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 umožňují interakci mezi vnitřním a vnějším prostředím. Okna ale mají velký význam i z pohledu dopadu denního světla a ním svázané energie a jsou také důležitá součást přirozeného větrání.

Okna a související příslušenství mají přímý vliv i na energetickou spotřebu budov; přesněji řečeno, hrají stále důležitější a aktivnější úlohu v domovní energetice. Jinak řečeno, okny nejen uniká teplo, okna jsou také velkým zdrojem energie, která není rizikem pro životní prostředí.

O udržení životního prostředí usiluje také EU, která chce trvale snižovat podíl fosilních paliv v energetice, která podle ní vedou ke globálnímu oteplování. V první fázi (známé jako Výzva 20-20-20) chce snížit emise skleníkových plynů o 20 % oproti roku 1990, docílit 20% podíl obnovitelných zdrojů energie a zvýšit energetickou účinnost (vztaženou na jednotku HDP) o 20 %, vše do roku 2021.

Okna v konceptu budovy

Okna jako významný klimatický prvek budovy plní již celá staletí širokou škálu funkcí. Jsou důležitou součástí pláště budovy, protože umožňují interakci mezi vnitřním a vnějším prostředím. Okna ale mají velký význam i z pohledu dopadu denního světla a přirozené ventilace.

Téma: Velux

Ropné krize „zvýšily” kvalitu oken

V posledních 100 letech, kdy jsou budovy vytápěny, slouží i k omezení intenzity vytápění. Velký impuls byl zaznamenán od doby ropných šoků v 70. letech 20. století, kdy se tepelněizolační schopnost okna významně zvýšila. Stoupající důraz na energetické úspory vedl k přechodu z jednoduchého zasklení na izolační zasklení složené ze dvou či tří vrstev skla s povrchovými vrstvami a plynovou výplní.

Novodobým impulsem je agenda kolem pravděpodobných klimatických změn v důsledku průmyslem produkovaných skleníkových plynů.

Hlavním motorem tlaků na kvalitní okna jsou dnes obyvatelé anebo vlastníci domů, kteří mají bytostný zájem na nejvyšší kvalitě vnitřního životního prostředí a kteří často usilují – dnes již mnohdy velmi reálně – o až úplnou energetickou nezávislost.

Trend směrem ke stále přísnějším energetickým požadavkům na budovy a zejména na okna bude pokračovat. Přitom musíme mít na paměti celý souhrn funkcí, které okna v budově zajišťují, a ty v budoucích předpisech a legislativě vhodně vyvážit. Jak už bylo uvedeno, vedle zásobení denním světlem a čerstvým vzduchem nás okna chrání před ztrátami tepla, jindy slouží jako zdroj energie (tepla) anebo nás chrání před letním přehříváním.

Musíme být opatrní a pozorní, abychom se nedopustili stejných chyb jako v 70. letech minulého století, kdy byla v několika evropských zemích úředně zmenšena velikost plochy oken s cílem snížit tepelné ztráty budov. V této době byl totiž obrovský rozdíl v energetické bilanci mezi stěnou a oknem. Důsledkem byly budovy s malou okenní plochou, menším přísunem denního světla a omezeným výhledem ven. Z této chyby jsme se snad již poučili a nebudeme ji napodobovat.

Téma: Okna

Okna jsou pro budovu zdrojem energie

Energetická bilance moderních oken je lepší než u stěn, protože okno přináší do budovy během topné sezóny energii, zejména sluneční. Tepelné ztráty obvodovými zdmi dosahují v České republice asi –12,5 kWh/(m²rok), zatímco celková energetická bilance moderního okna, zahrnující ztráty i sluneční zisky se pohybuje mezi –7,5 až +5 kWh/(m²rok). Správně zvolené a umístěné okno je tak pro budovu zdrojem solární energie, a proto je z energetického hlediska lepší než zeď.

Solární zisk z oken je dobře znám a již dnes je zapracován do legislativy a přihlíží se k němu při energetických výpočtech nových budov. Evropská směrnice o energetické náročnosti budov (2010/31/EU) požaduje, aby byla solární energie uplatňována ve výpočtech spotřeby energie v budovách. Česká republika tuto směrnici implementovala a solární zisk z oken se tedy u nových budov započítává.

Pokud ale jde o výměnu oken, je v praxi sledován pouze parametr U (součinitel prostupu tepla ve W/(m²K)). Vytyčit si ambiciózní cíle pro snižování spotřeby energie je správné a je to dokonce nezbytné k dosažení energetické bezpečnosti, o kterou Evropská komise i vlády jednotlivých zemí usilují. Legislativa ale musí zajišťovat, aby bylo vždy použito řešení, které je nejlepší a energeticky nejúspornější z hlediska zákazníka. To ovšem nelze vyjádřit hodnotou U.

Výstižnější charakteristikou je hodnota energetické bilance, která bere v potaz tepelné ztráty i solární zisk podobně, jako je tomu u metodiky výpočtů pro novostavby.

Téma: izolační okna

Energetická bilance oken

Skutečnou energetickou výkonnost oken během topné sezóny lze vyjádřit jako bilanci mezi energetickými ztrátami a slunečními zisky, výsledný údaj se nazývá energetická bilance. Několik studií provedených po celé Evropě ukazuje, že právě energetická bilance vyjadřuje výkonnost oken nejlépe.

Následující graf ukazuje charakteristiky pěti různých oken s hodnotou U_W = 1,0 W/(m²K) až 1,4 W/(m²K) při hodnotě U = 0,15 W/(m²K) pro stěnu. Na vodorovné ose je uvedena hodnota U okna, zatímco svislá osa ukazuje energetickou bilanci v kWh/(m²/rok) pro topnou sezónu pro všech pět oken i pro stěnu.

Graf ukazuje souvislost mezi hodnotou U a energetickou bilancí stejných výrobků. Je z něj zřejmé, že všechna okna mají lepší energetickou bilanci než zeď, a že dokonce dva typy z těchto oken přinášejí během topné sezóny energii ve výši 5 kWh/(m²K).

Dále se ukazuje, že okno s hodnotou U_W = 1,0 W/(m²K), které by dnes bylo na základě nízké hodnoty U_W hodnoceno jako nejlepší, není z toho hlediska lepší než okno s hodnotou U_W = 1,3 W/(m²K). To znamená, že hodnota U_W není až tak vhodnou charakteristikou pro popis oken.

Tento přístup je již uplatňován v několika zemích: Dánsko, Velká Británie a Maďarsko zavádí energetickou bilanci oken jako alternativu k hodnotě U_W. V Dánsku je výsledkem to, že výrobci oken optimalizovali svoje řešení tak, aby co nejvíce využili solární energii.

Téma: Střešní okna

Energetická bilance umožňuje zákazníkovi správnou volbu

Evropská směrnice pro energetickou náročnost budov požaduje, aby členské země stanovily minimální požadavky na základě ekonomicky optimální bilance. To ve stručnosti znamená, že zákonodárci musí vzít v potaz i náklady pro zákazníka. Ekonomicky optimální hodnocení bere v úvahu veškeré údaje o nákladech a úsporách energie po dobu 30 let. Do hodnocení jsou tedy započteny úspory za celé toto období.

Tento pohled ukazuje, že nejlépe si vedou výrobky, u kterých je vhodně vyvážena nízká hodnota U_W a vysoká hodnota solárního faktoru g. Následující schéma ukazuje ekonomicky optimální hodnocení oken na základě evropské metodiky, které vychází z českých cen výrobků a energií. V grafech jsou znázorněny dvě modelová porovnání vlivu oken s rozdílnými parametry na potřebu primární energie budovy a nákladové optimum oken.

Téma: sluneční energetika

Shrnutí

Abychom opravdu řešili udržitelnodt dalšího rozvoje a snížili spotřebu energie, je třeba věcně diskutovat i o vhodné metodice hodnocení oken. To má velký význam v případě předpisů pro okna při rekonstrukcích budov a při výměně oken. Cílem je dosažení co nejlepší energetické účinnosti při nejnižších možných celkových nákladech nejen pro společnost, ale hlavně pro jednotlivé zákazníky.