout. Náhradou za střešní okna mohou být světlovody, světlíky, či vikýře, které lze tepelně řešit podstatně lépe.
Zpět na začátek5.7 Stínění oken
U pasivních domů je převážná část tepelných zisků realizovaná jižním prosklením. V chladných dnech je samozřejmě potřebné, aby množství těchto zisků bylo co nejvyšší, protože představují úsporu energie na vytápění. Jiná situace však nastává v letním období, kdy není nutno dům vytápět a kdy přebytek slunečního záření (solárních zisků) povede k přehřívání domu. Tomuto přehřívání je nutno zabránit a to hlavně u pasivních dřevostaveb, které mají malou schopnost akumulace tepla a rychle tak dochází ke zvyšování vnitřní teploty. U masivních staveb se tento problém neprojevuje tak zřetelně.
Obr. 56: Využití přesahu stavby pro stínění oken
Nejjednodušší je stínění pevnými částmi, což jsou nejčastěji přesahy střechy nebo zastřešené předsunuté pergoly. Tyto stavební konstrukce dobře odcloní vysoké jižní slunce, ale na nízké, hlavně zapadající slunce, už nestačí. Zde je nutno zaclonit prosklený prostor aktivním zastíněním.
Animace č.6 Funkce přesahu střechy
Aktivní stínění se provádí formou okenic, markýz nebo žaluzií a to jak vnitřních, tak i vnějších. V současnosti vyráběné vnější žaluzie lze kromě stínění pro jejich velmi dobré tepelně izolační vlastnosti využít i v noci, kdy po jejich spuštění dojde k podstatnému zlepšení tepelně izolačních vlastností stavebního okenního prostoru. Tyto žaluzie mohou být ovládány i automaticky, a to časově, případně čidlem stmívání. Na následujícím obrázku je příklad vnějších žaluzií.
Obr. 57: Vnější žaluzie integrující funkci zastínění a vylepšení tepelně izolačních vlastností
Zajímavou variantou je využití vhodně zasazených listnatých stromů, které v létě odstíní přebytečné slunce a v zimním období po opadnutí listí naopak nejsou slunci překážkou.
Při nadměrném letním přehřívání je možno interiér chladit využitím zemního kolektoru, či tepelného čerpadla ve funkci klimatizace.
Shrnutí, závěr
Z uvedené kapitoly je zřejmé, že k zaručení výsledné kvality stavebních výplní a hlavně okna v pasivním domě je nutno:
- zvolit správnou velikost a typ oken
- zohlednit orientaci na světové strany
- využít pasivních solárních zisků
- zvolit kvalitní zasklení, výplň inertním plynem
- zohlednit dostatečnou propustnost skel pro sluneční záření
- zvolit teplý distanční rámeček izolačních skel
- vybrat dobře izolovaný rám okna
- provést správné osazení při montáži
- provést kvalitní vyplnění a utěsnění všech spár
- chránit okno stínícími systémy proti nadměrnému přehřívání v létě
Splněním těchto předpokladů se stavební výplně stávají důležitým prvkem pasivního domu, který může výrazně ovlivnit požadovaný výsledek i tepelnou pohodu.
Zpět na začátek