Před 20 lety se vývoj izolačních skel vyrobením funkčního trojskla prakticky zastavil. Občas se sice objevila drobná vylepšení, většinou spojená s řešením tepelného mostu u okrajů, ale nic natolik převratného, že by to významně ovlivnilo vlastnosti zasklení z hlediska prostupu tepla jako celku. Čtyřsklo je zatím stále ve stadiu konceptu a vzhledem k jeho hmotnosti nebo velmi obtížnému zpracování velmi tenkých skel i dalším problémům se od jeho reálného použití ustupuje.
Na trhu se ale nyní objevila novinka – sklovina s oboustranně nízkoemisivním povrchem, která významně omezuje (nebo téměř zamezuje) interakci tepelného záření mezi ní a jejím okolím (obr. 1). Díky tomu bude možné vyrábět izolační skla, která izolují mnohem lépe než skla vyráběná doposud z běžných sklovin (opatřená nesálavou vrstvou pouze z jedné strany).
Díky spolupráci výrobce této skloviny s brněnskými vývojáři vzniklo nové izolační dvojsklo, které svými tepelněizolačními vlastnostmi (a nejen jimi) překonává parametry standardních trojskel. Řešení spočívá nejen ve speciální sklovině, ale i v zachování obou komor. Doprostřed mezi obě pokovená skla se totiž napne ultratenká (50 µm) nepokovená PET fólie. Nejedná se ale o známý Heat Mirror, spojovaný s nechtěnými vlnkami na fólii, ale o vysoce čirou a hlavně nepokovenou fólii, která absorbuje velmi málo krátkovlnného infračerveného (IR) záření (solárního tepla), takže se při oslunění tepelně téměř neroztahuje, a vlnky se na ní proto netvoří (obr. 2).
Čím je toto izolační dvojsklo tak výjimečné oproti trojsklu
Než přistoupíme ke zmíněné speciální sklovině, zůstaňme ještě chvíli u vlivu samotné fólie uprostřed.
– Vede mnohem méně tepla než sklo – díky své 10x menší tepelné vodivosti a hlavně své nepatrné tloušťce odvádí od studených okrajů směrem do plochy méně tepla, takže i bez speciálních sklovin, o kterých zde ještě bude řeč, jsou izolační vlastnosti dvojskla s fólií lepší než u trojskel. Příklad: s nejčastěji používanými rámečky 16 a 18 mm při plnění argonem vychází Ug u dvojskla s fólií o 0,1 W/m².K lepší než u trojskla.
– Fólie reaguje zcela odlišně na akustické vlny, přenášené mezi skly, takže účinně potlačuje přenos zvuku a díky ní je útlum hluku až 2x lepší než u trojskel. Příklady: dvojsklo s fólií (4-F-4 s Rw: 35–36 dB) tlumí hluk o cca 3–4 dB lépe než běžné trojsklo (4-4-4 s Rw: 31–32 dB).
– Fólie je vyrobena s minimálními nároky na energii, její uhlíková stopa na 1 m² je asi 1000x menší než u skla, takže z hlediska ekologie je dvoj-sklo s fólií o 1/3 šetrnější k přírodě než trojsklo. Je také o 1/3 lehčí.
– Fólie absorbuje v létě mnohem méně krátkovlnného záření od Slunce než standardní nepokovené sklo (umístěné uprostřed trojskel), takže izolační sklo s fólií v létě do interiéru tolik „netopí“, jako je tomu u trojskel – více v odstavcích níže.
Porovnání s trojskly:
1. V zimě: Současné trojsklo má vnější povrchy s emisivitou 89 %, takže si sáláním intenzivně vyměňuje své teplo s okolím. Např. v zimě, při jasné noční obloze, jejíž sálavá teplota je nižší než –40 °C, je venkovní sklo schopno vyzářit do oblohy i více než 100 W/m² (viz tabulka). Díky tomu dochází k jeho výraznému ochlazení, často až pod teplotu rosného bodu venkovního vzduchu, a na jeho povrchu pozorujeme k ránu kondenzát nebo dokonce námrazu (u trojskel běžný jev, obr. 3).
Jenže v důsledku studenější venkovní tabule je logicky studenější i sklo v interiéru, které pak odvádí z místnosti mnohem více tepla. Navíc od studeného skla vnímá člověk i nepříjemný pocit chladu, který musí kompenzovat i teplejším vzduchem, aby si zajistil tepelnou pohodu.
Nové izolační dvojsklo s fólií má na vnějším skle emisivitu jen 14,2 %, tedy při stejných podmínkách vyzáří do oblohy o 80 % energie méně. Tedy nejenže nedochází na jeho povrchu k tvorbě kondenzátu nebo námrazy, protože je o několik °C teplejší (a to v celé ploše, tedy i u okrajů), ale díky teplejšímu venkovnímu sklu je citelně teplejší i vnitřní sklo – a právě u okrajů je rozdíl nejvíce patrný –, které pak odvádí z místnosti méně tepla, a úspora za energie v zimě je tak významná. Navíc člověk vnímá od nízkoemisivního skla tepelný odraz svého vlastního těla, takže ani nemívá od oken pocit chladu, tedy i pocitově méně topí. Jako tepelné zrcadlo se chová sklo i k sálání od nábytku či interiérových příček. A protože se sáláním přenáší tepla v běžném prostředí nejvíce, je logické, že sklo, které sálání neabsorbuje, ale odráží zpět, bude lépe izolovat. Orientačně je funkce vnějších Low-E vrstev znázorněna na ilustračních obrázcích (obr. 4, 5).
Bohužel tento efekt „nesálavého“ skla, byť je pro úsporu energie velmi významný, je zatím natolik revoluční, že jej doposud nezahrnuje žádná norma pro posuzování vlastností zasklení. Pro náš test jsme proto zvolili ČSN 73 0540-4 (Stanovení součinitele prostupu tepla U pro neznámou skladbu), která z naměřených teplot stanovuje prostup tepla libovolnou obálkou.
Měření probíhalo od 30. 11. 2018 do 15. 3. 2019 na dvou stejně velkých oknech v jedné místnosti. U obou izolačních skel bylo Ug = 0,6 W/m².K (dle EN 673), avšak jedno zasklení mělo obě skloviny s oboustrannou Low-E vrstvou a druhé jen běžná Low-E skla (soft coating 1.1 s ε = 3 % byl u obou zasklení stejný).
Při dosazení průměrných hodnot z dlouhodobého měření vyšlo u zasklení s oboustrannými Low-E skly reálné Uskla o 0,17 W/m².K nižší než u druhého zasklení bez vnějších Low-E povrchů. Porovnáme-li obě skla dle platné normy EN 673, tak standardní zasklení mělo reálné Ug = 0,6 W/m².K, ale izolační sklo s vnějšími nízkoemisivními povrchy mělo reálné Uskla jen 0,43 W/m².K
Jaké lze z toho vyvodit závěry pro navrhování oken a prosklených fasád, ponechávám na kreativitě čtenářů (nebo do diskuse pod článkem na webu iMaterialy.cz). Odborníci se mohou snažit dopočítat, jak nízká emisivita vnějších skel ovlivňuje přestupový odpor v závislosti na středním počtu jasných zimních nocí a střední sálavé teplotě zimní troposféry.
2. V létě: Vlivem absorpce sluneční energie do hmoty skla dochází k jeho zahřátí. Je-li sklo navíc pokovené, absorbuje ještě o 10 % více tepla než nepokovené. Venkovní tabule u trojskla je pokovená, takže absorbuje tepla hodně, ale může se i snadno ochladit – jednak od proudění venkovního vzduchu a jednak vysáláním svého tepla do okolí. Může však i přijímat sálání tepla od protějších fasád, čímž se jeho schopnost ochladit se částečně snižuje. Prostřední sklo ve standardním trojskle, byť je nepokovené, je na tom mnohem hůře. Proniká k němu ještě velmi mnoho energie ze Slunce, z níž cca 8 % absorbuje (≈ 70 W/m²). Protože se nemá jak ochladit (naproti jsou reflexní vrstvy a okolo něj plyn, který má menší vodivost než vzduch), tak se při oslunění rozehřívá i na více než 58 °C, čímž ohřívá plyn v obou komorách. Od horkého plynu (větší tlak, a tedy i větší riziko úniku plynu) se ohřívá i vnitřní pokovené sklo, které je současně ohřívané Sluncem. Teplé vnitřní sklo už se naštěstí ochladit může a také se ochlazuje – ale bohužel do inte-riéru. A díky své velké emisivitě (ε = 89 %) září do místnosti povrchovou teplotou často i přes 40 °C.
Nové dvojsklo s fólií má oproti standardnímu trojsklu hned tři výhody. Venkovní povrch nejenže odráží sálání od horkých protějších stěn budov, takže se od nich méně ohřívá, ale současně odráží pryč i 10 % tepelného záření ze Slunce hned na první vrstvě. Do vnějšího skla tak proniká až o 100 W/m² tepla méně. Uprostřed umístěná fólie absorbuje mnohem méně krátkovlnného IR záření než sklo a při stejných podmínkách se ohřívá jen na 33 °C (tedy o 25 K méně – menší tlak plynu, menší riziko jeho úniku, delší životnost zasklení). Tou třetí, největší výhodou pro léto je o 80 % méně sálavý povrch na vnitřním skle, který zabrání, aby sklo interiér ohřívalo, i kdyby byla jeho teplota vyšší než teplota vzduchu. Ilustrační srovnání účinku opět na obrázcích (obr. 6, 7).
Skloviny s oboustranným Low-E povrchem jsou vyráběné v několika kombinacích s vnitřními soft-Low-E pokovy. Se standardním „soft coatingem 1.1“ jako čiré sklo s vysokým prostupem denního světla – vhodné pro neosluněné nebo zastíněné strany budov, ale také i s protislunečními vrstvami, např. „70/37“ – ideální právě jako venkovní sklovina pro osluněné strany pro ještě výraznější ochranu před letním přehříváním. Protisluneční skla jsou s přicházející změnou klimatu žádaná stále více, protože mnohem větší problém než vytopit místnost v zimě je zchladit ji během letních veder a vnitřní žaluzie mají jen velmi omezený účinek.
Dvojskla s fólií se standardně a nejčastěji vyrábějí pro účely „upgradu“ starších oken, kdy se stará dvojskla, často s Ug ≈ 2,8 W/m².K o tloušťce 24 mm přímo v rámu zamění za dvojskla s fólií o stejné tloušťce, ale s Ug = 0,7 W/m².K (nově
s reálným Uskla ≈ 0,53 W/m².K), čímž se sníží únik tepla zasklením o více než o 80 % a současně se zvýší i protisluneční ochrana v létě a hlavně velmi citelně poklesne v místnostech hluk (oproti původním dvojsklům s Rw ≈ 30 dB je snížení hluku až čtyřnásobné). Nic se nemusí vybourávat, výměna zasklení v plastovém okně je otázkou jednotek minut.
V Olomouci, na bytovém, památkově chráněném domě byla nedávno (květen 2019) dokončena výměna skel ve starých oknech za nové zasklení s fólií uprostřed (obr. 8). Původně chtěli obyvatelé vyměnit celá okna, protože o možnosti „upgradu“ nevěděli. Rozpočet na nová okna byl 2,2 miliónu korun a plánovaná doba realizace byla dva měsíce včetně postavení lešení a rozsáhlých bouracích pracích. Zrealizovaný „upgrade“ je vyšel na necelých 650 tisíc Kč (tedy asi na 1/3 původní ceny) a práce v domě zabraly jen 10 dní v naprosté čistotě. Díky „upgradu“ se nemusely vybourávat funkční rámy ani vyrábět nová okna s trojskly, čímž se ušetřilo cca 11 MWh energie, což odpovídá úspoře emisí asi 5,5 tun CO2.
Dům je umístěn v centru města přímo u křižovatky, kde je intenzivní provoz tramvajové dopravy ze čtyř stran. Obyvatelé domu zatím ještě nezačali citelně vnímat tepelný komfort, který jim nová skla zajistí během letních veder i v zimě, ale už nyní vnímají výrazný pokles hluku.
Další zajímavou referencí je severní fasáda administrativní budovy v Brně ve Svatopetrské ulici realizovaná na podzim r. 2018, na které se výrobce zasklení poněkud „vyřádil“ (obr. 9). Průhledná část je zasklená izolačními skly s Ug = 0,23 W/m².K – jedná se o tříkomorové trojsklo s jednou fólií. Vysokého izolačního účinku bylo možné dosáhnout díky 1% emisivitě skel a směsi argonu a kryptonu. Neprůhledná část je tvořena skleněnými panely, u kterých je venkovní sklovina s oboustranně nízkoemisivní vrstvou (na obrázku je vidět, že na ní není námraza, na rozdíl od průhledných částí, kde tato sklovina není). Uvnitř panelu je napnuto devět reflexních fólií vytvářejících celkem deset izolačních komor s nízkoemisivní jednou stranou. Dle EN 673 vychází u tohoto panelu výpočet Ug ≈ 0,10 W/m².K a díky oboustranné Low-E sklovině je reálné U ještě menší než výsledek dle normy, přesto výrobce skromně uvádí Ug < 0,2 W/m².K.
MICHAL BÍLEK
foto archiv autora
Michal Bílek (*1970)
je absolventem SPŠ Elektrotechnické, po maturitě emigroval do Německa. Do ČR se vrátil v roce 1993, kdy začal pracovat v odvětví TZB. V současnosti působí jako CEO ve třech společnostech a jako prezident nadnárodní asociace SIGFA. Díky celoživotnímu samostudiu a mnohaletým zkušenostem v oboru se dnes věnuje vývoji nových řešení pro stavebnictví se zaměřením na úsporu energie a solární zisky.
