Prečo (zabudované) izolačné sklá praskajú?

Jarné slniečko postavené nízko nad obzorom nám pripomína chyby, ktoré sme spravili pri návrhu alebo používaní izolačného skla. Táto porucha sa nevyhýba dvojsklu a ani trojsklu. Vyskytuje sa na zjavne zatienených miestach ale aj na miestach, kde sklo nie je zjavne clonené žiadnym exteriérovým solitérom alebo interiérovým zariaďovacím prvkom. Teplotný stres sa vždy vyskytuje, kedykoľvek vznikne na skle akumulácia tepla. Zvýšenie teploty skla je tým väčšie, čím väčšia je schopnosť skla priamo pohlcovať slnečné žiarenie a dlhovlnné žiarenie vyžarované hmotou výplne. Ak je táto výplň od hmoty skla oddelená vzduchovou medzerou, zahrieva sa vzduch v medzere od teplých plôch z oboch strán, a tak nastáva hromadenie tepla. Toto kumulatívne teplo môže za určitých podmienok dosiahnuť až 100 °C. Zvýšená teplota nepriaznivo pôsobí najmä v letnom období na obklopujúce materiály. Sklo, keď sa zohreje o 80 °C zmení svoje rozmery o 0,72 mm na 1 m dĺžky. Pokiaľ takéto sklo nemá možnosť dilatácie, praskne. Je niekoľko spôsobov, ktorými je možné znížiť zdieľanie tepla v sklenej výplni a vo vzduchovej medzere [1]:

  1. tienením;
  2. vhodným umiestnením sklenenej výplne vzhľadom k dopadajúcej slnečnej energii;
  3. stanovením optimálnej hrúbky vzduchovej medzery, vetranej alebo nevetranej, pre rôzne druhy sklenených výplní a ich farby;
  4. použitím odrazových clôn a ich najvhodnejším umiestnením.

Sklenená výplň je k nosnej konštrukcii najčastejšie pripevnená svojou obvodovou časťou tak, že je uložená vo vytvorenej drážke. Obnažené časti sklenenej výplne podliehajú zmenám spôsobeným slnečnou energiou, avšak krytá časť obvodu sklenenej výplne je pôsobeniu tejto slnečnej energie uchránená. Z tohto je možné usudzovať,  že sa sklenená výplň nerovnomerne zohrieva tak, že vzniká rozdiel medzi teplotou v strede a na okraji sklenenej tabule. Vplyvom zvýšenej teploty v ožiarenej časti sklenej tabule vzniknú v nej sily, ktoré budú postupovať od stredu ku okraju (obr. 1).  Studené okraje sa budú snažiť roztiahnutiu skla zabrániť, a tak vznikne v tomto okrajovom pásme skla namáhanie ťahom. Sklo je však proti namáhaniu ťahom málo odolné, preto sa naruší (popraská).

obr.1 – Napätie v sklenenej výplni vyvodené vplyvom ožiarenia výplne slnkom pri zakrytých okrajoch

Namáhania alebo použite náhodného vystavenia podmienkam vyšším ako limit zaťaženia vedú k náhlemu rozbitiu skla. Toto môže viesť k obmedzeniu  možností použitia rôznych skiel. Teplom spôsobené praskliny sú zapríčinené napríklad sálavým teplom od vykurovacích telies, ale aj koncentráciou tepla zapríčinenou polepením alebo pomaľovaním izolačných skiel.

Tepelný lom však môže spôsobiť aj viacero skiel za sebou napr. pri posuvných dverách alebo ste-nách, ktoré nie sú dostatočne odvetrané. Mimoriadne náchylné sú najmä protislnečné sklá s absorbčnou charakteristikou. Tu môže spôsobiť prasknutie aj čiastočné zatienenie plochy zasklenia. Je to dané odolnosťou skla voči náhlym zmenám teploty a teplotným rozdielom, ktorá je pri štandardnom skle 40K.

Pokiaľ sa špeciálne tepelné namáhania neberú do úvahy môže to viesť k prasknutiu skla. Východiskovým bodom je samozrejme hrana skla. Spôsobujú ho teplotné rozdiely v tabuli skla nad 40 K. Dokonca aj zimné ráno, keď sa objaví vychádzajúce slnko môže spôsobiť takéto rozbitie skla.

Výber výrobkov zo skla a hrúbky skla treba prispôsobiť súčasnej situácii zaťaženia. Okrem štan-dardných vplyvov od namáhania snehom, vetrom alebo zaťaženie klimatizáciou a ďalšími je nutné vziať do úvahy aj tepelné namáhania. Prekročenie dovolených tepelných namáhaní môže viesť k lomom. Dokonca aj v malých izolačných sklách s dĺžkou strany okolo 60 cm s nepriaznivým pomerom strán (malé a úzke sklené jednotky) sa zvyšuje riziko poškodenia. Je preto nevyhnutné aby už v etape návrhu všetky zúčastnené strany poznali okolnosti za ktorých dochádza k tepelným lomom. Tieto prípady by mali byť včas odhalené.

Sklo je relatívne zlý vodič tepla. Preto teplo získané napríklad slnečným žiarením je veľmi zle odvádzané, čo vedie ku zvýšenému tepelnému namáhaniu a môže prasknúť. Pri nízkych teplotách a rannom slnku je okraj izolačných skiel, ktorý je upevnený v ráme, chladnejší ako stred skla.

Takéto tepelné namáhanie môže nastať taktiež v zatienených častiach okna napríklad od stromov, budov alebo vonkajších tieniacich prostriedkov. Zatienený povrch môže byť oveľa chladnejší ako slnkom ožiarená plocha.

Tepelné namáhanie sa môže očakávať najmä na sklách s vyššou absorpciou. Jedná sa o v hmote prefarbené sklá alebo sklá s absorbujúcimi povrchmi (napr. niektoré protislnečné sklá).

Nebezpečné z pohľadu vzniku lomu skla je aj opracovanie hrán skiel, nesprávne umiestnenie sklených podložiek a „história“ jeho ciest od výrobcu skla na stavbu do sklenej otvorovej výplne.

V nešetrnom zaobchádzaní so sklom alebo jeho spôsobu podloženia pred zasklením je potrebné hľadať príčinu väčšiny lomov. Nepatrné poškodenia hrán skiel môže po vystavení skla slnečnému žiareniu spôsobovať trhliny na prvý pohľad pripisované tepelnému lomu. Vzniku tejto chyby je možné predchádzať šetrným zaobchádzaním s izolačnými sklami, správnym skladovaním v súlade s pokynmi výrobcu skla a správnym vypodložením v ráme krídla okna alebo dverí podľa STN 73 3443.

Rezanie a lámanie skla pri výrobe izolačných skiel vedie nevyhnutne k vzniku mikroskopických trhlín na hrane skla. Mikroskopické trhliny vedú k významným napäťovým špičkám (koncentrácie napätia), znižujúcim odolnosť skla proti prasknutiu. Zmiernenie vplyvu niektorých vyššie uvedených chýb je možné dosiahnuť objednávaním izolačných skiel so zabrúsenými hranami. Pokiaľ izolačné sklo je vedome umiestňované na miesta kde hrozí vznik tepelného lomu je nevyhnutné použiť tepelne spevnené alebo tepelne tvrdené sklo. Urbančok [2] vidí možné príčiny lomu skla v:

  • tepelný lom z najrôznejších dôvodov;
  • mechanická deštrukcia, nerovná plocha pred zasklením;
  • prekročený max. prípustný pomer strán výška / šírka;
  • poddimenzovaná hrúbka skiel na zaťaženia (vietor, vlastná hmotnosť, ľadovec, bremeno, náraz,..);
  • nesprávne uskladnenie;
  • nesprávne umiestnenie zasklievacej podložky;
  • nesprávne (chýbajúce) vypodloženie.

Odhliadnúc od úmyselného rozbitia skla nárazom rôznych predmetov, je občas vyskytujúcou sa príčinou rozbitia skla aj vnútorné napätie v sklenej dutine vyvolané rozdielom tlaku vzduchu medzi miestom výroby a montáže izolačného skla.

Publikácia E. Wagnera [3] obsahuje viac ako 50 tvarov lomov skla a možných príčin ich vzniku. Vyberáme z nej:

obr. 2: plošný lom I. Dlhotrvajúce mechanické plošné zaťaženie, exponované teplotou, tlakom vzduchu a / alebo výškovým rozdielom medzi výrobou a montážou izolačného skla; poddimenzované.

obr. 3: plošný lom II. Vysoké zaťaženie, exponované teplotou, tlakom vzduchu a / alebo výškovým rozdielom medzi výrobou a montážou izolačného skla; poddimenzované.

obr. 4: plošný lom III. Vysoké zaťaženie, exponované teplotou, tlakom vzduchu a / alebo výškovým rozdielom medzi výrobou a montážou izolačného skla; poddimenzované.

obr. 5: torzný lom Poddimenzovaná hrúbka skla, ďalej dvojstranné zaťaženie, poškodený alebo zovreté v ráme krídla, pohyby v stavbe so zaťažením tabule skla.

Obr.6: hranový lom Mechanické krátkodobé bodové zaťaženie strednej intenzity. Postavenie na kameň alebo kovový kus. Hrana zasiahnutá kovovou časťou.

Obr.7: hranový lom I. Mechanické bodové zaťaženie – krátkodobý alebo dlhodobý útok – slabá / stredná intenzita.

Obr.8: hranový lom III. Počiatok poškodenia uložením na kameň alebo kus kovu; počiatočné poškodenie spôsobené nesprávnym zaobchádzaním so sklenárskymi podložkami.

Obr.9: lom od stlačenia Mechanické bodové zaťaženie – krátkodobé alebo dlhodobé, dynamické krátkodobé,  dlhodobé statické. Poddimenzované alebo nesprávne podložky.

Obr.10: tlakový rohový lom VSG z Float Mechanické bodové zaťaženie/ rohové zaťaženie krátko alebo dlhotrvajúce staticky pôsobiacej sily od hmotnosti skla strednej alebo vysokej intenzity.

obr. 11: okrajový lom Kamienky medzi tabuľami skla, úder pracovným nástrojom, úder kladivom na zasklievaciu lištu, iné pôsobenie úderom alebo nárazom.

obr. 12: tepelný lom

obr. 13: silný tepelný lom

Ako prvý na svete začal sériovo používať tepelne tvrdené sklá do svojich automobilov v 40 rokoch minulého storočia Henry Ford [4]. V 50 rokoch sa následne pridali aj ostatné automobilky  a okolo roku 1960 našli svoje uplatnenie tepelne upravené sklá aj v stavebnej architektúre.

Tepelne tvrdené sklo ESG – SECURIT , alebo kalené definujeme podľa STN EN 12150 ako sklo, u ktorého bolo riadeným procesom ohrevu a ochladenia vyvolané permanentné povrchové tlakové napätie s cieľom značne zvýšiť odolnosť proti mechanickému a tepelnému namáhaniu a získať predpísané vlastnosti rozpadu. Je to nezvratný proces, po ktorom sa už sklo nedá rezať, brúsiť a ani vŕtať. Jediná možnosť úpravy je pieskovanie. Tento proces prechádza niekoľkými fázami. Prvá fáza je ELASTICKÁ , ktorá je do teploty 550 °C. Pri tejto fázy je možná deformácia skla na valcoch kaliacej pece, preto je nutné sledovať, aby sklo zostalo rovné. Po ELASTICKEJ fáze z dôvodu potrebného zvyšovania teploty v kaliacej peci prichádza fáza PLASTICKÁ. Sklo je plastické medzi teplotami  550 °C  až 750°C. Sklo zostáva na valcoch rovné, deformácia je v tomto procese už takmer nemožná. Jedinou príčinou deformácie je gravitácia, ohyb spôsobený vlastnou hmotnosťou skla, ktoré sa pohybuje na valcoch v kaliacej peci. Počas tejto fázy dochádza k tepelnej úprave  skla. Po siahnutí teploty na cca 650 °C prichádza k takzvanému bodu mäknutia. Po tejto fáze prichádza na rad ďalšia súčasť kaliacej pece, chladiaci agregát, ktorý nám v krátkom časovom intervale prudko ochladí zahriate sklo na teplotu 60°C. Týmto procesom sa docieli ťažné pnutie vo vnútri a na povrch vznikne tlakové napätie.   Posledná tepelná fáza pri zahrievaní skla je takzvaná VISKÓZNA fáza, ktorá nastáva pri teplote nad     750° C. Po prekročení uvedenej teploty už  nemôžeme hovoriť a fáze kalenia, lebo sklo už stráca svoju tuhosť a mechanickú pevnosť a prichádza k deformácii skla na valcoch kaliacej pece.  Výsledkom  procesu tepelnej úpravy skla  je  tepelne tvrdené bezpečnostné sklo, ktoré je až 5 násobne pevnejšie, ako bežné plavené sklo. Povrchové tlakové napätie vytvára akoby škrupinu, tvoriacu približne 20% z celkovej hrúbky skla, vďaka ktorej sa zvýši odolnosť skla. Pri rozbití sa rozpadne na malé kúsky, minimálne na 40 úlomkov v (50 x 50) mm štvorci. Tepelne tvrdené sklo sa najčastejšie používa na fasádach budov,  v celosklených interiérových systémoch, priečok a dverí. Všade tam, kde je sklo kotvené bodovo cez otvory a kde hrozí riziko tepelného šoku. Aj keď hovoríme o zvýšenej pevnosti tepelne tvrdeného skla pri bočnom náraze, musíme vnímať toto sklo tak, že jeho najslabšou časťou sú hrany. Táto oblasť je po obvode asi 1,5 násobok hrúbky, aj okolo otvorov a v rohoch až 3 násobok hrúbky skla. Jedinou  nevýhodou tepelne tvrdeného skla je skrytá chyba, prítomnosť sulfidu nikelnatého. Jeho prítomnosť možno odhaliť na 99% iba špeciálnou skúškou – HS testom. V zmysle normy STN EN 14 179 HST test je prehrievané tepelne tvrdené sklo. Celý proces prebieha 2 až 4 hodiny pri teplote približne 290°C. Nevýhodou tejto metódy je to, že je deštruktívna prebieha až po ukončení celého procesu opracovania, tesne pred expedíciou a prasknuté sklo často poškodí aj ďalšie sklá. Sulfid nikelnatý je cca 0,2 mm guľovitá vtrúsenina, ktorá je v samotnom skle ľudským okom neviditeľná. Na rozdiel od plaveného skla má pevnú štruktúru, po procese tepelnej  úpravy sa stáva nestabilným a spôsobuje samovoľný lom skla. Ak jeho prítomnosť nevylúčime HST testom, môžeme predpokladať, že sa nachádza asi v 3% tepelne tvrdených skiel. Kedy tepelne tvrdené  sklo samovoľne praskne?  Prečo niekedy praskne až po niekoľkých rokoch? Na tento negatívny stav má vplyv teplota okolia, samotná veľkosť sulfidu nikelnatého a jeho poloha vzhľadom na oblasť, kde pôsobí jeho ťahové napätie. Následne sklo praskne akoby mechanickým poškodením, ale typický „ motýlikový efekt“  umožňuje identifikovať príčinu lomu – NiS. Tento test je možné vykonávať na skle sodnovápenatokřemičitém, skle float, ťahanom skle plochom, vzorovanom skle aj na skle s povlakom (vrstvou). Každé takto vyrobené a odskúšané tepelne tvrdené sklo musí byť označené trvalou značkou, kde je uvedený názov obchodná značka výrobcu a číslo normy EN 14179-1.

obr.14:  motýlikový efekt rozbitia skla vplyvom prítomnosti NiS

Ďalší druh tepelne upraveného skla definujeme podľa EN 1863 ako tepelne spevnené bezpečnostné sklo. Stretávame  sa sním pod označením TVG – PLANIDUR, alebo polokalené.  Z pohľadu noriem nie je bezpečnostné. Je však pevnejšie, než bežne netvrdené sklo, ale zase menej, než ESG sklo. Oproti ESG sklám sa pomalšie chladí, z toho dôvodu nemá také vnútorné napätie. Pri rozbití sa rozpadne na podobne veľké kusy, ako bežne tepelne neupravené sklo. Všetky úlomky sa musia viesť k okrajom skla a ak sa sklo rozbije, žiaden fragment nesmie vypadnúť z rámu. Z tohto dôvodu má TVG sklo svoje opodstatnenie hlavne vo vrstvených sklách pri rôznych typoch zábradliach, strešných markíz a podobne. Pri prípadnom rozbití zostáva pri ňom vyššia zostatková pevnosť. Veľmi dôležitý fakt v tomto prípade je aj to, že pri tomto druhu skla z dôvodu menšieho pnutia nevzniká riziko samovoľného prasknutia z dôvodu prítomnosti sulfidu nikelnatého.  Preto nie je nutné vykonávať HS test.

obr. 15: skladba izolačného dvojskla (ID) a trojskla (IT)

Neustála zmena teploty vzduchu zapríčiňuje zmenu tlaku v uzavretom priestore [5]. Pri zvýšení teploty dochádza pri izolačnom skle k vydutiu, takzvanému konvexnému prehybu, pri znížení teploty naopak prichádza k stiahnutiu skla, konkávnemu prehybu. Ďalšou záťažou pre izolačné trojsklo je klimatická záťaž. Pri nízkom tlaku vzduchu dochádza k vydutiu izolačného trojskla, pri vysokom sa zase sklo sťahuje. Tieto vplyvy sa môžu v konkrétnej situácii vzájomne  vyrovnať alebo znásobiť. Toto je efekt izolačného skla ktorý je výraznejší pri trojsklách ako pri dvojsklách. V neposlednom rade by nás mala zaujímať aj nadmorská výška zabudovania. Ak je výškový rozdiel medzi výrobou a osadením izolačného skla väčší ako 800 metrov, prichádza zase k vydutiu skla. V tomto prípade je potrebné v medzipriestore upraviť tlak  podľa potreby.

Široké dištančné rámiky pri izolačnom trojskle tiež zhoršujú situáciu z hľadiska možnosti prasknutia. Pri napríklad 18 mm rámikoch je nutné poznať rizikové zóny skla z hľadiska pomeru šírka – výška a minimálnu dĺžku hrany.

Ak máme izolačné trojsklo v tvare štvorca, všetky hrany sú zaťažené rovnomerne. Naopak pri úzkom obdĺžniku krátke hrany prakticky vôbec neprispievajú k rozloženiu zaťaženia. Aby sme predišli v týchto prípadoch k samovoľnému prasknutiu skla riešením je  použitie tepelne tvrdeného skla (ESG).

obr.  16: sily pôsobiace v skle tvare štvorca a obdĺžnika

obr. 17: posuvné dvere, priebeh povrchových teplôt u málo a celkom otvorených

Pozornosť je nutné venovať skladbe trojskla aj pri dverových posuvných systémoch. V otvorenom stave prichádza k prekrývaniu tabúľ.  V tomto prípade nám v závislosti od použitého zasklenia vzniká fyzikálne 4-sklo, alebo dokonca až izolačné  6-sklo. Medzi tabuľami vzniká uzavretá bublina s nízkym prúdením. V tomto prípade vplyvom absorpcie energie vzniká pomerne veľké prehriatie. Tak isto aj vnútorné žalúzie zvyšujú v tomto mieste teplotu. V tomto prípade zase odporúčame použitie ESG skiel, alebo navrhnúť vhodné exteriérové tienenie. Pri kompletnom zatienení nehrozí žiadne termické riziko.

Pri izolačnom trojskle je veľmi dôležité optimálne  umiestenie nízko emisných povlakov. Štandardne sa aplikujú na pozíciu číslo 2 a 5. Ak by bolo nutné aplikovať povlak do stredu trojskla na pozíciu 3, alebo 4, je potrebné z hľadiska rizika tepelného lomu ako prostrednú tabuľu použiť tepelne tvrdené sklo. Toto isté riešenie platí aj pri použití ornamentných skiel v strede izolačného trojskla.

Tabuľka 1: Typy skla

Typ: Kód Názov Tlaková hodnota /MPa/ Účel skla Hľadisko rozbitia
Plavené sklo 0 bežné sklo pre bežnú domácnosť riskantné, lebo sklo sa rozbije na veľké kusy (fragmenty)
Polotvrdené sklo TVG PLANIDUR 35<x<55 pri rozbití skla žiadny črep nesmie vypadnúť všetky úlomky musia viesť k okrajom (ak sa sklo rozbije,žiadny fragment skla nesmie vypadnúť z rámu)
Tvrdené sklo ESG SECURIT >120 zvýšiť pevnosť skla minimálne 40 fragmentov (úlomky v 50×50 mm štvorci)

Niektoré zle navrhnuté sklá môžu v zime praskať vplyvom podtlaku v dutine skla. Tento podtlak v niektorých prípadoch môže mať hodnotu až 12 kN / m2. Kritické rozmery u izolačného zasklenia sú pod dĺžkou hrany:

Zasklenie: Kritická dĺžka hrany
dvojsklo 4/16/4 450 mm
trojsklo 4/12/4/12/4 600 mm
trojsklo 6/12/6/12/6 700 mm
trojsklo 8/12/8/12/8 800 mm
trojsklo 4/18/4/18/4 750 mm
trojsklo 6/18/6/18/6 900 mm
trojsklo 8/18/8/18/8 1000 mm

 

Ak je jeden z kratších rozmerov skla je menší ako táto hodnota, často dochádza k praskaniu skla. Tento efekt je podporený nevykurovaným interiérom. Neodporúča sa podceňovať návrh izolačného skla, pretože v sebe obsahuje hermeticky uzavretý inertný plyn, ktorý sa zmenou tlaku a teploty mení svoj objem a zaťažuje tak jednotlivé tabule izolačného skla. Riešenie je sklo tepelne tvrdené.

 

 

 

 

 

 

 

obr. 18: Rizikové rozmery trojskiel podľa šírky medzisklenej medzery

Úzky pomer strán> 3: 1 výrazne zhoršuje situáciu!

Tabuľka 2: Pravidlá zasklievania trojskiel

 

Druh zasklenia: Vyhotovenie Poznámka
štandardné zasklenie vrstva s nízkoemisným povlakom je na pozícii 2 a 5 nie je rozhodujúce čo je interiérová strana a čo je strana exteriérová
so sklom ornamentným čírym vrstva s nízkoemisným povlakom je na pozícii 2 a 5, ornamentné sklo je sklo prostredné, drsnou stranou otočené na pozíciu 4 otočenie ornamentu drsnou stranou na pozíciu 4 je výlučne z estetického hľadiska
so sklom ornamentným bronzovým ornamentné sklo bronzové musí byť na exteriérovej pozícii z dôvodu ochladzovania, sklo s nízkoemisným povlakom sa presúva ako sklo prostredné, z dôvodu tepelného namáhania musí byť sklo tvrdené ESG, povlak je na pozícii 3 a 5 ornamentné sklo sa zasklieva do exteriéru
so sklom bezpečnostným (VSG) bezpečnostné sklo musí byť umiestnené na strane osoby, ktorá má byť chránená proti útoku, či chránené jej zdravie (proti vysypaniu VSG 33.1), nízkoemisná vrstva bude na skle vrstvenom, nízkoemisná vrstva je na pozícii 2 a 5 bezpečnostné sklo (VSG) sa zasklieva na stranu chránenej osoby – určí projektant
Plavené sklo  so sklom protislnečným (ESG) protislnečné sklo musí byť na pozícii exteriér, z dôvodu ochladzovania, sklo s nízkoemisným povlakom sa presúva ako sklo prostredné, z dôvodu tepelného namáhania musí byť sklo tvrdené ESG, nízkoemisná vrstva je na pozícii 3 a 5 protislnečné sklo sa zasklieva do exteriéru
so sklom protislnečným + sklo bezpečnostné vrstvené (ESG + VSG) rozhodujúca je nutnosť smerovať protislnečné sklo do exteriéru z dôvodu ochladzovania, sklo s nízkoemisným povlakom sa presúva ako sklo prostredné, z dôvodu tepelného namáhania musí byť sklo tvrdené ESG, bezpečnostné sklo musí byť umiestnené na strane osoby, ktorá má byť chránená proti útoku, či chránené jej zdravie (proti vysypaniu VSG 33.1), nízkoemisná vrstva bude na vrstvenom skle, nízkoemisná vrstva je na pozícii 3 a 5 protislnečné sklo sa zasklieva do exteriéru, VSG sa zasklieva na stranu chránenej osoby – určí projektant
s integrovanou medziskelnou žalúziou žalúzie sa musia umiestniť do medzipriestoru bližšie k interiéru, kde je ovládanie magnetom z interiérovej strany, prostredné sklo z dôvodu tepelného lomu musí byť tvrdené – ESG, vrstva s povlakom je na pozícii 2 a 5 žalúzie bližšie k interiéru

 

Na sklenárske podložky sú kladené požiadavky, najmä:

– musia byť trvalé a kompatibilné s materiálmi ako je sklo, rám a všetky časti zasklenia;

– pri výbere surovín na výrobu sklenárskych podložiek je potrebné vziať do úvahy podmienky životného prostredia a zasklievacieho systému;

– funkčné vlastnosti sklenárskych podložiek musia byť zachované po celú dobu životnosti skla;

– nesmú brániť odvodneniu a rovnováhe tlaku vodných pár v zasklení;- musia byť fixované v stanovenej polohe;

– musia byť umiestnené rovnobežne s hranou skla;

– izolačné sklo musí byť podopreté celou dĺžkou sklenárskej podložky.Vyžaduje sa, aby podložky boli vyrobené zo syntetických materiálov tvrdosti 70 – 95 IRHD (pozri ISO 48), alebo porovnateľnej tvrdosti.

Nosné podložky môžu byť vyrobené aj z povrchovo upraveného dreva hustoty nad 650 kg/m3. Šírka nosných podložiek musí byť o 2 mm väčšia ako hrúbka izolačného skla pričom izolačné sklo musí byť po celej hrúbke podopreté. Dĺžka nosných podložiek sa odvodzuje od hmotnosti izolačného skla,  pevnosti v tlaku podložky a ich počtu. Na výpočet dĺžky je v norme uvedený matematický vzťah alebo sa ich veľkosť môže určiť z tabuliek uvedených v prílohách normy.

obr.19: umiestnenie nosných a dištančných zasklievacích podložiek

 

Od technického riešenia zasklievacej škáry sa vyžaduje:

a) nulová priepustnosť vzduchu;

b) nulová priepustnosť vody;

c) umožnenie dilatácie izolačného skla a zasklievacej konštrukcie.

Správne používanie STN 73 3443 by malo vylúčiť alebo obmedziť chyby vyplývajúce z nesprávneho použitia materiálov na  výrobu zasklievacích podložiek alebo ich rozmiestnenie po obvode izolačného skla prejavujúce sa najmä poruchami uzatvárania okien alebo aj poškodeniami izolačných skiel. Definovanie požiadaviek na zasklievaciu drážku má napomôcť ku zvýšeniu kvality okien v SR. Riešenie normy financovalo združenie SLOVENERGOokno.

obr.20 : tepelný lom

obr.21: zatienenie, potenciálna príčina vzniku tepelného lomu

obr.22 : tlakový rohový lom nesprávne uloženou nosnou podložkou

obr.23 a,b,c : nesprávne uložené nosné podložky

obr.24 : hranový lom

obr. 25: torzný lom

obr. 26: plošný lom (pravé krídlo)

obr.27: plošný lom (krídlo vpravo), vysoké zaťaženie vplyvom rozdielu tlaku medzi miestom výroby a montáže

obr. 28: plošný lom u zasklenia duplex vplyvom nedostaočnej vôle medzi dištančným rámčekom a IT

Záver

Správne vyhodnotiť príčiny lomu skla je kráľovskou disciplínou medzi sklármi [2]. Na jednej tabuli je možno identifikovať často nie jednu ale aj viac príčin lomov, zapríčinené nie vždy výrobcom izolačného skla. Stáva sa nám, že pokiaľ výrobca okna zistí, že dôsledok nemôže jednoznačne „hodiť“ na výrobcu izolačného skla, prestane mať o takýto posudok záujem.

Literatúra

  1. Jelínek, F.: Ploché sklo v obvodovém plášti budov, SNTL, Praha 1975
  2. Urbančok, R.: Plastové a hliníkové okná, reklamácie, vady, diagnostika, náprava, príklady z praxe.., www. slovenergookno.sk, OKNOviny 2/2014 s.7
  3. Wagner E.: Glasschäden, Fraunhofer IRB Verlag, 2012
  4. Dreveňák, J.: Tepelne upravené bezpečnostné sklá, www. slovenergookno.sk, OKNOviny 2/2015 s.4
  5. Dreveňák, J.: Je trojsklo iba izolačné dvojsklo s jednou tabuľou naviac?, www. slovenergookno.sk, OKNOviny 1/2013 s.12
  6. Panáček, P.: Tepelný lom, slovenergookno.sk, OKNOviny 2/2014 s.6
  7. Panáček, P.: Požiadavky na zasklievanie, slovenergookno.sk, OKNOviny 2/2012 s.11
  8. Firemné materiály AKUTERM SKLO, a.s., https://akuterm.cz/, 2017
  9. Anon.: https://glassolutions.sk/sk/literatura-na-stiahnutie,2019

V byte mám zimu, aj keď radiátory idú naplno

Veľké zasklené plochy pokrývajúce jednu a niekedy aj dve obvodové steny s rožnými oknami kladú na nového užívateľa viaceré nástrahy. Môže to byť a aj nemusí zvýšená prievzdušnosť.  Zvýšená prievzdušnosť stavebných konštrukcií má za následok zvýšenie tepelnej straty objektu a tým aj energie potrebnej na jeho vykurovanie. Pri dnešných požiadavkách na čo najmenšiu energetickú hospodárnosť budov nadobúda táto skutočnosť na dôležitosti. Ďalšie vplyvy zvýšenej prievzdušnosti sa prejavujú pri zabezpečení tepelnej pohody v interiéri. Izolačné sklá veľkých rozmerov vyvolávajú často u užívateľa pocit chladu, aj keď je predpoklad, že splnili požiadavky na ne kladené pri počiatočnej skúške typu.

Prievzdušnosť okien a spôsob jej stanovenia

Okná a dvere sú rozdelené do tried prievzdušnosti, ktoré závisia na limitnej prievzdušnosti pri maximálnom skúšobnom tlaku.  Prievzdušnosť V [m3/h] charakterizuje množstvo vzduchu v m3, ktoré prejde za jednotku času stavebnou konštrukciou, stavebným dielcom, konštrukčným stykom alebo funkčnou škárou uzavretej alebo uzamknutej výplne otvoru pri danom rozdiele statických tlakov vzduchu pôsobiacich na jeho vnútornej a vonkajšej strane. Prievzdušnosť je vzťahovaná na jednotku plochy konštrukcie alebo na jednotku dĺžky škáry.

Pri oknách a dverách sa prievzdušnosť vyjadruje triedou škárovej prievzdušnosti. Trieda prievzdušnosti sa stanovuje na základe klasifikácie podľa výsledkov skúšok prievzdušnosti u okien a dverí na jednotku plochy a na jednotku dĺžky funkčnej škáry (obr.1).

 

Obr. 1 – Terminológia  z oblasti zabudovania okennej konštrukcie

Prievzdušnosť VL na dĺžku škáry výplne otvoru [m3/m.s] charakterizuje prievzdušnosť funkčných škár okien a udáva množstvo vzduchu v m3, ktorý prejde za 1 sekundu 1 metrom škáry pri danom statickom tlakovom rozdiele.

Prievzdušnosť na celkovú plochu výplne otvoru (plošná prievzdušnosť VA [m3/m2.s]) vyjadruje množstvo vzduchu v m3, ktoré prejde za jednotku času celkovou plochou konštrukcie prepočítaná na 1 m2 jeho plochy pri danom statickom rozdielu. Prievzdušnosť okien sa vzťahuje k referenčnému tlaku 100 Pa.

S prievzdušnosťou okien je často nesprávne spájané vetranie budov, ktoré je jedným z najdôležitejších hygie-nických požiadaviek na stavby. Zjednodušene možno povedať, že vetranie budov nemôže zabezpečiť prie-vzdušnosťou okien v zavretom stave.

Tabuľka 1- Referenčná prievzdušnosť pri 100 Pa a maximálnych skúšobných tlakoch, vztiahnutá na celkovú plochu pre triedy 1 až 4 (VA)

 

Tabuľka 2- Referenčná prievzdušnosť pri 100 Pa a maximálnych skúšobných tlakoch, vztiahnutá na dĺžku škáry pre triedy 1 až 4 (VL)

Obr.2 – Klasifikácia prievzdušnosti podľa STN EN 12207

Prievzdušnosť sa zisťuje v skúšobnej komore (obr. 3) podľa zaťažovacieho diagramu (obr. 4) tak, že najprv sa pôsobí troma rázmi, každý je o 10% väčší než použitý najväčší skúšobný tlak, ale najmenej 500 Pa. Čas dosiahnutia maximálneho tlaku rázu nesmie byť kratší než 1 sekunda a tlak rázu musí pôsobiť najmenej 3 sekundy. Kladné skúšobné tlaky sa nechajú pôsobiť v stupňoch po 50 Pa až do 300 Pa, od 300 Pa v stupňoch po 150 Pa. Teplota vzduchu  sa meria s presnosťou ± 3° C a relatívna vlhkosť vzduchu s presnosťou ± 5 %. Atmosferický tlak sa meria s presnosťou ± 1 kPa. Skúšobný tlak sa meria s presnosťou merania ± 5% a množstvo vzduchu s presnosťou ± 5 %. Namerané hodnoty sa vyjadria s presnosťou 10% a zobrazia v grafe na obr. 1. Podľa EN 14351-1 sa prievzdušnosť zisťuje pri kladných a aj záporných tlakoch.

Podľa tepelnotechnickej normy STN 73 0540-2 sa do stavby odporúča zabudovať okenné konštrukcie triedy 4, t.j. najvyššej tesnosti.  U týchto okenných konštrukcií projektant predpokladá nútené vetranie mimo okien.

Obr.3 – Zisťovanie prievzdušnosti podľa STN EN 1026 v skúšobnej komore

Obr.4 – Zaťažovací diagram pri zisťovaní prievzdušnosti podľa STN EN 1026 v skúšobnej komore

Zisťovanie prievzdušnosti  okien zabudovaných v stavbe

Je možné očakávať, že prievzdušnosť zabudovaných okien v stavbe bude iná ako prievzdušnosť nameraná v skúšobnom laboratóriu. Na meranie  vzduchovej priepustnosti budov je odporúčaná STN EN ISO 9972: 2016 „Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora“. Norma stanovuje postupy stanovenia prievzdušnosti (vzduchovej priepustnosti) budov nebo ich časti meraním na budovách (in-situ). Používa sa predovšetkým pre :

  • kontrolu splnenia požiadaviek na vzduchotesnosť budov nebo ich časti, spravidla vyjadrených najvyššou prípustnou intenzitou výmeny vzduchu pri tlakovom rozdiele 50 Pa;
  • porovnanie prievzdušnosti budov nebo ich častí medzi sebou;
  • lokalizáciu netesností v obvodovom plášti budov;
  • určení poklesu prievzdušnosti pri dotesňovaní obvodového plášťa.

Následne sa vykonáva opakované meranie. Princíp je známy z meraní netesností domov z dreva v Severnej Amerike pomenovaný tiež ako BlowerDoor – test.

STN EN ISO 9972 určuje postupy merania objemového vzduchového toku vyvolaného ventilátorom, spravidla osadeným do okenného alebo dverného otvoru, v závislosti na zvolenom rozdiele statického tlaku vzduchu medzi vnútorným a vonkajším prostredím budovy. Výsledky zistené podľa tejto normy nie je možné porovnať s výsledkami podľa STN EN 1026. Na zistenie prievzdušnosti zabudovaných okien v stavbe sme pri riešení sťažností užívateľov použili podobné usporiadanie skúšky ako pri meraní netesnosti domov (BlowerDoor – test), ale so zohľadnením podmienok za akých sa stanovuje prievzdušnosť okien v skúšobnom laboratóriu (STN EN 1026) t.j. tlak a podtlak až do 600 Pa. Usporiadanie zariadení a meracích prístrojov je zrejmé z obrázka 6.

Obr.5 – Usporiadanie skúšky zisťovania prievzdušnosti zabudovaných okien v stavbe

Prienik vzduchu netesnosťami

Nevhodný prienik vzduchu okennou konštrukciou nastáva pri netesnostiach zabudovania okennej konštrukcie do stavby alebo škárach medzi združenými oknami. Nevhodný je aj prienik vzduchu netesnými zasklievacími lištami. Všetky uvedené pripojenia musia byť podľa slovenských a aj európskej normy tesné, s nulovým prienikom vzduchu.

Jediným miestom, kde môže prenikať vzduch cez okennú konštrukciu sú funkčné škáry okna!

Podľa EN ISO 992 sú nasledovné štyri spôsoby zisťovania netesností v stavbe:

  • metóda odčítania

Skúmaná plocha obálky budovy a/alebo zariadenia sa zaryte vzduchotesnou fóliou. Rozdiel medzi plochou netesnosti zmeranou s a bez vzduchotesnej fólie predstavuje hľadanú plochu netesnosti.

  • použitie infračervenej kamery

Pokiaľ existuje teplotný rozdiel medzi vnútorným a vonkajším prostredím, je možné počas skúšky (pri podtlaku v budove) použiť infračervenú kameru na zistenie polohy infiltrácie vzduchu.

  • použitie dymu

Dym sa vytvorí na zviditeľnenie prúdu vzduchu cez obálku budovy, zariadenia a pod. a na zistenie polohy netesnosti. Táto metóda môže vyžadovať zručnosť, napr. s intenzitou tvorby dymu.

Rovnako na prstoch je možné cítiť prúdenie vzduchu v obálke budovy kolo zariadenia a pod., samozrejme nejedná sa o jednoznačný spôsob stanovenia vzhľadom ku rozdielom medzi jednotlivcami.

  • použitie anemometra

Počas skúšky (pri pretlaku alebo podtlaku v budove) je možné priložiť anemometer ku miestam na ploche obálky alebo zariadenia, kde je možné očakávať výskyt netesností. Pokiaľ prístroj zobrazí údaj o rýchlosti prúdenia, znamená to prítomnosť netesností.

Obr.6 – Zisťovanie prúdenia vzduchu pod parapetnou doskou anemometrom

Obr.7 – Zisťovanie prúdenia vzduchu cez styk združený okien termokamerou

Obr.8 – Zisťovanie prúdenia vzduchu cez prah vchodových dverí dymovou skúškou

Splnenie požiadaviek na zbudovanú okennú konštrukciu

Splnenie požiadaviek na zabudovanú okennú konštrukciu sú jednými z prioritných predpokladov úspor energie. Dôležité je, aby boli zabudované také okenné (dverové) konštrukcie, ktoré sú uvedené v projekte a vyhlásení parametrov typu. To, že často tomu tak nie je sme už písali v inom príspevku. Nevyhnutná je kontrola:

  • druhu použitého izolačného skla, dištančného rámika a veľkosti dutiny medzi sklami nielen na okraji ale aj v strede tabúľ;
  • tepelného odporu izolačného skla alebo naplnenia medzisklenej dutiny stanovenou náplňou inertného plynu (pozri príspevok o zisťovaní argónu);
  • vhodnosti použitých rámových a krídlových profilov pre projektovaný spôsob zabudovania okna;
  • splnenie kritéria povrchovej teploty pripojovacej škáry.

Obr.9 – Zisťovanie vhodnosti použitých rámových a krídlových profilov

Obr.10 – Zisťovanie splnenie kritéria povrchovej teploty pripojovacej škáry

Obr.11 – Kondenzácia vodnej pary na profile (rosenie) je indikáciou vysokej vlhkosti v byte alebo chybnej pripojovacej škáry alebo nevhodného okenného profilu. Každú z príčin môžeme identifikovať  spoľahlivým meraním. Pozri aj príspevok.

Záver

Riešenie otázky uvedenej v nadpise článku môže byť často veľmi zložitou. Na odhalenie všetkých príčin pocitu chladu v byte je potrebné preskúmať všetky prvky obálky budovy. Počnúc tepelnoizolačných vlastností podlahy, stropu, nepriehľadných susediacich konštrukcií, ale aj vlastností okenných konštrukcií. Spôsob zisťovania týchto vlastností nájdete v iných našich príspevkoch. Úspešným riešením úlohy  sú také opatrenia, ktorými sa dosiahnu normové povrchové teploty a odpory podláh, stien a okenných konštrukcií. Každá metóda má svoju výpovednú hodnotu. Z uvedeného je zrejmé, že pokiaľ chceme reklamovať okno nevyhovujúcej prievzdušnosti musíme ho aj v stavbe skúšať tak, ako bolo skúšané v laboratóriu pre stanovenie triedy prievzdušnosti. Termokamerou alebo skúškou BlowerDoor – test nezistíme triedu prievzdušnosti zabudovaného okna!

PREČO MERAŤ ARGÓN?

Pri uvádzaní stavebných výrobkov na trh a v tom aj okenných konštrukcií sa pozornosť investorov a projektantov (ale aj budúcich užívateľov) upriamuje najmä na dosiahnutie požadovaných parametrov výrobkov za najnižšiu cenu pre danú stavbu. Na okraji záujmu je už otázka vhodnosti vybraného dodávateľa týchto výrokov z pohľadu zabezpečenie trvalej zhody výrobku s technickými špecifikáciami. Je často na užívateľovi, aby postupne počas užívania stavby zisťoval kvalitu vyhotovenia stavebného diela. Osobitne za pozornosť stoja okenné konštrukcie, ktoré ako máloktorý iný stavebný výrobok často časom menia svoje základné charakteristiky. Cieľom príspevku je poukázať na niektoré aspekty zachovania vlastností okenných konštrukcií počas ich životnosti.

Čo sa požaduje?
Od prvého vydania harmonizovanej normy na okná (teraz STN EN 14351-1+A2) v roku 2006 je okrem dosiahnutia parametrov výrobku popri počiatočnej skúške typu nie menej dôležité zabezpečiť trvanlivosť výrobku (výrobkov) na ekonomicky primerané obdobie použitím vhodných materiálov (vrátane náterov, konzervačných látok, zloženia a hrúbky), častí a metód montáže, pričom sa musia brať do úvahy publikované odporúčania na údržbu. V hEN 14351-1 sa poznamenáva, že trvanlivosť okien a vonkajších dverí sa líši v závislosti od dlhodobých vlastností jednotlivých častí a materiálov, ako aj od montáže a údržby výrobku. Podľa predmetnej hEN sa trvanlivosť okenných konštrukcií zabezpečuje:
– vodotesnosť a prievzdušnosť: Trvanlivosť týchto vlastností závisí najmä od tesniacich pásov, ktoré sa musia dať vymeniť.
– súčiniteľ prechodu tepla: Trvanlivosť tejto vlastnosti závisí najmä od dlhodo-bých vlastností zasklenia [najmä izolačných skiel (IGU)]. Sklo, zodpovedajúce požiadavkám uvedeným v citovaných normách na izolačné sklá, sa považuje za sklo spĺňajúce požiadavky trvanlivosti.
Normami na zabezpečenie kvality izolačných skiel sú normy radu EN 1279-1 až 6. Vlastnosťou zabezpečujúcou nemennosť súčiniteľa prechodu tepla IGU a tým aj celého okna je rýchlosť unikania plynu z IGU. Vlastnosť sa zisťuje podľa EN 1279-3. Požiadavky sú v EN 1279-6. Skúšku unikania plynu by mal zabezpečovať každý výrobca IGU v rámci svojej vnútropodnikovej kontroly. Aby sme uviedli problematiku na správnu mieru, je potrebné uviesť, že v súčasnosti nie je autorita, ktorá by túto povinnosť od výrobcu IGU vyžadovala.

Argumenty výrobcu
Pokiaľ sa aj nájde niekto kto zmeria obsah inertného plynu v IGU (argón, kryptón) obranou výrobcu je tabuľková hodnota, že aj pri obsahu 80% má IGU ešte deklarovaný Ug – súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla. V podstate má pravdu za určitých podmienok. A tou podmienkou je, že únik plynu je najčastejšie sprevádzaný so zmenšovaním medziskleného piestoru (dutiny) čo má za následok radikálnu zmenu vlastností IGU hraničiacu až lomom IGU. Zmena vlastnosti (Ug) u dvojskla vplyvom úniku argónu je vyjadrená v tabuľke 1.
Tabuľka 1: Zmena súčiniteľa prechodu tepla IGU vplyvom znižovania obsahu argónu (%) a zúžením medziskleného priestoru (mm)

IGU nie je tlaková nádoba, aby uniknutý plyn z medziskleného priestoru bol okamžite nahradený okolitým vzduchom! Napríklad argón je 5-krát hustejší ako kyslík. Príčiny úniku inertného plynu sú rôzné, počnúc nedokonalosťou spojenia tabúľ skla s dištančným rámikom až po narušenie okrajov IGU použitím nevhodných tmelov pri zasklievaní.

Ako má byť naplnené IGU inertným plynom?
Názorne na túto otázku odpovedá diagram na obrázku 1.

Obr.1: Diagram požiadavky na naplnenie IGU plynom
Diagram je nutné čítať nasledovne: Aj po 20 rokoch musí byť v IGU aspoň 80% plynu, aj keby platil normovaný únik netesnosťami 1% za rok. Čitateľ si vie sám zodpovedať otázku, aká je technologická disciplína výrobcu, keď bezprostredne po zabudovaní okna do stavby nameriame 72% Ar? Jednoducho, porušené podmienky vydania CE označenia a v zmysle Nariadenia Európskeho parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011, ktorým sa ustanovujú harmonizované podmienky uvádzania stavebných výrobkov na trh  neoprávnene uvedený výrobok na trh!

Častou otázkou býva, čím sa to dá merať?
Iste, existujú na zistenie obsahu argónu alebo kryptónu v izolačných sklách meracie prístroje. V súčasnosti najuniverzálnejším a najdrahším je prístroj od fy. SPARKLIKE na obr. 2. Týmto prístrojom je možné merať nedeštruktívne dvojsklá a trojsklá aj cez nízkoemisný povlak alebo vrstvené sklené tabule. Lacnejšou alternatívou je meradlo argónu/kryptónu dvojskla (obr. 3). Jeho nevýhodou je, že je potrebné merať vždy oproti nízkoemisnému povlaku čiže zvonka okna, čo je často nemožné u neotvárateľných okien alebo pevných zasklení (bez krídla). Doplnkovým meradlom na zistenie naplnenia izolačného skla u takýchto a iných dvojskiel je cenovo dostupný indikátor plynu z Číny na obr. 5. Aj tento potrebuje prístup zo strany, kde nie je nízkoemisný povlak (ľudovo pokovenie). Výrobca deklaruje jeho účinnosť pri minimálnom naplnení IGU argónom na 80%. Popri uvedených nedeštruktívnych meradlách existujú aj deštruktívne meradlá rôznych značiek, ktoré najčastejšie používajú skúšobne laboratória (obr. 4). Nevýhodou je, že je deštruktívne. Takto zmerané IGU asi sotva užívateľ dovolí vložiť späť do rámu okna. Vykonanými meraniami in situ sa preukázala veľmi dobrá zhoda medzi nedeštruktívnymi a deštruktívnymi meraniami obsahu argónu v IGU.

Obr.2: Merianie Ar v trojsklách meradlom Gasglass Laser

Obr.3: Meranie Ar v dvojsklách meradlom  Gasglass Handheld v.2

Obr.4: Zistenie naplnenia IGU plynom deštruktívnou metódou

Obr.5: Zistenie naplnenia IGU argónom. Meradlo indikuje iskru pri prítomnosti minimálne 80% naplnenia.

A čo na záver?

Dôverujte, ale preveruje. Poznatok, že Vám zákazník prostredníctvom servisu alebo inej služby zistí, že zaplatil za niečo čo nie je obsiahnuté v jeho izolačnom skle, po tom čo okná sú už zabudované a niekedy ťažko prístupné pre vyňatie zo stavby, alebo v rodinnom dome sú urobené terénne úpravy, po tom čo na ťažké zasklenia boli použité mechanizmy, stojí za zamyslenie či nevenovať časť zisku z predaja okennej konštrukcie do prevencie, merania plynovej náplne IGU ešte pred zabudovaním do stavby.

Ponúkame vstupnú kontrolu izolačných skiel pred ich zabudovaním do stavby!

Výrobcom izolačných skiel a okien ponúkame zmluvný technický dozor!

 

Argón z kvalitných izolačných skiel neuniká

Všetkým výrobcom okien, ako naposledy výrobcovi drevených okien z Oravskej Polhory odkazujem, aby nezavádzali spotrebiteľov tvrdením, „že aj tak im argón z izolačných skiel unikne“. Nie je to pravda. Pokiaľ výrobca izolačných skiel dodržuje technológiu, ktorú má podopretú vlastným a cudzím nezávislým dozorom, argón v oknách zotrvá aj po dvadsiatich rokoch. Dôkazom toho sú zistenia na budove VÚB v Bratislave opísané v priloženom článku zverejnenom v  populárno-odbornom časopise Dom a byt č. 1-2 z roku 2017. Dokonca môžeme na základe porovnávacích meraní tvrdiť, že sklá naplnené na viac ako 90% majú lepší ako deklarovaný súčiniteľ prechodu tepla Ug o jednu až dve desatiny.

DaB_1_2_2017

 

Viac ako tretina okien s nedostatkami?

Priateľ, ktorý vie čím sa zaoberám, mi dal výstrižok minuloročných Bratislavských novín s titulkom: Kontrolovali okná, zistili nedostatky. Obsah článku prikladám.
soi

V tejto súvislosti ma napadlo, aký by bol výsledok keby mala možnosť SOI kontrolovať to, čo sa zabudováva do stavby? V marci som riešil sťažnosť vlastníka rodinného domu so zabudovanými zdvižno-posuvnými dverami vedúcimi z obývačky do záhrady. Celú zimu mal pocit neustáleho chladu sálajúceho z izolačných skiel. Nakoľko išlo o izolačné trojsklá bol tento pocit neodôvodnený. Dohodli sme sa, že mu zmeriame súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla (Ug). Nakoľko už v dohodnutom týždni zjavne nastupovala jar a denné teploty sa šplhali nad nulu rozhodli sme sa pre metódu pomocou chladiacich boxov. Ešte sme ani „nezavesili“ chladiace boxy na izolačné sklá a už nám bolo jasné o čo ide. Stačilo zmerať pozíciu nízkoemisného povlaku, ktorý pri deklarovanom súčiniteli prechodu tepla 0,7 W/(m2.K) mal byť na 2 a 5 pozícii (pozri obr. 2) a veľkosť medzisklenej medzery. Opätovne sa objavil výrobca, ktorý nielenže nepoužil nízkoemisný povlak na druhej pozícii izolačného skla, čo nám umožnilo merať aj obsah argónu, ale navyše v tom čase dobre utajovaný výrobca izolačného skla toto izolačné sklo vyrábal v ležatej polohe, čo malo za dôsledok prehnutie skiel. Iste budú pre čitateľa zaujímavé výsledky merania.

Tabuľka č. 1 :  Výsledky skúšok skladby zabudovaných IT

Vzorka č.

názov skladba IT pozícia povlaku % naplnenia dutiny Ar
deklarovaná nameraná pri okraji nameraná v strede
1. pevné krídlo 4 -12 – 4 – 12 -4 4 -11 – 4 – 11 -4 4 -8 – 4 – 6 -4

5

<40
2. pohyblivé krídlo 4 -12 – 4 – 12 -4 4 -12 – 4 – 10 -4 4 -10 – 4 – 4 -4 5

<40

Z tabuľky je zrejmé, že medzisklená dutina  nameraná pri okraji mala len 4 mm oproti deklarovanej 12 mm. Veľkosť medzisklenej dutiny spolu s absenciou mízkoemisného povlaku na 2 pozícii izolačného skla sa podpísali pod nameraný (ale aj vypočítaný) nevyhovujúci súčiniteľ prechodu tepla:

Tabuľka č. 2 – Výpočet normového súčiniteľa prechodu tepla izolačného skla z ustálených hodnôt

miesto merania

θse [°C] θsi [°C] q [W /m2 ] R [m2.K/W] Ug, n. [W/(m2.K)]
pevné krídlo

11,6

20,3

21,0

0,41

1,71

pohyblivé krídlo

12,4

21,5

22,0

0,41

1,71

priemer

1,71

 

Vysvetlivky:

θsi,       – nameraná ustálená vnútorná povrchová teplota izolačného skla (so zohľadnením odchýlky od etalónu podľa kalibračného certifikátu meradla)

θse,      – nameraná ustálená povrchová teplota izolačného skla (so zohľadnením odchýlky od etalónu podľa kalibračného certifikátu meradla)

qi,         – nameraná ustálená hodnota hustoty tepelného toku izolačného skla (so zohľadnením odchýlky od etalónu podľa kalibračného certifikátu meradla)

R  – nameraná hodnota tepelného odporu izolačného skla po započítaní odporov na oboch povrchoch konštrukcie (tabuľková hodnota)

Ug, n –zistený normový súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla na základe merania pomocou meradla tepelného toku (ISO 9869-1:2014)

Takže oproti deklarovanému Ug=0,7 W/(m2.K) malo izolačné sklo v skutočnosti 1,7 W/(m2.K).

Niekoľko obrázkov z merania:

obr1

obr.1: celkový pohľad na meranie súčiniteľa prechodu tepla izolačného trojskla

obr2

obr.2 – pozície plôch tabúľ izolačného trojskla

obr3

obr.3 – meranie pozície povlaku (pokovenia) IT z exteriéru, rozsvietenie červeného svetla dokumentuje absenciu povlaku

 

obr4

obr.4 – meranie pozície povlaku (pokovenia) IT z interiéru, rozsvietenie zeleného svetla dokumentuje prítomnosť povlaku

 

obr5

obr. 5 – Meranie hrúbky skiel a šírky medzi sklenej medzery meradlom Merlin Lazer

obr6

obr. 6 – Meranie hrúbky skiel a šírky medzi sklenej medzery prístrojom Glass Buddy od fy. Bohle

obr7

obr. 7 – Meradlo % naplnenia izolačného skla argónom

obr8

obr. 8 – Záznamník meradla tepelného toku

obr9

obr. 9 – Pohľad na snímače umiestnené oproti chladiacej škatuli, spolu so dotykovými teplomermi z interiéru

Záver

Dvoma nezávislými metódami merania bolo preukázané, že zabudované trojsklá nedosahujú deklarovanú hodnotu súčiniteľa prechodu tepla Ug=0,7 W/(m2.K).

Výsledky merania medzisklenej medzery a percenta naplnenia dutiny argónom preukazujú neplnenie deklarovaných vlastností izolačných skiel. Absencia nízkoemisnéhon povlaku na pozícii 2 (obr.2) umožnila zmerať % naplnenia plynom argónom meradlom, ktorým nie je možné merať naplnenie plynu v trojsklách, kde je nízkoemisný povlak aj na 2 pozícii. Na základe nameraných hodnôt je možné s istotou tvrdiť, že zabudované izolačné trojsklá nedosahujú deklarovanú hodnotu súčiniteľa prechodu tepla izolačného skla Ug = 0,7 W/(m2.K). Výpočtovým programom CALUMEN 2.3.4 od spoločnosti  Saint-Gobain-Glass certifikovaným Fraunhofer Institut v Mníchove sme vypočítali podľa EN 673+A1, aké hodnoty Ug dosahujú zabudované izolačné sklá pri absencii jedného nízkoemisného povlaku, bez naplnenia argónom a nameranej jednej medzisklenej medzere 6 mm. Výsledky sú v tabuľke č. 3 .

Meraním tepelného toku podľa ISO 9869-1:2014 a výpočtom súčiniteľa prechodu tepla boli potvrdené výsledky merania obsahu argónu v medzisklaenej medzera a absencie nízkoemisného povlaku, ktoré sa podstatnou mierou podieľajú na tepelnoizolačných vlastnostiach skúšaného trojskla.

Tabuľka č. 3: Vypočítané hodnoty Ug pri rôznej hrúbke osadeného IT plneného vzduchom a s jednou nízkoemisnou vrstvou.

Skladba IT  [mm]

pevné krídlo

4 -8 – 4 – 6 – #4

pohyblivé krídlo

4 -10 – 4 – 6 – #4*)

Ug

[W/(m2.K)]

1,8

1,7

# – pozícia nízkoemisného povlaku

*) medzisklenú medzeru 4 mm neumožňuje program zadať, preto bola zadaná hodnota 6 mm

Výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla programom CALUMEN 2.3.4 veľmi dobre korešpondujú s výsledkami merania.

Aká hodnota Uw

Aká hodnota Uw

Aká hodnota Uw

Čo ponúknu výrobcovia  v SR investorom o štyri roky (po roku 2018)?

Požiadavky na energetickú hospodárnosť budov, ktoré charakterizujú celospoločenské zámery na použitie energie, sú upravené prepracovaným znením smernice č. 2010/31/EÚ o energetickej hospodárnosti budov, ktoré bolo implementované v Slovenskej republike novelou zákona o energetickej hospodárnosti budov č. 300/2012 Z. z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon). Novelizovaný zákon nadobudol účinnosť od 1.1.2013. Vyhlášku MVRR SR č. 311/2009 Z. z. v plnom rozsahu nahradila vyhláška MDVRR SR č. 364/2012 Z. z. z 12. novembra 2012. Touto vyhláškou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov [1].

Mottom revidovanej smernice EÚ je cieľ „20-20-20“, vyjadrujúci zámer v roku 2020 dosiahnuť zníženie spotreby energie o 20%, zníženie emisií skleníkových plynov o 20% a zvýšenie podielu obnoviteľných zdrojov na 20% celkovej výroby energie v Európe v porovnaní s rokom 1990. Na dosiahnutie týchto cieľov sú smernicou definované rôzne kroky. Právnou úpravou sa sledujú vedľa hospodárnosti s nakladaním a dostupnosťou rôznych foriem energie aj pozitívne environmentálne vplyvy. Dosiahnuté zníženie spotreby energie ako sekundárneho efektu pri uplatnení požiadaviek v praxi prevádzky a správy budov má viesť ku zníženiu nepriaznivých vplyvov na životné prostredie.

Dopad na okná

V STN 73 0540-2:2012/ Z1:2016 „Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky“ sa interpretujú niektoré požiadavky na stavebné výrobky vyplývajúce z vyššie uvedenej smernice a zákona. Požiadavky sú vyjadrené súčiniteľom prechodu tepla. V tabuľke 1 sú uvedené maximálne a odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla pre okná a zasklené steny s uvedením časovej postupnosti ich uplatňovania.

Tabuľka 1 – Požiadavky na Uw okenných konštrukcií

Konštrukcia/ komponent Súčiniteľ prechodu tepla W/(m2.K)
Maximálna hodnota1) UW, max Normalizovaná (požadovaná) hodnota UW, N Odporúčaná hodnota UW, r1 Cieľová odporúčaná hodnota UW, r2
platné pre budovy postavené < 2012 od roku 2013

do roku 2015

po roku 2015; do roku 2018 (2020) verejné budovy po roku 2018 a ostatné po roku 2020
Okná a vonkajšie  dvere 1,70 1,40 1,00 0,60
strešné okná merané (počítané) vo zvislej polohe 1,50 1,40 1,00

Poznámka: 1) Platí pre budovy, na ktorých sa čiastočné stavebné úpravy vykonali v minulosti

Súčiniteľ prechodu tepla okien (Uw) a vonkajších dverí (UD) je jednou z mandátových vlastností s ktorou výrobca okien (vonkajších dverí) vyhlasuje zhodu (od 1.7. 2013 vyhlásenie o parametroch) podľa harmonizovanej EN 14351-1: 2006+A1:2010. Podľa tejto hEN je možné súčiniteľ prechodu tepla zistiť:

a) z tabuliek F1 a F2 uvedených v EN ISO 10077-1 pre podiel rámu na ploche okna 20% alebo 30 %;

b) výpočtom podľa EN ISO 10077-1 alebo EN ISO 10077-1 a EN ISO 10077-2;

c) meraním, metódou teplej komory podľa EN ISO 12567-1 (vertikálne okná) a EN ISO 12567-2 (strešné okná).

Výber spôsobu stanovenia je na voľbe výrobcu, ktorý vyhlasuje zhodu pričom postup podľa bodu c) je referenčnou metódou.

Východiská na výber okna

Hodnota súčiniteľa prechodu tepla okien závisí od rozmeru okna. Referenčnými rozmermi na výpočet súčiniteľa prechodu tepla sú podľa hEN rozmery:

a) (1,23×1,48)m pre celkovú plochu okna £ 2,3 m²;

b) (1,48×2,18)m pre celkovú plochu okna > 2,3 m².

Ani u tých najlepších  v súčasnosti známych okenných profiloch a použití izolačného skla s Ug=0,6 W/(m2.K) a dištančného rámčeka izolačného skla Swisspacer Ultimate (ψ=0,029 – 0,031) neexistuje kombinácia vyhovujúca cieľovej odporúčanej hodnote Uw.  V  periodiku OKNOviny 2/2011 boli publikované príspevky [2], [3] kde ani s izolačnými sklami s Ug = 0,5 W/(m2.K) pri plastových profiloch určených na pasívne domy sa nedosahuje cieľová odporúčaná hodnota. Podobná situácia je aj u drevených okien [4]. Na základe meraní  izolačných trojskiel a štvorskiel s profilovým systémom REHAU Geneo PHZ sa podarilo dosiahnuť [5] najnižšie hodnoty súčiniteľ prechodu tepla s izolačným štvorsklom s hodnotami  0,63 až 0,66 W/(m2.K).

Na základe uvedeného, pokiaľ nedôjde k zmene cieľovej hodnoty v norme, považujeme za veľmi aktuálny vývoj nových okenných konštrukcií, najmä:

a) v použití kompozitných materiálov umožňujúcich znížiť pohľadovú výšku rámu okna;

b) pridávanie ďalších tabúľ skla na zlepšenie súčiniteľa prechodu tepla sklenej výplne (napr. štvorsklá alebo zdvojené a dvojité okná s izolačnými sklami) so súčasným zvyšovaním únosnosti krídel okien (napr. zdvojením) závesov; to je otázka pre výrobcov zasklení, či zlepšovať existujúce trojsklá, alebo v určitých vymedzených prípadoch zavádzať výrobu štvorskiel;

c) rozšírenie ponuky doposiaľ v SR nerealizovaných alebo obmedzene realizovaných sklených výplní (Heat Miror, vákuové zasklenia, zasklenia s aerogelom ).

Záver

Najbližšie roky prinesú pre výrobcov profilov, sklených výplní a najmä výrobcov okien nové úlohy, ako sa vysporiadať  so splnením uvedených normových požiadaviek. Iste je možné očakávať, že ďalšie roky prinesú vývoj nových typov sklených výplní a rámov a spolu s ďalšou pridanou hodnotou možno aj vyššiu cenu vyrábaných okien. Prínosom môže byť, že po zabudovaní nových konštrukcií okien do nových budov po roku 2020 sa už s veľkou pravdepodobnosťou nebudeme stretávať so súčasnými poruchami vnútorných priestorov budov často dnes pripisovaných novým a vymeneným oknám.

Literatúra

  1. Sternová, Z.: Tepelnotechnické požiadavky na otvorové výplne vo vzťahu k energetickej hospodárnosti budov, OKNOviny®2/2011, ISSN 1337-8791, s. 1
  2. Sýs, P.: Požadavky EÚ na snižování energetické náročnosti budov v kontextu otvorových výplní, OKNOviny®2/2011, ISSN 1337-8791, s. 2
  3. Žúdel, R.: Moderné okno z kompozitných materiálov, OKNOviny®2/2011, ISSN 1337-8791, s. 7
  4. Puškár, A.: Súčasný stav okenných konštrukcií a predpoklady vývoja, OKNOviny®2/2011, ISSN 1337-8791, s. 6
  5. Michálek V., Puškár, A., Szabó, D., Chmúrny, I.: Laboratórne meranie okna s izolačným trojsklom a štvorsklom. Zborník z medz. konf. ATF 2014 3-rd Int. Conf. On Applied Technology, Wien, 2014
  6. Anon.: Reglement und Nachweisverfahren zur Vergabe des MINERGIE®- Zertifikats für MINERGIE®- Modul Fenster, Fachverband Fenster- und Fassadenbranche Kasernenstrasse 4b, 8184 Bachenbülach, Schweiz, 2010

Spoluautor: prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD.

Kondenzácia vodnej pary a diagnostika okenných konštrukcií

Kondenzácia vodnej pary a diagnostika okenných konštrukcií

1. Úvod

Ako sa blíži vonkajšia nočná teplota k nule, narastá počet nespokojných užívateľov s oknami. Kde je príčina? U projektanta, stavebníka ale aj užívateľa!? Markantný príklad je na obrázku 1. Kto zlyhal? Projektant, ktorý navrhol spoj dvoch izolačných skiel predurčený na vznik tepelného mosta [1]. Stavebník, ktorý to bez zábran realizoval a užívateľ, ktorý si vymohol od oknárskej firmy široké parapety tak, aby teplý vzduch od radiátorov nemohol „obmývať“ izolačné sklá a možno aj svojim vplyvom na vnútornú klímu, menej častým vetraním, sušením bielizne v byte, „botanickou záhradou“ na parapetoch okien.  Pretože nie u všetkých prípadov je jednoznačná príčina, chceme v tomto príspevku informovať najmä užívateľa, čo môže po zabudovaní nových okien očakávať a jeho možnostiach dopátrať sa pravdy a samozrejme nápravy.

2. Stav a predpoklady

Prvé pochybnosti pri vzniku kondenzátu na oknách padnú na dodávateľa alebo výrobcu okien, že nedodal alebo nevyrobil okná s takými vlastnosťami ako mal! Vyhlasované parametre okien a vonkajších dverí sa zisťujú v akreditovaných skúšobných laboratóriách, podľa platných skúšobných noriem, ktoré cituje harmonizovaná STN EN 14351-1+A1. Po zabudovaní do stavby neexistujú jednoznačné normové metódy a zariadenia na overenie charakteristík uvedených vo vyhlásení výrobcu. Vyhlásenie o parametroch (predtým zhody) je vypracované na základe počiatočných skúšok vzoriek okien, ktoré niekedy výrobca okna ani nevidel, pretože norma a legislatíva mu dovoľuje prevziať výsledky skúšok od iného výrobcu alebo systémového dodávateľa profilov (najmä profily z plastu a hliníka), ktorý ich dal vykonať najčastejšie na svoje náklady. Slovenskému, českému, poľskému a i. výrobcovi postačí uzavrieť zmluvu s majiteľom výsledkov skúšok s tým, že sa zaviaže, že bude používať rovnaké technické zariadenia a postupy ako sú uvedené v systémových podkladoch. Väčšina (mandátových) vlastností uvedených v STN EN 14351-1+A1 sa nezmení ak z rovnakého profilu a použitého izolačného skla, kovania a tesnenia (za predpokladu rovnakých vlastností) vyrobia dva rovnaké výrobky. Výnimkou sú prievzdušnosť a vodotesnosť okna. Tieto vlastnosti závisia od technického vybavenia podniku a pracovníkov vykonávajúcich zostavenie dielov do hotového výrobku vo výrobnom podniku dodávateľa. Samozrejme predpokladáme, že nepochybil už subdodávateľ napr. u izolačného skla nedodaním tohto výrobku v objednávke špecifikovanej skladbe a obsahu argónu v medzisklenom priestore (dutine). Zisťovanie tepelnoizolačných vlastností na zabudovanom okne nie je jednoduché a ani lacné, preto by mal užívateľ bytu (domu) pri zistení kondenzácie vody na oknách najprv začať s nápravou u seba.

72

obr. 1- nesprávny rohový spoj izolačných skiel, ako má byť vyhotovený správny spoj je uvedené v [1]

2.1 Regulácia vnútorného prostredia

Pre pochopenie kondenzácie na skle okna je vhodné následné vysvetlenie: „Vlhkosť vzduchu je úmerná množstvu vodných pár vo vzduchu. V závislosti od teploty a tlaku sa mení kapacita vzduchu pre vodnú paru.“ Relatívna vlhkosť vzduchu (RH) je pomer medzi aktuálnym množstvom vodnej pary vo vzduchu a maximálnym možným množstvom pri danej teplote a tlaku (pri vyššej teplote je vzduch schopný prijať viac vodnej pary, naopak pri jeho ochladení sa toto množstvo zmenšuje).

Tzv. rosný bod je stav, keď vzduch je úplne nasýtený vodnou parou (RH = 100%). Po pridaní ďalšej vodnej pary, alebo po ochladení vzduchu dôjde ku kondenzácii, alebo ak prebytočná vodná para zmení skupenstvo z plynného na kvapalné a objaví sa voda (kondenzát).

Rovnakým fyzikálnym javom je aj orosenie pohára správne vychladeného piva – pri kontakte so studeným povrchom pohára sa vzduch ochladí a zmenší sa jeho schopnosť prijať vodnú paru. Táto prebytočná vodná para sa objaví na pohári.

Bohužiaľ v stavebníctve sú problémy trochu zložitejšie a väčšinou sa vyskytujú súbežne a rôzne sa prekrývajú a doplňujú.

Pre zabezpečenie tepelnej pohody by sa mala priemerná výsledná teplota vzduchu v obytných miestnostiach pohybovať v rozmedzí 21 ± 2 ° C, v lete by nemala presiahnuť 26 ° C, pričom povrchové teploty by sa nemali od výslednej teploty v miestnosti líšiť o viac ako 6 ± 2 ° C. Odporúčaná teplota podlahy je v rozmedzí 17 – 28 ° C. Pre pocit tepelnej pohody je dôležité sledovať aj vertikálne rozloženie teplôt a radiačnej teploty. Z hygienického hľadiska by teplota v miestnosti počas spánku nemala klesnúť pod 16 ° C (kvôli zníženiu obrannej schopnosti organizmu voči respiračným ochoreniam), ale pre zníženie rizika kondenzácie je vhodné dodržať požiadavky na hodnoty poklesu výslednej teploty v miestnosti v zimnom období o maximálne 3 – 4 ° C podľa spôsobu vykurovania.

Napríklad ak cez deň vykurujeme obytnú miestnosť napr. na 24 ° C a v noci znížime teplotu na 16 ° C, zníži sa podstatne vďaka ochladeniu vzduchu o 8 ° C jeho schopnosť absorbovať vlhkosť, ktorá sa potom ľahšie objaví ako skondenzovaná voda na najchladnejšom povrchu v miestnosti , ktorým najčastejšie býva presklená okenná výplň. Pri relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu 75% a teplote vnútorného vzduchu 24 ° C dôjde ku kondenzácii vlhkosti už pri znížení teploty o cca 4 ° C (obr. 2).

73

obr. 2 – príklad vzniku kondenzátu pri znížení povrchovej teploty [2]

Vlhkosť v miestnosti je jedným z faktorov, ktoré napríklad na rozdiel od teploty vzduchu dokážeme subjektívne veľmi ťažko pociťovať a hodnotiť. Optimálne hodnoty pre ľudský organizmus sa pohybujú okolo 40%. Návrhová relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu stanovená STN 73 0540-2 je φi = 50%.

Vlhkosť je nutné v obytnom prostredí sledovať a upravovať – najjednoduchšou cestou je výmena vzduchu vetraním. Na nepriaznivý zdravotný stav môže mať pokles relatívnej vlhkosti v zimnom období na 20% aj menej, ku ktorému dochádza vplyvom vykurovania, rovnako ako zvýšenie vlhkosti nad 60% v ostatných ročných obdobiach. V bežnom živote môže byť vlhkosť presahujúca trvale 60% už nebezpečným faktorom, pretože ak dôjde na chladnejších plochách vnútorných konštrukcií ku kondenzácii vzdušnej vlhkosti, dochádza na vlhkom murive k rastu plesní. V porovnaní s relatívnou vlhkosťou 30 – 40% sa pri tejto relatívnej vlhkosti až dvojnásobne množí počet prežívajúcich mikroorganizmov (Staphylococcus, Streptococcus).

Vetranie a prívod čerstvého vonkajšieho vzduchu sú základnými predpokladmi zdravého bývania. Preto je nutné, aby koncept výmeny vzduchu v obytnom priestore bol správne navrhnutý architektom či projektantom, ale súčasne je tiež dôležité, aby bol využívaný a dodržiavaný jeho užívateľmi – a to v ich vlastnom záujme. Odporúča sa miestnosti vetrať 2 – 3 x denne ráno (prípadne na obed) a večer krátkym otvorením všetkých krídel okna na dobu 5 – 10 minút. Počas vetrania nesmie dôjsť k významnému ochladeniu vnútorných stien, aby mohli fungovať fyzikálne podmienky vyplývajúce z Mollierovho diagramu (obr. 3). Je to aj odpoveď na časté námietky „odporcov vetrania“, že predsa v zime je vlhkosť vonkajšieho niekedy vyššia ako vlhkosť vo vnútri miestnosti. Ako z diagramu (obr. 3) vyplýva, ak do miestnosti „vpustíme“ vetraním studený vlhký vzduch (bod 1 grafu) s teplotou napr.–10 °C a RH = 90 % jeho rýchlym ohriatím prostredníctvom odovzdanej teploty stien miestnosti na teplotu 20 °C, sa okamžite zníži vlhkosť na 10 % (bod 2 grafu) a čerstvý vzduch je pripravený prijať (odobrať) ďalšiu vlhkosť produkujúcu užívateľmi miestnosti (ľudia, rastliny, pranie, vodná hladina akvária a pod.) [2]. Preto základnou výbavou bytu po výmene okien alebo dokončení stavby by mal byť izbový teplomer a vlasový vlhkomer. Pokiaľ ani vyššie uvedenými lacnými opatreniami nedôjde k náprave, je nutné hľadať príčiny v kvalite stavby, okna a  jeho zbudovania do stavby.

74

obr. 3 – Mollierov diagram a príklad zmeny RH pri zmene teploty pri vetraní miestnosti [2]

2.2 Diagnostika vnútorného prostredia

Posudzovať výrobok, spôsob návrhu a realizáciu zabudovania má zmysel len za podmienky správneho používania výrobku. Užívateľ by o týchto podmienkach mal byť informovaný zo sprievodnej dokumentácie od výrobcu výrobku. Nesprávne ošetrovanie výrobku alebo neprávne užívanie môžu byť príčinou, že nemôže dôjsť k objektívnemu zisteniu skutočných príčin chýb prejavujúcich sa na výrobku. Najčastejšou takouto príčinou je nadmerná vlhkosť v byte. Preto každému skúmaniu najmä chýb spojených so zabudovaním výrobku do stavby by malo predchádzať dlhšie (viacdenné) monitorovanie teploty a relatívnej vlhkosti v byte. Robí sa to pomocou záznamníkov teploty a RH. Vyhodnotenie môže byť pomocou štatistických charakteristík na 95 -% hladine spoľahlivosti a po prepočítaní na normové hodnoty (teplota 20 oC a RH = 50%).

 75
 76  77
 78  79

obr. 4 – Vplyv umiestnenia vykurovacieho telesa na povrchovú kondenzáciu [2]

2.3 Diagnostika okennej konštrukcie

Diagnostikou izolačného skla je možné potvrdiť najmä tepelnotechnické vlastnosti izolačného skla a prostredníctvom neho aj celého okna. Súčiniteľ prechodu tepla u dvojskiel je možné zistiť pomocou percenta naplnenia inertným plynom  izolačného dvojskla. Percento naplnenia izolačného dvojskla je možné zistiť nedeštruktívne meradlom na princípe prechodu elektrického výboja  cez izolačné dvojsklo (obr. 5). Ak sa súčasne zmeria existencia nízkoemisného povlaku a hrúbka sklenej dutiny v strede izolačného skla, je možné spoľahlivo určiť súčiniteľ prechodu tepla zabudovaného izolačného skla (obr. 6). Percento naplnenia medzisklenej dutiny plynom je možné zistiť aj po vyňatí izolačného skla z krídla okna. Po narušení dištančného rámčeka sa odoberie vzorka plynu do prenosného analyzátora. Pokiaľ sú k dispozícii výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla profilom krídla a rámu okna podľa STN EN ISO 10077-2 a vedomosti o dištančnom rámčeku izolačného skla je možné s vysokou spoľahlivosťou skontrolovať výpočtom podľa STN EN ISO 10077-1 hodnotu súčiniteľa prechodu tepla konkrétneho okna uvedenú vo vyhlásení výrobcu. Pri akustických vlastnostiach okna už takto spoľahlivé diagnostické metódy nemáme k dispozícii. Pokiaľ diagnostikujeme zabudované izolačné sklo, môžeme podľa tabuľkových hodnôt uvedených v prílohe B.3 STN EN 14351-1+A1 určiť index vzduchovej nepriezvučnosti Rw a porovnať jeho hodnotu s deklarovaným, uvedeným vo vyhlásení výrobcu. Hodnotu Rw je možné zistiť aj meraniami in situ na zabudovanom okne napríklad metódou podľa STN EN ISO 10052, ale výsledky sú vždy ovplyvnené okolitou konštrukciou. Touto a ďalšími metódami je možné porovnávať konštrukčne rozdielne okná zabudované v rovnakej obvodovej konštrukcii stavby alebo kontrolovať hygienické podmienky bývania. Index vzduchovej nepriezvučnosti významne ovplyvňuje prievzdušnosť okna. Jednotlivé triedy prievzdušnosti škár okna sú zobrazené na obr. 7.

42

obr. 5 – Nedeštruktívne meranie % naplnenia izolačného dvojskla plynom

710

obr. 6 – Meranie hrúbky skla a medziskleného priestoru

711

obr. 7 – Jednotlivé triedy prievzdušnosti okna

Nakoľko vyňatie výrobku zo stavby a podrobenie opakovaným skúškam v skúšobných laboratóriách je často nemožné a neefektívne, preto v praxi sa stretávame s rôznymi zástupnými metódami, najčastejšie termovíziou, snažiacimi sa dokázať „nekvalitu“ otvorovej výplne spôsobenej výrobcom už pri dodaní výrobku. Najčastejšie sa tomu deje pri posudkoch na výmenu okien. Často sa táto nekvalita definuje ako „špatné tepelno-izolačné vlastnosti“. Deje sa tomu tak i napriek skutočnosti, že v norme, podľa ktorej sa termovízne merania vykonávajú (STN EN 13187) je uvedené: „Metóda sa používa predovšetkým na určenie veľkosti odchyliek v tepelných vlastnostiach, vrátane vzduchotesnosti, jednotlivých prvkov obvodového plášťa budovy“. Mimo iného sa uvádza: „Tato norma sa používa ku stanoveniu polohy tepelných nepravidelností a polohy cesty prieniku vzduchu obvodovým plášťom. Tato norma sa nepoužíva ku stanoveniu stupňa tepelnej izolácie a vzduchotesnosti konštrukcie. Pre takéto stanovenia sa požadujú iné skúšky.“ Pod pojmom „špatné tepelno-izolačné vlastnosti“ sa v expertíznych posudkoch spája viacero vlastností okien, najčastejšie vysoká prievzdušnosť a tepelný odpor jednotlivých prvkov okien. Málokedy sa chyby hľadajú v kvalite zabudovania okien a dverí do stavby a už vôbec nie v nízkom tepelnom odpore obvodovej steny. Pritom neodmietame termovízne merania ako celok, pri posudzovaní zabudovaných okien, sami túto metódu využívame vo svojej expertíznej činnosti avšak vždy v spojení s meraním povrchových teplôt kontaktnými teplomermi tak, aby bolo možné dodatočne pri vyhodnotení termovíznych snímkov v počítači primerane korigovať emisivitu povrchu. Samozrejmosťou je kalibrácia meracích prístrojov a prepočet povrchových teplôt na skutočné hodnoty podľa kalibračného listu meradla. Zistenie zvýšenej prievzdušnosti termovíznym meraním by bolo veľmi efektívnou metódou, ak by nebola ovplyvnená množstvom ďalších faktorov ovplyvňujúcim výsledky merania. Aby nedochádzalo v budúcnosti k diametrálne rozdielnym stanoviskám expertov, stálo by sa úvahu normalizovanie metód použiteľných na overenie deklarovaných vlastností prievzdušnosti. Je zrejmé, že ak na výrobok medzičasom pôsobili nepriaznivé klimatické vplyvy, zmenili sa vlastnosti uvedené vo vyhlásení výrobcu. Či táto zmena je napríklad u prievzdušnosti ešte v rozsahu vyhlásenej triedy, je vecou použitia vhodnej skúšobnej metódy. Princíp môžeme prevziať z tzv. blow door testu: meranie vzduchovej priepustnosti obvodovej konštrukcie podľa STN EN 13829 (obr. 8). Je vecou použitia maskovacích materiálov na utesnenie miestnosti, kde sa predmetné okno nachádza a výkonu ventilátora, aké podmienky skúšky dosiahneme. Bežne sa dá dosiahnuť pri meraní in situ maximálny normový tlak alebo podtlak (100 až 600) Pa.

712

obr. 8 – Meranie vzduchovej priepustnosti budovy (alt. prievzdušnosti okien)

Tabuľka 1: Klasifikácia prievzdušnosti podľa odporúčania národnej prílohy STN EN 14351-1

Trieda Vhodnosť použitia
0
1 okná do nevykurovaných priestorov, bytové dvere a vonkajšie dvere nebytových budov a dvere so zádverím
2 okná a balkónové dvere do 8 m výšky zabudovania, vonkajšie dvere rodinných domov a bytových budov bez zádveria
3 okná a balkónové, terasové a pavlačové dvere do 20 m výšky zabudovania
4 okná a balkónové, terasové a pavlačové dvere nad 20 m výšky zabudovania

Na prvý pohľad by mohlo byť nepotrebné skúšanie vodotesnosti okien po ich zabudovaní do stavby. To, že sa užívateľovi prejaví zatekanie okien fľakmi na stene sa môže zadať byť jednoznačné. Nie vždy tomu tak musí byť. Stretávame sa s prípadmi, že narušenie celistvosti pri zatepľovaní vonkajšieho plášťa budovy sa prejaví prienikom vody aj o niekoľko poschodí nižšie. Často po skončení hnaného dažďa nie je možné identifikovať miesto prieniku vody napr. u členitých zasklených stien, združovaných okien a pod. V týchto prípadoch je často zistené zatekanie pripisované výrobcovi okien. Na „obranu“ výrobcu okna a najmä na zistenie skutočného miesta prieniku vody cez konštrukciu po zabudovaní okien do stavby je k dispozícii metóda podľa STN EN 13051 „ Závesné steny. Vodotesnosť. Skúška na mieste“. Použitie tejto metódy na okno je na obr. 9. Táto norma a metóda (aj so saním vzduchu) sa úspešne využíva pri skúškach vodotesnosti pripojovacích škár zabudovaných okien (obr.10) [3]. Na ďalšie využitie napr. pri overovaní funkčných a zasklievacích škár okien/ dverí je potrebný konsenzus na podmienkach skúšania, ktorý je možné uskutočniť zmluvne za účasti zainteresovaných strán alebo v norme.

714

obr. 9 – Skúška vodotesnosti pripájacej škáry okna

715

obr. 10 – Skúška vodotesnosti okna vrátane vplyvu vetra saním z vnútornej strany budovy

2.4 Diagnostika pripájacích škár

Pri posudzovaní zabudovaných okien a dverí je od roku 2010 pomerne zjednodušená situácia v tom, že od 1.1.2010 začala platiť STN 73 3134, ktorá bola v roku 2014 revidovaná a vyšla pod názvom „Stavebné práce. Styk okenných konštrukcií a obvodového plášťa budovy. Požiadavky, zhotovovanie a skúšanie“. Pri odhaľovaní netesných miest pripojenia je vítaným pomocníkom termovízia a ak je spojená s meraním povrchových teplôt, ľahko zistíme miesta potenciálneho vzniku plesní (obr. 11).

Kondenzácia vodnej pary a diagnostika okenných konštrukcií

obr. 11 – Termovízna snímka zabudovania balkónových dverí

Charakteristika chýb pri montáži [4]:

1) Chyby vznikajúce z nepoznania vymieňaných zabudovaných okenných konštrukcií (najmä dvojité okná).

Dôsledky:

■ tepelné mosty vznikajúce použitím nevhodných výplňových materiálov (čo je po ruke);

■ nesprávna výška parapetu alebo umiestnenia v ostení.

2) Chyby vznikajúce z nepresného zamerania otvoru.

Dôsledky:

■ tepelné mosty vznikajúce nedostatočnou šírkou a hĺbkou vypenenia pripojovacích škár;

■ deformácia farebných profilov vznikajúca nedostatočnou šírkou otvoru (dilatačná škára).

3) Chyby vznikajúce  nedostatočnou znalosťou STN 73 3134 a pokynov výrobcu tesniaceho materiálu, alebo ich nerešpektovaním.

Dôsledky:

■ nepovolený pohyb rámu okna v ostení z dôvodu nesprávneho kotvenia;

■ vznik nežiaduceho kondenzátu vodnej pary na profiloch alebo zasklení v dôsledku nedostatočného alebo nesprávneho utesnenia pripojovacej škáry;

■ vznik plesní na ostení z dôvodu (tepelných mostov)  nerešpektovania dôsledkov nesprávnej skladby materiálov, veľkosti pripojovacej škáry okna alebo montáže okna (podložky);

■ zlé zatváranie krídiel okna z dôvodu „sadania“ okna nesprávnym použitím dištančných a nosných podložiek pri montáži okna.

2.4 Diagnostika umiestnenia okna do stavby

Správne umiestnenie výrobkov do stavby, zameranie, ak si ho zhotoviteľ nevykonáva sám, je jednou z najdôležitejších úloh pri prevencii následných defektov (obr. 7). Je nutné poznať stavbu, použité materiály, spôsob vykurovania, orientáciu k svetovým stranám, atď. a na to všetko je nutné dať v návodoch podmienky, za ktorých bude výrobok fungovať tak, ako od neho vyžadujú normy. Tento dokument musí byť vypracovaný pre stavebníka aj pre používateľov každý s iným obsahom i rozsahom, ale všetky smerujúce k takémuto zabudovaniu alebo užívaniu výrobku, ktoré nebude mať za následok stratu dôvery, že výrobok spĺňa jeho požiadavky.

Pre budúce fungovanie výrobku v stavbe má veľký význam projekčná príprava stavby. Je nutné poznať technické vlastnosti výrobku a jeho dielov pri rôznych podmienkach použitia. Pokiaľ je výber správne vykonaný, je nevyhnutné vybrať spôsob upevnenia v stavbe zohľadňujúci vlastnosti výrobku a jeho dielov. Vždy je potrebné uprednostniť upevnenie rešpektujúce dilatácie materiálov a posuny stavebnej konštrukcie počas jej užívania. Umiestnenie napr. okna v plášti budovy, použitie tesniacej techniky na súčasnej úrovni poznania je prvým predpokladom správneho fungovania tohto výrobku. Vylúčenie tepelných mostov pri zabudovaní okna je predpokladom predchádzania možným hygienickým defektom a v neposlednom rade aj tepelným stratám budov.

V praxi sa často stretávame, že úlohu projektanta prevezme na seba užívateľ výberom výrobku a zhotoviteľ/ stavebník umiestnením do stavby. Následkom môže byť napríklad použitie nevhodného okna napr. s izolačným dvojsklom a jeho umiestnenie okna do obvodového múru s nedostatočnou tepelnou izoláciou alebo vyhotovením stavby. Dôsledkom je vznik plesní (obr. 8). Pred vyrieknutím záveru by sa malo preveriť (alebo dať preveriť) či okolie zabudovanej otvorovej konštrukcie spĺňa normové požiadavky.

K dispozícii sú teplomery na meranie povrchových teplôt, termokamera alebo meradlo tepelného toku a ak nebola pred zabudovaním okna urobená optimalizácia umiestnenia okna v ostení výpočtom aj počítač s programom na výpočet vnútorných povrchových teplôt metódou konečných prvkov.

Zdá sa Vám, že Vaše okná sú horšie ako susedove? Skúste zistiť rozdiely!

  1. a) spôsob zabudovania okna; Pri monolitických obvodových stenách (tj. stenách zhotovených len z jedného materiálu, napríklad z tehál) by mali byť okná umiestnené v strednej tretine každej steny. U stien obsahujúcich vrstvu izolácie by mali byť okná ideálne umiestnené v izolovanom priestore. Čím bližšie k vonkajšiemu okraju a čím ďalej od tejto optimálnej polohy sa okná nachádzajú, tím je vyššia pravdepodobnosť výskytu kondenzácie a plesní. Výnimkou sú zvonka zateplované budovy, kde je optimálne umiestnenie okna v tepelnej izolácii tzv. predsadená montáž. Na vylúčenie rizika vzniku plesní v styku okna s obvodovou stenou má byť povrchová teplota vyššia ako 12,6 o
  2. b) nedostatočné vonkajšie zakrytie okien; V husto obývaných oblastiach a v mestách je vhodné používať vonkajšie zakrytie okien (rolety, sťahovacie žalúzie či okenice), aby bolo počas večera a nocí zabezpečené súkromie. Okrem eliminácie nežiaducich pohľadov tieto systémy v nočných hodinách zabezpečujú aj dočasnú tepelnú izoláciu. Používatelia, ktorí tento typ zakrytia okien nemajú, sú nútení na ochranu svojho súkromia používať nepriehľadné závesy na vnútornej strane okien. Závesy na vnútornej strane okien však veľkou mierou prispievajú ku kondenzácii na povrchu okna!

3) typ vykurovania priestoru; Hlavným zdrojom tepla v nových budovách je podlahové vykurovanie. To je výhodné pre zabezpečenie jednotného rozvrstvenia vzduchu a pre zachovanie teplôt vo vykurovacom systéme na nízkej úrovni. Tento typ distribúcie tepla však prispieva ku kondenzácii na oknách a fasádach, pretože u neho nedochádza prakticky k žiadnej konvekcii teplého vzduchu (na rozdiel od radiátorov). Je potrebné užívateľom zdôrazňovať, že v kritických zónach pred oknami nesmú nábytok ani koberce tvoriť prekážku distribúcie tepla. Najmä okolo spodných okrajov francúzskych okien a predovšetkým potom u arkierov a presklených rohov by mali byť vykurovacie slučky v podlahe zosilnené [5].

3. Záver

Identifikácia skutočných príčin chýb výrobku alebo stavby je náročná odborná činnosť. Pri skúmaní príčin sa často nemôžeme spoľahnúť len na vizuálne prostriedky, ale potrebujeme náročnejšie meracie a skúšobné zariadenia a niekedy aj výpočtovú techniku. O niektorých z nich sme informovali v tomto príspevku. Cieľom je objektívne odhalenie príčin chýb či už sú spôsobené výrobkom (výrobcom), stavbou, montážnikom alebo užívateľom. A rada pre tých čo sa ešte len chystajú kupovať okná? Postupovať podobne ako je to odporúčané združením SLOVENERGOokno pri verejnom obstarávaní otvorových konštrukcií zverejnenom na internetovej stránke združenia (http://slovenergookno.sk/cache/fileserver/sources/nove/subory/metodickypokynVO.pdf).

Literatúra

  1. Anon.: Celozasklené bezrámové stavebné konštrukcie. OKNOviny ®, SLOVENERGOokno, 2012, č. 2, ISSN 1337-8791, s.7
  2. Chmúrny, I. – Panáček, P.: Aj Vám sa tejto zimy rosili okná? OKNOviny ®, SLOVENERGOokno, 2012, č. 2, ISSN 1337-8791, s.8
  3. Panáček, P. – Polášek, M. Diagnostika zabudovaných oken. In: DŘEVĚNÁ OKNA, DVEŘE, SCHODY 2010, Sborník přednášek odborného semináře, 11. a 12.03.2010, Hranice ČR, Střední odborná škola průmyslová a Střední odborné učiliště strojírenské v Hranicích, 3 s.
  4. Puškár, A. – Panáček, P.: Uplatňovanie STN 73 3134 a poznatky zo školení montážnikov okien, OKNOviny ®, SLOVENERGOokno, 2012, č. 2, ISSN 1337-8791, s.3
  5. Hessler, M.: Prevence vzniku kondenzace a plísní. Tipy, informační povinnost a vzorové případy ilustrující možnosti prevence škod ve stávajících i nových budovách. In: Ročenka ČKLOP 2014 (http://cklop.cz) s.60-63

Spoluautor: prof. ing. Ivan Chmúrny, PhD.

,

Vlastnosti otvorových konštrukcií po zabudovaní do stavby

Vlastnosti otvorových konštrukcií po zabudovaní do stavby

1. Úvod

Výrobcovia okien a dverí sa často pri reklamačnom konaní stretávajú s pochybnosťami užívateľov o parametroch dodaných a zabudovaných výrobkov. Vyhlasované parametre okien a vonkajších dverí sa zisťujú v akreditovaných skúšobných laboratóriách, podľa platných skúšobných noriem, ktoré cituje harmonizovaná STN/ČSN EN 14351-1+A1. Po zabudovaní do stavby neexistujú normové metódy a zariadenia na overenie charakteristík uvedených vo vyhlásení výrobcu. Cieľom príspevku je pokus opísať tento stav a navrhnúť možné riešenia.

2. Stav a predpoklady

Zhoda s harmonizovanou európskou normou ČSN/STN EN 14351-1+A1 sa posudzuje na označenie okien a vonkajších dverí označením CE. Ide o nasledujúce mandátové vlastnosti (charakteristiky): odolnosť proti zaťaženiu vetrom, vodotesnosť, únosnosť bezpečnostného vybavenia, vzduchová nepriezvučnosť, súčiniteľ prechodu tepla, prievzdušnosť a prítomnosť nebezpečných látok (tabuľka 1). Ďalšie vlastnosti z EN 14351-1: mechanická pevnosť (odolnosť proti zaťaženiu v rovine krídla, odolnosť proti statickému krúteniu, ovládacie sily), odolnosť proti opakovanému otváraniu a zatváraniu nie sú podmienené skúšaním u notifikovanej osoby. Doplnkovými vlastnosťami (ak sú požadované) sú odolnosť proti priestrelu, odolnosť proti výbuchu a odolnosť proti násilnému vniknutiu.

Tab. 1: Skúšané vlastností a klasifikácia výsledkov pre okna a vonkajšie dvere v systéme posudzovania zhody 3:

charakteristika Okna a vonkajšie dvere podľa EN 14351: 2006 + A1: 2010
skúšobná metóda klasifikácia výsledkov

alebo spôsob vyhlásenia

odolnosť proti zaťaženiu vetrom 1) EN 12211

alebo výpočet

EN 12210
vodotesnosť 1) EN 1027 EN 12208
nebezpečné látky 1) deklarovaný obsah databáza
únosnosť bezpečnostných zariadení 1) EN 14609

alebo

výpočet

medzná hodnota
výška a šírka vonkajších a balkónových dverí EN 12519 vyhlásená hodnota
akustické vlastnosti 1) EN ISO 140 – 3

alebo

tabuľková hodnota

vyhlásená hodnota
súčiniteľ prechodu tepla 1) EN ISO 10077-1

EN ISO 10077-2

alebo

EN ISO 12567-1

vyhlásená hodnota
radiačné vlastnosti 1) EN 410

EN 13363-1

EN 13363-2

vyhlásené hodnoty
Prievzdušnosť 1) EN 1026

alebo

tabuľková hodnota

EN 12207

 

Poznámka:
1) Mandátová vlastnosť, na vyhlásenie parametrov je nutná účasť notifikovanej osoby

42

obr. 1 – Nedeštruktívne meranie % naplnenia izolačného dvojskla plynom

43

obr. 2 – Zisťovanie pozície nízkoemisného povlaku na izolačnom skle

44

obr. 3 – Meranie hrúbky skla a medziskleného priestoru

Veľmi často sú reklamáciami spotrebiteľov spochybňované tepelnoizolačné vlastnosti okna vyjadrené súčiniteľom prechodu tepla, prievzdušnosť, akustické vlastnosti okna a vodotesnosť. Z uvedených mandátových vlastností sa v harmonizovanej norme predpokladá trvanlivosť pri vodotesnosti a prievzdušnosti, s tým, že táto sa zabezpečuje vymeniteľnosťou tesnení a súčiniteľom prechodu tepla, ktorý podľa tejto normy závisí najmä od dlhodobých vlastností zasklenia, najmä izolačných skiel (IGU). Sklo, zodpovedajúce požiadavkám uvedeným v prílohe C tejto harmonizovanej normy, sa považuje za sklo spĺňajúce požiadavky trvanlivosti. Táto príloha obsahuje zoznam všetkých európskych noriem vzťahujúcich sa na sklené tabule a izolačné sklo. O postupoch a prístrojovom vybavení na overovanie vlastností zabudovaného izolačného skla sme už publikovali príspevok v roku 2009 [1]. Diagnostikou izolačného skla je možné potvrdiť najmä tepelnotechnické vlastnosti izolačného skla a prostredníctvom neho aj celého okna. Súčiniteľ prechodu tepla u dvojskiel je možné zistiť pomocou percenta naplnenia inertným plynom  izolačného dvojskla. Percento naplnenia izolačného dvojskla je možné zistiť nedeštruktívne meradlom na princípe prechodu elektrického výboja  cez izolačné dvojsklo (obrázok 1). Ak sa súčasne zmeria existencia nízkoemisného povlaku a hrúbka sklenej dutiny v strede izolačného skla, je možné spoľahlivo určiť súčiniteľ prechodu tepla zabudovaného izolačného skla (obrázok 2 a 3). Percento naplnenia medzisklenej dutiny plynom je možné zistiť aj po vyňatí izolačného skla z krídla okna. Po narušení dištančného rámčeka sa odoberie vzorka plynu do prenosného analyzátora. Pokiaľ sú k dispozícii výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla profilom krídla a rámu okna podľa STN/ ČSN EN ISO 10077-2 a vedomosti o dištančnom rámčeku izolačného skla je možné s vysokou spoľahlivosťou skontrolovať výpočtom podľa STN/ ČSN EN ISO 10077-1 hodnotu súčiniteľa prechodu tepla konkrétneho okna uvedenú vo vyhlásení výrobcu. Pri akustických vlastnostiach okna už takto spoľahlivé diagnostické metódy nemáme k dispozícii. Pokiaľ diagnostikujeme zabudované izolačné sklo, môžeme podľa tabuľkových hodnôt uvedených v prílohe B.3 STN/ČSN EN 14351-1+A1 určiť index vzduchovej nepriezvučnosti Rw a porovnať jeho hodnotu s deklarovaným, uvedeným vo vyhlásení výrobcu. Hodnotu Rw je možné zistiť aj meraniami in situ na zabudovanom okne napríklad metódou podľa STN/ČSN EN ISO 10052, ale výsledky sú vždy ovplyvnené okolitou konštrukciou. Touto a ďalšími metódami je možné porovnávať konštrukčne rozdielne okná zabudované v rovnakej obvodovej konštrukcii stavby alebo kontrolovať hygienické podmienky bývania. Index vzduchovej nepriezvučnosti významne ovplyvňuje prievzdušnosť okna. Graf prievzdušnosti škár okna je zobrazený na obrázku 4.

 

45

obr. 4 – graf prievzdušnosti škár okna

Nakoľko vyňatie výrobku zo stavby a podrobenie opakovaným skúškam v skúšobných laboratóriách je často nemožné a neefektívne, preto v praxi sa stretávame s rôznymi zástupnými metódami, najčastejšie termovíziou, snažiacimi sa dokázať „nekvalitu“ otvorovej výplne spôsobenej výrobcom už pri dodaní výrobku. Najčastejšie sa tomu deje pri posudkoch na výmenu okien. Často sa táto nekvalita definuje ako „špatné tepelno-izolačné vlastnosti“. Deje sa tomu tak i napriek skutočnosti, že v norme, podľa ktorej sa termovízne merania vykonávajú (ČSN/STN EN 13187) je uvedené: „Metóda sa používa predovšetkým na určenie veľkosti odchyliek v tepelných vlastnostiach, vrátane vzduchotesnosti, jednotlivých prvkov obvodového plášťa budovy“. Mimo iného sa uvádza: „Tato norma sa používa ku stanoveniu polohy tepelných nepravidelností a polohy cesty prieniku vzduchu obvodovým plášťom. Tato norma sa nepoužíva ku stanoveniu stupňa tepelnej izolácie a vzduchotesnosti konštrukcie. Pre takéto stanovenia sa požadujú iné skúšky.“ Pod pojmom „špatné tepelno-izolačné vlastnosti“ sa v expertíznych posudkoch spája viacero vlastností okien, najčastejšie vysoká prievzdušnosť a tepelný odpor jednotlivých prvkov okien. Málokedy sa chyby hľadajú v kvalite zabudovania okien a dverí do stavby a už vôbec nie v nízkom tepelnom odpore obvodovej steny. Pritom neodmietame termovízne merania ako celok, pri posudzovaní zabudovaných okien, sami túto metódu využívame vo svojej expertíznej činnosti avšak vždy v spojení s meraním povrchových teplôt kontaktnými teplomermi tak, aby bolo možné dodatočne pri vyhodnotení termovíznych snímkov v počítači primerane korigovať emisivitu povrchu. Samozrejmosťou je kalibrácia meracích prístrojov a prepočet povrchových teplôt na skutočné hodnoty podľa kalibračného listu meradla. Zistenie zvýšenej prievzdušnosti termovíznym meraním by bolo veľmi efektívnou metódou, ak by nebola ovplyvnená množstvom ďalších faktorov ovplyvňujúcim výsledky merania. Aby nedochádzalo v budúcnosti k diametrálne rozdielnym stanoviskám expertov, stálo by sa úvahu normalizovanie metód použiteľných na overenie deklarovaných vlastností prievzdušnosti. Je zrejmé, že ak na výrobok medzičasom pôsobili nepriaznivé klimatické vplyvy, zmenili sa vlastnosti uvedené vo vyhlásení výrobcu. Či táto zmena je napríklad u prievzdušnosti ešte v rozsahu vyhlásenej triedy, je vecou použitia vhodnej skúšobnej metódy. Princíp môžeme prevziať z tzv. blow door testu: meranie vzduchovej priepustnosti obvodovej konštrukcie podľa STN/ČSN EN 13829 (obrázok 5). Je vecou použitia maskovacích materiálov na utesnenie miestnosti, kde sa predmetné okno nachádza a výkonu ventilátora, aké podmienky skúšky dosiahneme. Bežne sa dá dosiahnuť pri meraní in situ tlak alebo podtlak až 100 Pa, čo je podľa STN/ČSN  EN 12207 referenčný skúšobný tlak pre prievzdušnosť. Jeho hodnoty sú uvedené v tabuľke 2.

46

obr. 5 – Meranie vzduchovej priepustnosti budovy (alt. prievzdušnosti okien)

Tabuľka 2: Normovaná referenčná prievzdušnosť pri 100 Pa podľa STN/ČSN EN 12207

Trieda prievzdušnosti Prievzdušnosť vztiahnutá na celkovú plochu okna/ dverí

[m3/(h.m2)]

Privzdušnosť vztiahnutá na dĺžku (funkčnej) škáry okna/ dverí

[m3/(h.m)]

0 neskúša sa
1 50 12,5
2 27 6,75
3 9 2,25
4 3 0,75

Tento spôsob skúšania je možné využiť aj pre nesériovo vyrábané výrobky, kedy výrobca môže vyhlásiť zhodu bez zapojenia notifikovaného orgánu. Klasifikácia tried prievzdušnosti je v tabuľke 3 a na obrázku 4.

Tabuľka 3: Klasifikácia prievzdušnosti podľa odporúčania národnej prílohy STN EN 14351-1

Trieda Vhodnosť použitia
0
1 okná do nevykurovaných priestorov, bytové dvere a vonkajšie dvere nebytových budov a dvere so zádverím
2 okná a balkónové dvere do 8 m výšky zabudovania, vonkajšie dvere rodinných domov a bytových budov bez zádveria
3 okná a balkónové, terasové a pavlačové dvere do 20 m výšky zabudovania
4 okná a balkónové, terasové a pavlačové dvere nad 20 m výšky zabudovania

Na prvý pohľad by mohlo byť nepotrebné skúšanie vodotesnosti okien po ich zabudovaní do stavby. To, že sa užívateľovi prejaví zatekanie okien fľakmi na stene sa môže zadať byť jednoznačné. Nie vždy tomu tak musí byť. Stretávame sa s prípadmi, že narušenie celistvosti pri zatepľovaní vonkajšieho plášťa budovy sa prejaví prienikom vody aj o niekoľko poschodí nižšie. Často po skončení hnaného dažďa nie je možné identifikovať miesto prieniku vody napr. u členitých zasklených stien, združovaných okien a pod. V týchto prípadoch je často zistené zatekanie pripisované výrobcovi okien. Na „obranu“ výrobcu a najmä na zistenie skutočného miesta prieniku vody cez konštrukciu po zabudovaní okien do stavby je k dispozícii metóda podľa ČSN/STN EN 13051 „ Závesné steny. Vodotesnosť. Skúška na mieste“. Použitie tejto metódy na okno je na obrázku 6. Táto norma a metóda (bez sania vzduchu) sa úspešne využíva pri skúškach vodotesnosti pripojovacích škár zabudovaných okien [2]. Na ďalšie využitie napr. pri overovaní funkčných a zasklievacích škár okien/ dverí je potrebný konsenzus na podmienkach skúšania, ktorý je možné uskutočniť výhradne v norme.

47

obr. 6 – Skúška vodotesnosti okna

3. Záver

Overovanie viacerých vlastností okien a dverí a v tom aj trvanlivosti pri vodotesnosti a prievzdušnosti po zabudovaní okien a dverí do stavby nemá normalizovanú metódu. Podozrenia užívateľov okien a dverí podporujú aj niektoré opatrenia z harmonizovanej EN, keď na vyhlásenie parametrov stačí mať zmluvu s dodávateľom systému a/ alebo vlastníkom skúšok. Navrhnuté metódy skúšania by bolo možné využiť okrem expertíz aj na zistenie mandátových vlastností pri procese vyhlásenia zhody o parametroch nesériovo vyrábaných výrobkov, čo je väčšina okien na našom trhu. Úloha je naliehavá aj vzhľadom k skutočnosti, že činnosť kontrolných orgánov v tejto oblasti je na oboch stranách rieky Moravy nedostatočná a priestor dostávajú rôzne expertízne organizácie a jednotlivci používajúci nenormové postupy na overovania týchto vlastností, často s rozpornými výsledkami a často svojimi výrokmi poškodzujúcimi výrobcov okien a dverí.

Literatúra

  1. Panáček, P. –Puškár, A. –Szabó, D.: Izolačné sklené systémy v kritických podmienkach. In: DŘEVĚNÁ OKNA, DVEŘE, SCHODY 2009, navrhování, výroba, zkoušení, použití, Zborník Odborný seminář, 05. a 06.03.2008, Hranice ČR, Střední odborná škola průmyslová a Střední odborné učiliště strojírenské v Hranicích, ISBN 978-80-86787-36-7, s. 36 – 45
  2. Panáček, P. – Polášek, M. Diagnostika zabudovaných oken. In: DŘEVĚNÁ OKNA, DVEŘE, SCHODY 2010, Sborník přednášek odborného semináře, 11. a 12.03.2010, Hranice ČR, Střední odborná škola průmyslová a Střední odborné učiliště strojírenské v Hranicích, 3 s.

Spoluautor:  Ing. Marek Ajdarow, WOODEXPERT, s.r.o., Zlín

Vplyv druhu dreviny na tepelnoizolačné vlastnosti okien

 

 

1. Úvod

Tepelnoizolačné vlastnosti okien sú zisťované meraním alebo výpočtom podľa európskych noriem. Meranie sa vykonáva na referenčných rozmeroch okien v klima – komore, pričom sú simulované rôzne tepelné podmienky na vonkajšej a vnútornej strane okna. Výpočtom sa stanovuje súčiniteľ prechodu tepla okna ako vážený priemer podielu rámovej časti a presklenej časti so zohľadnením stratových súčiniteľov ovplyvnených okrajom zasklenia. Pri výpočte súčiniteľa prechodu tepla sa používajú tabuľkové alebo výpočtové hodnoty materiálových charakteristík. Tabuľkové hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti dreva významne ovplyvňujú vypočítané hodnoty celej konštrukcie. Tieto hodnoty sú v európskych normách stanovené obecne pre danú drevinu nezávisle od miesta rastu. Aplikovaním tabuľkových hodnôt súčiniteľa tepelnej vodivosti dreva sa získavajú rôzne (nevýhodnejšie) výsledky súčiniteľa prechodu tepla oproti výsledkom nameraných v klima – komore. Pritom je možné očakávať, že pri známom vplyve podmienok na viaceré vlastnosti dreva budú namerané hodnoty ovplyvnené aj geografickými  podmienkami rastu dreviny, z ktorej boli výrobky vyrobené.

Na odstránenie tohto handicapu dreva oproti iným materiálovým bázam, najmä PVC, z ktorých sú okná vyrábané, je nutné poznať hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti dreva rastúceho na území Česka a Slovenska, s cieľom možnosti úpravy vypočítaných alebo nameraných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla okien. V tomto príspevku na príklade dreviny smrek resp. jedle, ktoré sú najviac zastúpené vo výrobe okien v SR a ČR, je dokumentovaný spôsob riešenia tohto problému, ktorý ešte čaká na svoju realizáciu.

2. Stav a predpoklady

Na rozdiely medzi výpočtovou a nameranou hodnotou súčiniteľa prechodu tepla okna poukazuje aj SPECHT [2005]. Ním zistené výsledky u plastových profilov sú v neprospech vypočítaných hodnôt. Iste, ak takéto rozdiely sú zisťované u plastového profilu, ktorý je kvázi homogénny materiál, nie sú prekvapujúce podobné výsledky u dreva, anizotrópneho materiálu.

Tepelnoizolačné vlastnosti dreva nie sú bežne zisťovanou vlastnosťou, nachádzajúcou sa v odbornej literatúre. Známe sú staršie a niektoré novšie práce skúmajúce závislosť medzi hustotou dreva a súčiniteľom tepelnej vodivosti [KOLLMANN 1982], [ZI-TAO a kol. 2011]. Hustota dreva je základnou charakteristikou zisťovanou pri skúmaní ktorýchkoľvek vlastností dreva alebo účinkov technologických podmienok na tieto vlastnosti. Z toho dôvodu sme sa pri riešení tohoto problému zamerali najmä na doposiaľ zistené hodnoty hustoty dreviny smrek pochádzajúceho z územia terajšej SR. Najrozsiahlejším doteraz vykonaným výskumom bol výskum vykonaný koncom päťdesiatych rokov a v šesťdesiatych rokoch minulého storočia [JANOTA. a ŠKRIPEŇ 1960].

Na základe vyhodnotenia výsledkov aj tohto výskumu bolo pristúpené Štátnym drevárskym výskumným ústavom Bratislava v rokoch 1962 až 1965  k výskumu vlastností bezchybného dreva smreka, jedle a borovice, pričom sa už nesledovali vlastnosti dreva podľa lokalít. Na 73 piliarskych závodoch (v celej bývalej ČSSR) bolo odobratých 6 712 ks vzoriek reziva podľa zásad náhodného výberu. Po klimatizácii materiálu boli zo vzoriek vyrobené skúšobné telesá prierezu 2×2 cm na skúšky pevnosti a modulu pružnosti v ohybe, pevnosti v tlaku rovnobežne s vláknami a na stanovenie hustoty a vlhkosti [TOKOŠOVÁ 1983]. Zistené základné štatistické charakteristiky drevín smrek a jedľa sú v tabuľkách 1 a 2 [LEHOTSKÝ a kol. 1978] a rozloženie hustoty na obr. 4 [KOŽELOUH 1974].

Tabuľka 1 – Hustota a mechanické vlastnosti smrekového dreva [KOŽELOUH 1974]

Vlastnosť Smrek
Slovensko Čechy a Morava
priemerná hodnota variačný koeficient [%] priemerná hodnota variačný koeficient [%]
Hustota γ12

(kg/m3)

412 14,1 459 14,3
Pevnosť v ohybe [MPa] 71,5 16,2 81,0 15,2
Modul pružnosti v ohybe [MPa] 9550 17,0 10730 17,4
Pevnosť v tlaku v smere vlákien [MPa] 40,7 14,7 45,6 14,9
Pevnosť v šmyku [MPa] 8,1 15,3 8,6 15,8

Tabuľka 2 – Hustota a mechanické vlastnosti jedľového dreva [KOŽELOUH 1974]

Vlastnosť Jedľa
Slovensko Čechy a Morava
priemerná hodnota variačný koeficient [%] priemerná hodnota variačný koeficient [%]
Hustota γ12

(kg/m3)

407 13,0 443 15,0
Pevnosť v ohybe [MPa] 68,1 16,7 76,7 17,0
Modul pružnosti v ohybe [MPa] 8780 15,5 10000 16,8
Pevnosť v tlaku v smere vlákien [MPa] 38,5 13,7 43,2 14,5
Pevnosť v šmyku [MPa] 8,1 17,4 8,2 19,4

Výsledky rozsiahleho, vecne a ekonomicky zdôvodneného výskumu fyzikálno-mechanických vlastností dreva najdôležitejších ihličnatých drevín (smrek, jedľa, borovica), získané v Štátnom drevárskom výskumnom ústave, sa stali v bývalom Československu všeobecne platné a boli podkladom pre výpočtové namáhania dreva v norme pre navrhovanie drevených stavebných konštrukcií (ČSN/STN 73 1701). Norma bola platná do prijatia Eurokódov v roku 2010. V skutočnosti bol týmto výskumom preskúmaný celý základný súbor ihličnatého dreva v ČR a SR (smrek, jedľa, borovica) [TOKOŠOVÁ 1983].  Parametre základného súboru pre skúmané dreviny smrek a jedľa boli využité aj našej práci pri stanovení súčiniteľa tepelnej vodivosti smrekového a jedľového dreva rastúceho na území SR.

Tepelná vodivosť je materiálovou konštantou, ktorá udáva množstvo tepla, prechádzajúce jednotkou plochy a hrúbky materiálu za jednotku času pri jednotkovom tepelnom spáde. Z doterajších experimentálnych výsledkov je známe, že súčiniteľ tepelnej vodivosti  tuhých látok klesá s hustotou. Medzi tepelnou vodivosťou v smere vlákien dreva a v smere kolmo na vlákna je skoro dvojnásobný rozdiel. Na tepelnú vodivosť dreva vplýva aj jeho vlhkosť. S vlhkosťou dreva sa jeho tepelná vodivosť zväčšuje [TRÁVNIK 1952]. Súčiniteľ tepelnej vodivosti je najdôležitejšou hodnotou na posúdenie tepených vlastností daného materiálu. Kollmann [1982] uvádza pre závislosť súčiniteľa tepelnej vodivosti kolmo na vlákna dreva od hustoty rovnicu:

λ = 0,168.ru +0,022                                                            (1)

kde λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti v [kcal/mh°]
ru hustota dreva v [g/cm3]

v jednotkách SI má rovnica (1) tvar:

λ = 0,144.10-3.ρ +0,019                                                     (2)

kde λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti v [W.m-1.K-1]
ρ hustota dreva v [kg.m-3]

Tabuľka 3 – Vplyv smeru vlákien dreva na súčiniteľ tepelnej vodivosti podľa Griffitha a Kaye [Kollmann 1982]

Druh dreva Hustota

[g/cm3]

Obsah vlhkosti

[%]

Priemerný súčiniteľ tepelnej vodivosti pri teplote 20 º C

[kcal/mh°]

namerané vypočítané
jaseň 0,74 15 0,2628 0,1512 0,1404 1,87 0,146
smrek 0,41 16 0,1908 0,1044 0,0900 2,12 0,097
mahagón 0,70 15 0,2664 0,1440 0,1332 2,00 0,139
vlašský orech 0,65 12 0,2844 0,1260 0,1188 2,39 0,122

Pre smrek hustoty 410 kg.m-3 podľa Kollmanna [1982] s abs. vlhkosťou dreva 15%, po prepočte podľa rovnice (2), vychádza súčiniteľ tepelnej vodivosti λ = 0,078 [W.m-1.K-1].

Z novších výsledkov, Mrlík [1985] uvádza priemerné hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti v tabuľke 4.

Tabuľka 4 – Súčiniteľ tepelnej vodivosti dreva, priemerné hodnoty [Mrlík 1985]

Vlhkosť

um

[%]

Súčiniteľ tepelnej vodivosti λ  [W.m-1.K-1]
buk dub smrek
0 0,140 0,123 0,080
5 0,150 0,133 0,087
10 0,159 0,144 0,094
15 0,169 0,154 0,101
20 0,180 0,165 0,108
25 0,189 0,175 0,115
30 0,200 0,186 0,122

Porovnaním výsledkov podľa Kollmanna [1982]  a Mrlíka [1985] je zrejmý významný rozdiel v hodnotách súčiniteľa tepelenej vodivosti smrekového dreva.  Ide s veľkou pravdepodobnosťou o systémovú odchýlku zapríčinenú metódou merania alebo zariadením na meranie. Na porovnanie, výpočtová hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti podľa STN EN ISO 10077-2: 2004 (Tepelnotechnické vlastnosti okien, dverí a okeníc. Výpočet súčiniteľa prechodu tepla. Časť 2: Numerická metóda pre rámy), podľa ktorej sa počíta v súčasnosti súčiniteľ prechodu tepla drevených profilov okien (mäkké drevo) je λ = 0,13 [W.m-1.K-1].

3. Postup prác a výsledky

Platnosť vzťahu medzi hustotou dreva a súčiniteľom tepelnej vodivosti [KOLLMANN 1982] bola overená na vzorke získanej z bežnej výroby okien od výrobcu používajúceho lepené hranoly vyrobené z dreviny SM/JD vyťaženej z lesov SR oblasť Oravy.

Merania boli realizované na vzorkách dreviny smrek rozmeru ( 500 x 500) mm, metódou chránenej teplej dosky podľa STN EN 12 667, kde tepelný tok bol rovnobežný s prevažne tangenciálnym priebehom drevných vlákien vzorky. Abs. vlhkosť dreva vzoriek bola 10%.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti v podmienkach ustáleného teplotného stavu je daný vzťahom :

qd  .  dm
λ =  –––––––––––    ( W/m.K )                                            (3)
Thd  –  Tcd

kde  qd – výpočtová hodnota hustoty tepelného toku
dm – priemerná hodnota hrúbky skúšobnej vzorky
Thd – povrchová teplota vzťažnej teplej plochy skúšobnej vzorky
Tcd – povrchová teplota vzťažnej chladnej plochy skúšobnej vzorky

Merania súčiniteľa tepelnej vodivosti na náhodne vybratých vzorkách vykonalo akreditované laboratórium Applied Precision s.r.o. Bratislava. Namerané hodnoty  sú uvedené v tabuľke 5. Súčasne sú v tabuľke uvedené tieto hodnoty vypočítané podľa rovníc (2 a 3).

Tabuľka 5 – Výsledky merania súčiniteľa tepelnej vodivosti na vzorkách smrekového dreva a porovnanie s vypočítanou hodnotou podľa rovníc (2)

Rastová oblasť Hustota dreva

ρ

[kg.m-3]

Hrúbka

dm

[m]

Rozdiel teplôt

Tm

[° C]

Tepelný odpor

R

[m2.K/W]

λ

nameraný

[W.m-1.K-1]

λ

vypočítaný podľa (2)

[W.m-1.K-1]

λ

podľa

[Mrlík 1985]

[W.m-1.K-1]

SR, Orava 418 0,070 10,44 0,7611 0,0923 0,079 0,094
SR, Rajecké Teplice 433 0,047 10,66 0,5097 0,0925 0,081
SR, Makov 440 0,045 20,29 0,4921 0,0912 0,082

Vypočítaná regresná rovnica z výsledkov merania v tabuľke 5  má tvar:

λ = ρ.10-5 +0,0877                                                             (4)

kde λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti v [W.m-1.K-1]
ρ hustota dreva v [kg.m-3]

Vypočítaná priemerná hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti pre drevinu smrek zo Slovenska (SR) na základe predchádzajúceho výskumu  [KOŽELOUH 1974] je λ = 0,092 [W.m-1.K-1].  Vypočítané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla drevených okenných profilov reálnej konštrukcie a tvaru (Uf) metódou konečných prvkov programom AREA 2010 s použitím λSM_SR sú v tabuľke 6. Na porovnanie sú v tabuľke 7 uvedené hodnoty Uf vypočítané s použitím tabuľkovej hodnoty (STN EN ISO 10077-2:2004) súčiniteľa tepelnej vodivosti pre mäkké drevo λ = 0,13 [W.m-1.K-1].

Tabuľka 6 – Výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla (Uf) metódou konečných prvkov pre drevené profily okien s použitím súčiniteľa tepelnej vodivosti pre smrek λSM_SR = 0,092 [W.m-1.K-1]

profil IV 68 IV 72 IV78 IV 82 IV 88 IV88

AIROTHERM

Ufostenie 1,1 1,0 0,97 0,92 0,88 0,85
Ufprapet 1,2 **) 1,1 1,1 1,0 0,92 0,88
Uf priem*) 1,1 1,05 1,0 0,94 0,89 0,85

Poznámka: Číslo za označením IV  znamená hrúbku profilu v mm, pozri aj STN 74 6101-1.
*) okno (1,23×1,48) m
**) termoodkvapnica

Tabuľka 7 – Výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla (Uf) metódou konečných prvkov pre drevené profily okien s použitím súčiniteľa tepelenej vodivosti pre mäkké drevo λ = 0,13 [W.m-1.K-1]

profil IV 68 IV 72 IV78 IV 82 IV 88 IV88

AIROTHERM

Ufostenie 1,4 1,3 1,2 1,2 1,1 1,0
Ufprapet 1,5 **) 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1
Uf priem*) 1,4 1,3 1,3 1,2 1,1 1,1

*) okno (1,23×1,48) m
**) termoodkvapnica

Porovnanie nameraných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla celého okna v klima – komore metódou podľa STN EN ISO 12567-1 s vypočítanými podľa STN EN ISO 10077-1 je uvedené v tabuľke 8.

Tabuľka 8 – Porovnanie nameraných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla okna Uw v klima – komore podľa STN EN ISO 12567-1 s vypočítanými podľa STN EN ISO 10077-1.

údaje v [W.m-2.K-1]

profil IV 68 IV78 IV 88 IV88

AIROTHERM

Uw namerané

 

1,3 1) 0,78 2) 0,91 3) 0,79 4)
Uw vypočítané s λ = 0,13

[W.m-1.K-1]

1,4 1,0 1,0 0,87
Uw vypočítané s λSM_SR = 0,092 [W.m-1.K-1] 1,3 0,86 0,83 0,80

1) AL-HAJJAR [2009] Drevené okno IV 68, IS:Planitherm Ultra-16 nerez,Ar.-F4 Ug=1,1 [W.m-2.K-1]
2) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 78, IS: Nitterm Plus 4-12-4-12 nerez,Ar.-F4, Ug=0,5 [W.m-2.K-1]
3) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 88, IS:  4-14-4-14 nerez,Ar.-F4, Ug=0,6 [W.m-2.K-1]
4) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 88AIR, IS:  4-14-4-14 Swisspacer,Ar.-F4, Ug=0,6 [W.m-2.K-1]

4. Záver

Z výsledkov merania súčiniteľa tepelnej vodivosti uvedených v tabuľke 5 vyplýva, že nami namerané hodnoty sú bližšie hodnotám, ktoré uvádza [Mrlík 1985]. Rozdiely oproti Kollmanovi [1982] môžu byť spôsobené výberom dreva a metodikou merania. Naše merania boli vykonané na vzorkách získaných priamo od výrobcu drevených okien. Vypočítaná regresná rovnica z výsledkov merania je dobre použiteľná aj na stanovenie súčiniteľa tepelnej vodivosti pre územie Českej republiky. Namerané hodnoty sme aplikovali priamo  do výpočtu súčiniteľa prechodu tepla (Uf) metódou konečných prvkov pre drevené profily okien tabuľka 6 a 7.  Takto vypočítané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla drevených profilov boli ďalej aplikované do  výpočtu celého okna podľa STN EN ISO 10077-1. Výsledky boli porovnané z nameranými hodnotami v klima-komore získanými skúšaním podľa STN EN ISO 12567-1  [AL-HAJJAR 2009], [PUŠKÁR  2011]. Porovnanie je uvedené v tabuľke 8. Namerané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla drevených okien sú zhodné alebo veľmi blízke vypočítaným, za použitia nami zisteného súčiniteľa tepelnej vodivosti smrekového dreva meraním.

Pri hodnotení okien z dreva sú zisťované rozdiely medzi súčiniteľom prechodu tepla zisteným normovanými metódami meraním a výpočtom. Vykonaným výskumom bola potvrdená hypotéza, že normovaný súčiniteľ tepelnej vodivosti používaný vo výpočte znevýhodňuje výrobky a výrobcov drevených okien v porovnaní s výrobcami okien ostatných materiálových báz v súťaži na trhu. Uvedený výskum je len na počiatku. Na získanie preukazných výsledkov, ktorými by mohla byť doplnená STN (ČSN) EN ISO 10077-2 na výpočet súčiniteľov prechodu tepla drevených profilov je nutné vykonať rozsiahly výskum dreva z väčšiny domácich drevín používaných na okenné konštrukcie z rôznych rastových oblastí ČR a SR. Na realizáciu uvedeného je potrebné založiť výskumnú úlohu s účasťou každej zo zainteresovaných republík a výrobných podnikov – používateľov výsledkov výskumu.

Realizácia navrhovaného výskumu môže viesť k zvýšeniu konkurencieschopnosti drevených okien a v neposlednom rade aj rozvoju ich výroby spojenej so zvýšením zamestnanosti v drevárskom odbore v oboch republikách.

Literatúra

  1. SPECHT, K.: What is „correct“ U-value, International Rosenheimer Window & Facade Conference, 2005, s. 111
  2. KOLLMANN, F. Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 2. Aufl., 1. Band, 1982 s. 507 – 510
  3. JANOTA, I. – ŠKRIPEŇ, J.: Vlastnosti jedle a smreka niektorých oblastí na Slovensku, DREVÁRSKY VÝSKUM, Zborník prác z odboru výskumu dreva, Ročník 5, číslo 1, 1960
  4. TOKOŠOVÁ, M.: nepublikované materiály, 1983
  5. LEHOTSKÝ, P. a kol.: Ročenka 1978 pre drevársky, celulózársky a papiernický priemysel, ALFA Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, Bratislava, Praha 1978, s.59 až 61
  6. KOŽELOUH, B.: Parametry objemové hmotnosti dřeva, DREVO československý odborný drevársky časopis, ALFA, 1974, s. 356
  7. TRÁVNÍK, A. a kol.: Technológia dreva, Drevársky výskumný ústav v Bratislave, 1. zväzok, 1952, s.240
  8. MRLÍK, F.: Vlhkostné problémy stavebných materiálov a konštrukcií, Alfa Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry Bratislava, 1985, s.178
  9. AL-HAJJAR, N.: Tepelné hodnoty otvorových výplní – prehľad noriem a posúdenie výsledkov, In: Zborník prednášok odborného seminára Drevené okná, dvere, schody, Hranice 2009, s. 76 – 79
  10. PUŠKÁR, A. Súčasný stav  okenných konštrukcií a predpoklady  vývoja, OKNOviny, 2, 2011, s. 6
  11. ZI-TAO, Y. a kol.: Experimental Measurements of Thermal Conductivity of Wood Species in China: Effects of Density, Temperature, and Moisture Content, Forest Prod. J. 61(2):130–135.

Spoluautori: prof. Ing. Anton Puškár, PhD.  a Ing. Marek Polášek, PhD.

Zistenie Ug in-situ

Zistenie Ug in-situ

Izolačné sklá sú v dnešnej dobe neodmysliteľnou súčasťou modernej výstavby. Skladajú sa z dvoch alebo troch tabúľ skla v hrúbkach a druhoch zodpovedajúcich funkčným, mechanickým a estetickým nárokom. Vzdialenosť medzi tabuľami skla, vymedzuje rôzne široký dištančný profil naplnený vysúšacím prostriedkom – molekulovým sitom, ktorý odstraňuje vlhkosť a vyrovnáva tlak v dutine medzi sklami. Obvodové spojenie tabúľ skla a dištančného profilu je zabezpečené adhéznym, trvale plastickým tmelom, vonkajší okraj izolačného skla je po celom obvode utesnený trvale pružným tmelom, ktorý zabraňuje prenikaniu vlhkosti do dutiny. S cieľom zvýšiť tepelnoizolačné vlastnosti sa dutina medzi sklami vypĺňa inertným plynom (napr. argónom, kryptónom). V posledných rokoch došlo k najvýznamnejším zmenám najmä v použití materiálu na dištančný profil. Pôvodné hliníkové rámčeky, už neodporúča STN 73 0540-2: 2012, nahrádzajú ich oceľové, nerezové alebo najnovšie plastové tepelotechnicky zlepšené dištančné rámiky. Tepelnoizolačné vlastnosti izolačného skla sú spochybňované najčastejšie vplyvom zlyhania ľudského (niekedy aj technického) faktora pri ich výrobe, spojeného najčastejšie s únikom inertného plynu. Cieľom príspevku je informovať projektantov a investorov o výsledkoch výskumu zisťovania tepelnoizolačných vlastností izolačného skla po dodaní na stavbu alebo zabudovaní do stavby. Teda overovanie zabudovaných izolačných jednotiek meraním in situ.

Najznámejšou charakteristickou vlastnosťou izolačných skiel je súčiniteľ  prechodu tepla (Ug). Hodnota súčiniteľa prechodu tepla udáva tepelný tok (t.j. tepelná strata v zimnom období), ktorý sa šíri  jedným m2 dielca pri teplotnom rozdiele vzduchu medzi interiérom a exteriérom 1 Kelvin (K). Mernou jednotkou je W/(m2K). Čím je táto hodnota nižšia, tým je lepšia tepelná izolácia izolačného skla. Aj keď nie je jedinou charakteristickou vlastnosťou izolačného skla, je iste najdiskutovanejšou, ale aj najviac investormi a užívateľmi okien spochybňovanou. Prejavy, ako zvýšená kondenzácia vodnej pary na povrchu skla je často užívateľmi pripisovaná nedostatočnej koncentrácii alebo absencii plynu v medzisklenom priestore. Prispieva k tomu skutočnosť, že sú len veľmi obmedzené možnosti jej priameho merania na reálnom rozmere okna alebo zasklenej steny, či už v laboratóriu alebo na stavbe.

Súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla je možné zistiť výpočtom podľa EN 673 [7] alebo meraním podľa STN EN 674 [8] prípadne STN EN 675 [9]. Ide o meranie vzorky – prototypu daného notifikovanej osobe na počiatočnú skúšku a nie každého jedného dodaného kusa izolačného skla. Harmonizovaná EN 1279-5+A1 ukladá vyjadrovať Ug výpočtom t.j. podľa EN 673. EN 674 alebo EN 675 sa môže použiť len vtedy, ak nie je možné Ug stanoviť výpočtom. Ani jeden z týchto spôsobov nie je použiteľný na konkrétnom výrobku. Výpočet,  pokiaľ nevieme aká koncentrácia inertného plynu je v medzisklenom priestore a meranie podľa EN 674 alebo EN 675 z dôvodu obmedzeného rozmeru vzorky (750×750) mm vkladaného do skúšobného zariadenia. Pomocou programu Window 6.3 [1] alebo podklady niektorých výrobcov [6] udávajú, aký súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla (Ug) je možné očakávať pri rôznych koncentráciách plynu. K podobným výsledkom je možné dospieť s voľne dostupným programom Calumen. Problémom zostáva zistenie koncentrácie plynu v medzisklenom priestore pri už zabudovanom okne. Nie bežne dostupné je meradlo koncentrácie plynu. Vlastníme meradlo SPARKLIKE v2, ktorým je možné merať koncentráciu plynu nedeštruktívnou metódou (obr.1). Problémom je meranie koncentrácie plynu v trojsklách alebo farbených izolačných sklách,pre ktoré nie je toto meradlo vhodné. Tu je k dispozícii iba deštrukčná metóda, pri ktorej sa vyberie izolačné sklo z rámu krídla okna, navŕta sa otvor priemeru cca 3 mm a odoberie (odsaje) sa vzorka plynu na analýzu.

Nakoľko súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla je závislý okrem koncentrácie plynu aj od šírky medzisklenej medzery, podmienkou pre úspešné zistenie Ug je schopnosť zmerať šírku tejto medzery. K dispozícii je laserové meradlo na obr.4

 22 23
Obr. 1 – prístroj na určenie % -ta obsahu argónu v medzisklenom priestore Obr. 2 – aplikácia prístroja na určenie % -ta obsahu argónu v medzisklenom priestore

 

 24  25
Obr. 3 – zistenie existencie nízkoemisného povlaku ID Obr. 4 –meranie hrúbky skla a medziskleného priestoru ID

Na zistenie súčiniteľa prechodu tepla nepriehľadných konštrukcií v nestacionárnych podmienkach sa niekedy používa meradlo tepelného toku. Ponúka sa možnosť použiť ho aj na meranie súčiniteľa prechodu tepla izolačných skiel a to najmä v prípadoch ak použitie prv opísaných meradiel nie je možné (napr. farebné sklo, trojsklo, izolačné sklo vo fasáde, kde nie je možné vyňať sklo z rámu a pod.).

POUŽITÁ METÓDA A VÝSLEDKY

Na náš pokus bolo použité meradlo tepelného toku obchodného označenia HUKSEFLUX s výstupom v milivoltoch, ktoré boli datalogerom LI-19 transformované na W/m2 (obr. 5).  Z tohto výstupu a merania povrchových teplôt bol vypočítaný súčiniteľ prechodu tepla podľa vzťahu:

26    /1/

kde Ug je   súčiniteľ prechodu tepla izolačného skla vo W/(m2.K)

28       vnútorná a vonkajšia povrchová teplota v K

q                tepelný tok v W/m2

0,17           konštanta (zahŕňa štandardné odpory pri prestupe tepla v m2.K/W)

27

Obr.5: usporiadanie skúšky Ug (meradlo tepelného toku)

Ako skúšobné vzorky boli použité zabudované izolačné dvojsklá deklarovanej skladby (4-16-4) mm, kde rozmer 16 mm má medzisklená medzera a rozmer 4 mm hrúbka tabule skla. Izolačné sklá boli zabudované v rámoch okien z PVC-U. Pri každej vzorke bola zmeraná koncentrácia plynu meradlom podľa obr. 1 a 2. Hrúbka medzisklenej medzery a tabule skla sa overila meradlom podľa obr. 4 v strede viditeľnej šírky izolačného skla. Na snímanie povrchových teplôt boli použité snímače fy. AREXX. Pri spracovaní výsledkov merania boli zohľadnené neistoty merania získané z kalibračných listov meradiel. Okná boli zvislé, otváravé štandardných rozmerov s viditeľnými rozmermi skla uvedenými v tabuľke 1.

Tabuľka 1 – Vysledky meraní Ug v závislosti od koncentrácie plynu v ID

vzorka viditeľný rozmer ID v cm (šírka x výška) nameraná koncentrácia Ar [%] deklarovaná skladba ID [mm] nameraná skladba ID [mm] vypočítané Ug podľa [6]

[ W/(m2.K)]

vypočítané Ug programom CALUMEN II.

[ W/(m2.K)]

namerané Ug meradlom tepelného toku

[W/(m2.K)]

1 43 x 118 95 4-16-4 4-16-4 nevyp. < 1,1 1,05
2 61×187 86 4-16-4 4-15-4 1,172 ≥ 1,1 1,05
3 72×120 86 4-16-4 4-15-4 1,172 ≥ 1,1 1,05
4 98×115 80 4-16-4 4-15-4 1,189 neobsahuje 1,13
5 72×120 77 4-16-4 4-15-4 1,198 neobsahuje 1,15
6 53×122 < 40 4-16-4 4-15-4 nevyp. ≤ 1,4 1,35

DISKUSIA A ZÁVER

Najčastejšie spochybňovanou charakteristikou izolačných skiel je hodnota súčiniteľa prechodu tepla. Na reálne zabudovaných izolačných sklách v oknách boli vykonané merania uvedené v tabuľke 1. Z meraní vyplynula veľmi dobrá zhoda nameraného Ug s koncentráciou argónu. Pre meraný typ izolačného skla je podľa STN EN 673 výpočítaná hodnota 1,1 W/(m2.K). Táto vypočítaná hodnota platí, pokiaľ koncentrácia argónu v izolačnom skle je minimálne 90 ± 5%. Nami namerané hodnoty (vzorka 1 až 3) sú v tomto rozpätí. Takúto hodnotu (zaokrúhlene) je možné dokonca prijať ešte pri koncentrácii plynu 80% (vzorka č. 4). Pri znižovaní koncentrácie plynu je výrazný pokles súčiniteľa prechodu tepla (vzorka č. 5 a 6). Nakoľko meradlo koncentrácie plynu má spoľahlivé výsledky len od koncentrácie plynu 40%, bola do výpočtu podľa EN 673 v programe Calumen II. vložená hodnota pre vzduch (vzorka č.6). Meranie meradlom tepelného toku túto skutočnosť potvrdilo, v izolačnom skle sa nachádza zanedbateľné množstvo argónu. Pritom izolačné sklo bolo montované s deklarovanou hodnotou Ug=1,1 W/(m2.K). Dnes sa už nedozvieme či takto nízka hodnota koncentrácie plynu bola už pri zabudovaní alebo plyn „vyprchal“ počas cca desiatich rokov používania. Na všetkých vzorkách (2 až 5) boli meraním dosiahnuté lepšie hodnoty Ug ako výpočtom napr. podľa Window 6.3 [1]. Takéto výsledky nie sú pri meraní súčiniteľa prechodu tepla častí okien (rámy, sklá) nezvyčajné [4], [5].

Realizovanými overovac9mi meraniami bola preukázaná vhodnosť metódy merania súčiniteľa prechodu tepla izolačných skiel meradlom tepelného toku na reálnych okenných konštrukciách v zabudovanom stave. Teda odporúčanie na použitie meradla tepelného toku na zabudovanom okne rieši problémy, ak sa pochybuje o deklarovaných hodnotách súčiniteľa prechodu tepla zasklenia a je potreba preukázať namerané hodnoty na stavbe.

LITERATÚRA

  1. Window 6.3 Computer Program for Calculating Thermal Performance of Windows. Lawrence Berkeley Laboratory, 2012
  2. Chmúrny, I.: Tepelná ochrana budov, Jaga group, Bratislava, 2003
  3. Puškár, A. a kol.: Okná, zasklené steny, dvere, brány, Vydavateľstvo JAGA GROUP, s.r.o. Bratislava, ISBN 978-80-8076-062-5, 2008
  4. Panáček, P. – Puškár, A.:Vplyv druhu dreviny na tepelnoizolačné vlastnosti okien. In: DŘEVĚNÁ OKNA, DVEŘE, SCHODY 2012, Sborník přednášek odborného semináře, a 3.02.2012, Brno ČR, Mendelova univerzita v Brne, ISBN 978-80-7375-599-7, 6 s.
  5. Puškár, A. – Panáček, P. – Szabó, D.: Energeticky úsporné drevené okná a kritická povrchová teplota, In: Zborník Odborný seminář „Dřevěná okna, dveře, schody“, Hranice, 2009
  6. Pilkington: Das Glas-Habdbuch, Flachglas AG, 1995
  7. STN EN 673 Sklo v stavebníctve. Určovanie súčiniteľa prechodu tepla (U hodnota). Výpočtová metóda
  8. STN EN 674 Sklo v stavebníctve. Určovanie súčiniteľa prechodu tepla (U hodnota). Metóda chránenej teplej platne.
  9. STN EN 675 Sklo v stavebníctve. Určovanie súčiniteľa prechodu tepla (U hodnota). Metóda meradla tepelného toku

Spoluautori: prof Ing. Ivan Chmúrny, PhD. a prof. Ing. Anton Puškár PhD.