Vývoj požadavků na tepelněizolační vlastnosti otvorových výplní

V posledních letech se setkáváme s tématem snižování energetické náročnosti ve všech oblastech každodenního života. Souvisí to se sílícími obavami o životní prostředí naší planety a o vyčerpání jejích surovinových zdrojů, ale především s ryze ekonomickými důvody. Také stavebnictví zasáhl trend energetických úspor a snižování tepelných ztrát. Náklady na výrobu energie se totiž neustále zvyšují, což se promítá do cen výrobků i do výdajů za vytápění budov.

Protože okna a další otvorové výplně budov mají obvykle vyšší tepelnou prostupnost než zbytek obvodového pláště budovy, jsou po této stránce jeho nejslabším článkem a pozornost odborníků se zaměřuje právě na ně.

Tepelněizolační vlastnosti otvorových výplní prošly během posledních patnácti let bouřlivým vývojem.

Tab 1.: Vývoj požadavků na součinitel prostupu tepla otvorovou výplní – Uw (W/(m² . K))

První desetiletí plastových oken na českém trhu
V první polovině 90. let minulého století, kdy se v České republice plastová okna teprve začínala prodávat, byly normové požadavky na součinitel prostupu tepla otvorovými výplněmi U(w) na úrovni méně než 2,9 W/(m² . K). Takových hodnot dosahovala bez větších problémů většina dřevěných i plastových oken.

Tehdejší plastová okna měla obvykle tyto parametry:

• tříkomorový profil,
• ocelovou výztuhu,
• prosklení dvojsklem o šířce 20 mm,
• distanční rámečky – hliníkové,
• stavební hloubku 54 až 60 mm a hloubku zapuštění skla 15 mm,
• dvě dorazová těsnění.

Ačkoliv většina zákazníků z těchto let si plastová okna spojuje výlučně s bílými rámy, už od počátků bylo možné upravit jejich povrch fóliováním. Na tuzemském trhu se tak dělo sporadicky, ale přece jen se občas objevovaly dřevodekorové fólie. Typickým představitelem těchto výrobků byla například okna belgické značky ­Deceuninck Mondial.

V období mezi lety 2000 až 2005 se již požadavky na otvorové výplně začaly zpřísňovat. Jejich první zásadnější úprava přišla v roce 2002 – bylo třeba splnit požadavek na součinitel prostupu tepla celým oknem U(w) pod hranicí 1,8 W/(m² . K). To mělo dopad na technologické zdokonalení plastových oken v těchto parametrech:

• tříkomorové profily byly nahrazeny pěti- nebo šestikomorovými,
• ocelová výztuha zůstává zachována, protože zatím nejsou k dispozici technologie, které by umožnily tento prvek nahradit,
• prosklení o tloušťce 24 až 40 mm (první trojskla),
• hloubka zapuštění skla 15 mm,
• kvůli zvyšování počtu komor bylo potřeba zvětšit šířku (stavební hloubku) rámu na hodnoty kolem 70 mm.

Na trh přicházely v této době komplexní profilové systémy umožňující vysokou variabilitu řešení otvorových výplní, výrobci oken přitom dosáhli sjednocení této komplexity ve výrobním procesu (jednotné nástroje, kompatibilita prvků v systémech a podobně). Právě v letech 2000 až 2005 nastal největší rozmach prodeje plastových oken. V nabídce se objevily různé varianty designů křídel (například předsazená křídla) či oblejší tvary. Navíc se plastová okna začala nabízet v široké škále odstínů, což bylo možné díky fóliování profilů.

Typickým představitelem těchto inovací byly například pětikomorové profily Deceuninck Zendow se stavební hloubkou 70 mm, které nabízely prakticky jednotnou platformu pro okna v celé Evropě.

Současnost a nejbližší budoucnost (2005 až 2012)
Počáteční hon za zvyšováním počtu komor se zpomaluje, jejich počet se ustaluje na pěti až sedmi. Provedené testy prokázaly, že další zvyšování počtu komor, aniž by se zároveň zvětšovala stavební hloubka profilu, už nemá na prostup tepla okenním profilem zásadní vliv.

V normových požadavcích nastal další posun směrem k větší náročnosti na otvorové výplně: v normě ČSN 73054-2 je stanovena předepsaná hodnota U(w) < 1,7 W/ (m² . K) a dále doporučena hodnota ≤ 1,2 W/ (m² . K). Na druhé straně však paradoxně chybí norma, v níž by byl ošetřen způsob zabudování otvorové výplně do ostění. Normou se mimo jiné stanovují nové požadavky na povrchovou teplotu okna (tab. 2).

Tab. 2: Přepočtené požadované hodnoty nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní otvorů

Parametry současných plastových oken:

• 5 až 8 komor (pětikomorové profily jsou již na ústupu),
• stavební hloubka 75 až 112 mm,
• prosklení 24 až 44 mm,
• teplé distanční rámečky,
• hloubka zapuštění skla 20 mm (aby se dosáhlo požadovaných povrchových teplot),
• dvě dorazová a jedno středové těsnění.

Typickým představitelem takových oken je šestikomorový systém Inoutic Prestige se stavební hloubkou 76 mm. I tento systém přináší rozsáhlou nabídku možností a kombinací. Od běžných šestikomorových oken s vynikajícími tepelněizolačními parametry až po řešení pro pasivní domy v několika variantách – buď s vypěněním vnitřních komor, nebo s použitím širšího rámu (96 mm) v kombinaci s běžným okenním křídlem.

Šestikomorový okenní rám systému Inoutic Prestige pro pasivní domy má větší stavební hloubku – 96 mm. Vybaven je středovým těsněním, které přispívá k lepším tepelněizolačním vlastnostem a tlumí hluk přicházející zvenku. Vylepšené tepelněizolační vlastnosti se projeví i díky šesti komorám a zvýšenému profilu okenního rámu (81 mm). Okenní rám je plně kompatibilní se všemi stávajícími tvary okenních křídel z řady Inoutic Prestige – s rovnými, předsazenými kulatými, hranatými, ale i s balkonovými křídly.

Jak dále snižovat tepelné ztráty
Z hlediska požadavků normy ČSN 73 0540-2 jsou pro tepelnou prostupnost otvorových výplní rozhodující tři veličiny: součinitel spárové průvzdušnosti, součinitel prostupu tepla a vnitřní povrchová teplota. Součinitel spárové průvzdušnosti lze definovat jako množství metrů krychlových vzduchu, které projde za jednu hodinu jedním metrem spáry při rozdílu tlaků jeden pascal. Součinitel prostupu tepla charakterizuje tepelnětechnické vlastnosti okna. S oblastí součinitele prostupu tepla je pak úzce spjata i oblast takzvaných povrchových teplot.

V oblasti spárové průvzdušnosti se dnešní moderní okna – dřevěná, plastová i hliníková – již prakticky nedají zlepšovat. Jsou totiž téměř stoprocentně těsná. Uvádí se, že okno původní konstrukce umožňovalo v uzavřené poloze výměnu vzduchu v objemu 1 m³ na 1 m spáry. Naproti tomu okno současné konstrukce umožní výměnu vzduchu v objemu 1 dm³ na 1 m spáry.

V oblasti součinitele prostupu tepla a s ním souvisejících povrchových teplot je stále co zlepšovat, a to několika možnými způsoby. Například lze vyvíjet a aplikovat nové technologie v oblasti materiálů použitých na výrobu profilů nebo skel.

Příkladem takových řešení mohou být profily společnosti Deceuninck. Jde o dvě skupiny produktů. Prvním je okenní profil Zendow+, který představuje ekonomické řešení splňující veškeré požadavky doporučených hodnot součinitele prostupu tepla U(w) a povrchových teplot a vyhovuje podmínkám vládního programu Zelená úsporám. Druhým produktem je šestikomorový profilový systém Inoutic Prestige, který nabízí řadu možností a kombinací včetně varianty pro pasivní domy – poskytuje tedy řešení pro nejnáročnější budovy z pohledu tepelné ochrany. Také je v seznamu výrobků zaregistrovaných v programu Zelená úsporám. 

Budoucí požadavky trhu
Evropská unie vypracovala obsáhlý program energetické politiky do roku 2020. Členské státy jsou v něm vyzvány, aby snížily celkovou spotřebu energie a emisí CO₂ o 20 %. Navíc musejí všechny členské státy doložit, že 20 % jejich energetické spotřeby je kryto z obnovitelných energetických zdrojů.

V tomto duchu se nese trend nízkoenergetického a pasivního bydlení, který započal kolem roku 2007 a který bude dále sílit a rozmáhat se. Stejným směrem se budou vyvíjet také požadavky zákazníků.

Institut pro pasivní domy Dr. Feista v německém Darmstadtu stanovil požadavek na hodnotu U(w) < 1,0 W/(m² . K) pro nízkoenergetické domy a U(w) < 0,8 W/(m² . K) pro pasivní domy. Od těchto hodnot se odvíjejí speciální řešení pro otvorové výplně a předpokládá se jejich převzetí i pro nově připravované předpisy a evropské harmonizované normy.

Půjde o tyto parametry:

• U(w) < 0,8 W/(m² . K);
• extrémní rozšiřování rámů až na 120 mm se bude stabilizovat mezi 80 až 90 mm;
• pro dosažení požadavků na tepelnou prostupnost oknem, respektive rámem budou využívány dva možné přístupy:
  • vyplnění komor rámu termoizolačními výplněmi – vložkami, foukanou izolační pěnou a podobně,
  • nahrazení ocelové výztuhy jinými materiály pro odstranění tepelných mostů – skelnými vlákny ve stěnách profilu, výztuhami z kompozitních sklolaminátových materiálů a podobně;
• zvyšování tepelněizolačních vlastností skla až k hodnotě U(g) < 0,4 W/(m² . K);
• trojskla se stanou standardem, stejně tak speciální povrchové úpravy skel;
• šířka proklení v rozmezí 24 až 60 mm;
• hloubka zapuštění skla 24 mm.

Budoucnost bude patřit zejména vysoce flexibilním systémům, které budou umožňovat přizpůsobení individuálním požadavkům zákazníků při splnění obecných požadavků vyplývajících z norem a jiných předpisů.

Typickým představitelem těchto oken budoucnosti je systém Eforte, který při použití běžné ocelové výztuhy dosahuje výborné hodnoty součinitele prostupu tepla rámem U(f) = 0,95 W/(m² . K). Splňuje tak energetický standard pro pasivní domy. Ve variantě s tepelnou výztuhou z plastu s integrovanými ocelovými vlákny dosahuje ještě lepších parametrů.

Nová varianta profilů Eforte s unikátní tepelnou výztuhou z plastu s integrovanými ocelovými vlákny. Výztuha v sobě spojuje tuhost oceli s vylepšenými tepelněizolačními vlastnostmi plastu, a tím přispívá k ještě většímu zamezení případných tepelných ztrát.

Petr Sýs
Foto: archiv firmy Deceuninck

Autor pracuje ve firmě Deceuninck, spol. s r. o., jako technický manažer.

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.