Potenciál úspory energie v oknech (nejenom) panelových domů
Kdo by si někdy nepohrával s myšlenkou získání pokladu nebo bohatství, které by zlepšilo jeho ekonomickou situaci? Doby, kdy bandité ukrývali svoji kořist, jsou ty tam a dnešní hledači pokladů mají čím dál méně šancí. Pouhá naděje na zbohatnutí je hnacím motorem pro nejrůznější loterie, televizní soutěže a k velkému zklamání účastníků většinou zůstává u nesplněných přání. Šance na získání bohatství nálezem či výhrou je mizivá. Naproti tomu ekonomické zisky z úspor při bezeztrátovém hospodaření především s energiemi jsou reálné. Výměna zastaralých okenních výplní za moderní v sobě skrývá nedozírný ekonomický potenciál
Plastová okna se vyrábějí již více než 40 let. První plastové profily byly vyvinuty především z důvodu materiálových předností PVC - trvanlivost vůči povětrnostním vlivům, snadné zpracovatelnosti, nenáročnosti na údržbu atd.
Aspekt tepelné izolace dlouhou dobu nehrál žádnou rozhodující roli. Tak vznikly první profily z umělé hmoty s jednoduchými dutými komorami, které byly zpočátku vyztužovány dřevem a později i ocelí pro zajištění statiky okna. K zavedení dvoukomorových profilů došlo z potřeby uložit ocelovou výztuž do suché hlavní komory a tím zabránit její korozi. Menší přední komora sloužila k odvedení vody z profilu.
Tepelně izolační aspekt tohoto zdvojení komor byl výrobci profilů »objeven« až ve druhé polovině 80. let v souvislosti s vývojem v oblasti izolačních dvojskel. Od začátku 90. let soutěží přední výrobci plastových okenních profilů a izolačních dvojskel o dosažení nejlepších tepelně izolačních vlastností.
U plastových okenních profilů se zdá, že vývoj je ukončen šestikomorovými systémy s konstrukční hloubkou 80 mm, dosahujícími součinitele prostupu tepla Uprofilový systém = 1,2 W/m2K. Další zvyšování počtu komor nebo konstrukční hloubky vede k předimenzování systému bez podstatného vlivu na součinitel prostupu tepla a užitné vlastnosti. Další možnosti budoucího vývoje v této oblasti se rýsují v eliminaci tepelných mostů použitím termicky dělených ocelových výztuží a/nebo ve vyplnění vzduchových prostor v komorách systému tepelně izolačním materiálem.
Obdobným vývojem prošla technologie zasklívání. První vývojový skok představovalo začátkem 70. let použití izolačního dvojskla s meziskelním prostorem vyplněným vzduchem, které oproti jednoduchému zasklení Usklo=5,7 W/m2K dosáhlo součinitele prostupu tepla Usklo=3,0 W/m2K. V průběhu dalšího vývoje bylo izolační dvojsklo doplněno pokovenou vrstvou, která znatelně redukuje přenos tepla zářením. Meziskelní prostor se plní ušlechtilými plyny (argon, krypton), místo původního hliníkového distančního rámečku, který tvořil tepelný most na okraji zasklení, se používá plastový distanční rámeček. Standardní součinitel prostupu tepla je v současnosti Usklo=1,0 W/m2K, běžně dostupné je zasklení izolačním dvojsklem Usklo=0,9 W/m2K nebo izolačním trojsklem Usklo=0,5 W/m2K.
Celková hodnota součinitele prostupu tepla na celé okno se v kombinaci těchto moderních technologií pohybuje kolem Uokno=1,2 W/m2K, což představuje soudobý standard v zemích EU.
Stávající okenní výplně panelových domů
Téměř 1/3 obydlených bytů v ČR z celkového bytového fondu je v panelových domech. Porovnání technických parametrů okenních výplní panelových domů se současným trendem vývoje okenních technologií působí anachronicky: Součinitel prostupu tepla dřevěného zdvojeného okna panelového domu je Uokno=2,8 W/m2K nebo horší. Vzhledem ke zpravidla nefunkčnímu a často i chybějícímu utěsnění mezi rámem a křídlem lze předpokládat mnohem horší tepelně izolační parametry.
Dřevěné zdvojené okno sestává z rámu a sešroubovaného křídla. Oba elementy jsou zhotoveny z hranolů z měkkého dřeva. Křídlo je zaskleno dvěma plochými skly tloušťky 3 mm. Prostor mezi skly hloubky 40 mm není hermeticky uzavřen. Skla jsou v dřevěném hranolu zajištěna buď sklenářským tmelem a ocelovými trny nebo dřevěnými lištami, případně vlepenou pryžovou lištou.
Jednokřídlé okno je zpravidla otočné kolem střední svislé osy nebo výklopné kolem střední vodorovné osy; dvoukřídlé okno má jedno - zpravidla větší - křídlo otočné (výklopné) a jedno menší křídlo otevíravé a sklopné (ventilačka). Balkonová sestava má kromě otevíravých balkonových dveří buďto kombinaci pevného středního dílu a otevíravého a sklopného křídla (ventilačky) anebo jedno křídlo otočné (výklopné), popř. dvoukřídlé okno s jedním otevíravým a jedním otevíravým a sklopným křídlem. V menší míře existují ještě další varianty.
Kování je u starších typů oken ocelové, u novějších typů je zhotoveno z hliníkových slitin.
Těsnění mezi rámem a křídlem je zpravidla řešeno kovotěsem popř. silikonovým profilem. V mnoha případech však neplní svoji funkci, neboť křídlo je v rámu zkříženo a těsněná spára není paralelní.
Rám okna je do panelu kotven zpravidla ocelovými šrouby. Konstrukční šířka rámu je 78 mm, výška spodního dílu (parapetního) 46 mm a výška horního a bočních dílů je 58 mm. Rám okna přesahuje přes vnější líc panelu pouhých 10 mm. Utěsnění rámu okna v panelu je provedeno z vnější strany trvale pružným tmelem; ve styčné spáře těsnícím provazem (např. z minerálních vláken) a z vnitřní strany dřevěnou lištou.
Moderní náhrada
Technické vlastnosti plastových oken FenStar® byly podrobně popsány v předcházejícím čísle tohoto časopisu. Ve stručnosti jsou plastová okna FenStar® zkonstruována z vícekomorových profilových systémů, standardního zasklení izolačním dvojsklem se součinitelem prostupu tepla Usklo=1,0 W/m2K a tzv. »teplým okrajem« tvořeným plastovým distančním rámečkem, celoobvodového kování s povrchovou úpravou krytých částí - »stříbrný titan« (galvanické pozinkování) a nekrytých částí – bílý lak. V základním provedení je kování vybaveno základní třídou bezpečnosti, náběhem křídla a ochranou proti chybné obsluze. Těsnění mezi rámem a křídlem je třístupňové a je vyrobeno z EPDM (ethylen-propylen-dien-polymeru) světle šedé barvy. Tento materiál má mechanické vlastnosti pryže, avšak výrazně vyšší odolnost vůči povětrnostním vlivům a stárnutí. Součinitel prostupu tepla na celé okno se v závislosti na počtu komor profilového systému pohybuje od Uokno=1,4 W/m2K u čtyřkomorového systému až po Uokno=1,2 W/m2K u šestikomorového systému. Při použití speciálního zasklení izolačním trojsklem dosahují plastová okna FenStar® součinitele prostupu tepla Uokno=0,8 W/m2K.
Jako náhrada stávajících zdvojených dřevěných oken v panelových domech se nejlépe osvědčila okna FenStar® vyrobená z pětikomorového profilového systému se součinitelem prostupu tepla na celé okno Uokno=1,3 W/m2K. Toto řešení nabízí optimální poměr mezi výkonem a cenou a navíc tento pětikomorový systém vzhledem k technickým parametrům, především díky svým konstrukčním rozměrům, nejlépe vyhovuje požadavkům při výměně okenních výplní panelových domů a umožňuje efektivní uzavření zateplované plochy fasády na ostění stavebního otvoru za současného vyloučení »tepelných mostů« při následujícím zateplení vnějšího pláště panelového domu. Hloubka osazení rámu v panelu je velmi důležitá i z hlediska vzduchové neprůzvučnosti (zvukové izolace).
Problém zateplení panelových domů graduje úměrně s rostoucími cenami energií. Přestože okenní otvory tvoří přibližně »pouhých« 30 – 50 % z celkové plochy obvodového pláště panelových domů, jsou stávající dřevěná okna nejslabším článkem tepelné ochrany těchto budov. Kromě výměny okenních výplní bude současně nezbytné pro efektivní zamezení tepelných ztrát budovy zajistit tepelnou izolaci vnějšího pláště panelových domů. Z hlediska stavebního řešení je výhodnější vyměnit okna ještě před zateplením fasády panelového domu.
Vedle známých předností plastových okenních systémů, jako jsou recyklovatelnost, dlouhá životnost bez nutnosti údržby, odolnost vůči povětrnostním vlivům a jiné, staví plastová okna do čela okenních výplní především možnosti lepších izolačních vlastností a enormní úspory nákladů ve srovnání s ostatními materiály. Použití plastových okenních systémů představuje z hlediska nákladů beze-sporu nejvýhodnější variantu jak v novostavbách, tak i při sanaci staré zástavby.
Dosažitelné úspory
Podle údajů Českého statistického úřadu činí počet obydlených bytových jednotek v panelových domech 1 157 894, což představuje 31,2 % celkového bytového fondu v České republice. Pro další úvahy budeme vycházet z předpokladu, že jedna obytná místnost panelového bytu je osazena jedním oknem o průměrné ploše okenní výplně 2,96 m2 se součinitelem prostupu tepla Uokno=2,8 W/m2K.Pro další výpočty bude uvažována výměna stávajícího zdvojeného okna za plastové okno FenStar® s pětikomorovým systémem a se součinitelem prostupu tepla Uokno=1,3 W/m2K a alternativně s oknem FenStar® ****** Prestige Passiv se součinitelem prostupu tepla Uokno=0,8 W/m2K. Z důvodu zjednodušení výpočtů nejsou v následujících odhadech zohledněny solární zisky ani ztráty větráním v zimním období.
Očekávané úspory energie vyplývající z technického zlepšení jsou závislé na vnějších podmínkách. Jako základ odhadu použijeme průměrnou roční teplotu + 9 oC a vnitřní prostorovou teplotu +21 oC. Výpočet je proveden pro období jednoho roku (8 766 hodin).
S těmito hodnotami lze při respektování určitého zjednodušení vypočítat tepelnou energii uniklou přes okna pomocí vzorce:
E = Uo · t · AF · Dd
kde:
E = tepelná energie v [Wh]
Uo = součinitel prostupu tepla na celé okno v [W/m2K]
t = čas v [hod.]
AF = plocha okna v [m2]
Dd = teplotní rozdíl mezi vnitřkem a vnějškem v [K].
Z výpočtů uvedených v tabulkách je již na první pohled patrné, že pouhou výměnou dřevěných zdvojených oken za plastová okna se součinitelem prostupu tepla Uokno=1,3 W/m2K (standardní okno FenStar®) lze dosáhnout více než 50 % úspory energie potřebné na vytápění. Při instalaci nadstandardních oken FenStar® ****** Prestige Passiv se součinitelem prostupu tepla Uokno=0,8 W/m2K budou energetické úspory představovat více než 70 % oproti stávajícímu stavu.
Potenciál úspory energií při použití moderních okenních výplní (Uokno=1,3 W/m2K) ve všech panelových domech v ČR představuje 1 828 000 MWh ročně. Při použití nadstandardních okenních výplní (Uokno=0,8 W/m2K) by roční úspora energií dosahovala 2 437 000 MWh!
Pokud tuto úvahu rozšíříme na všechny byty v ČR (doposud uvažované byty v panelových domech představují 31 % z celkového bytového fondu; jistá nepřesnost může vzniknout z nedefinovatelných rozdílů v plochách jednotlivých okenních výplní a samozřejmě i z jejich tepelně technických parametrů), dosahovala by roční úspora energií 5 859 000 MWh, respektive 7 812 000 MWh.
Pro porovnání: roční výkon jaderné elektrárny Temelín je 17 198 892 MWh; roční výkon středně velké tepelné elektrárny je 7 012 800 MWh.
