Archív pre kategóriu: Vlastnosti

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.

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).

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 φ_i = 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.

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%).

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 R_w a porovnať jeho hodnotu s deklarovaným, uvedeným vo vyhlásení výrobcu. Hodnotu R_w 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.

obr. 5 – Nedeštruktívne meranie % naplnenia izolačného dvojskla plynom

obr. 6 – Meranie hrúbky skla a medziskleného priestoru

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.

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.

obr. 9 – Skúška vodotesnosti pripájacej škáry okna

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).

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.

 

 

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.r_u +0,022                                                            (1)

kde λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti v [kcal/mh°]
r_u 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 :

q_{d  .}  d_m
λ =  –––––––––––    ( W/m.K )                                            (3)
T_hd  –  T_cd

kde  q_d – výpočtová hodnota hustoty tepelného toku
d_m – priemerná hodnota hrúbky skúšobnej vzorky
T_hd – povrchová teplota vzťažnej teplej plochy skúšobnej vzorky
T_cd – 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 (U_f) metódou konečných prvkov programom AREA 2010 s použitím λ_SM__SR sú v tabuľke 6. Na porovnanie sú v tabuľke 7 uvedené hodnoty U_f vypočítané s použitím tabuľkovej hodnoty (STN EN ISO 10077-2:2004) súčiniteľa tepelnej vodivosti pre mäkké drevo λ_EÚ = 0,13 [W.m^-1.K^-1].

Tabuľka 6 – Výsledky výpočtu súčiniteľa prechodu tepla (U_f) metódou konečných prvkov pre drevené profily okien s použitím súčiniteľa tepelnej vodivosti pre smrek λ_{SM_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 (U_f) metódou konečných prvkov pre drevené profily okien s použitím súčiniteľa tepelenej vodivosti pre mäkké drevo λ_EÚ = 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 U_w 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 λEÚ = 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 U_g=1,1 [W.m^-2.K^-1]
²) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 78, IS: Nitterm Plus 4-12-4-12 nerez,Ar.-F4, U_g=0,5 [W.m^-2.K^-1]
³) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 88, IS:  4-14-4-14 nerez,Ar.-F4, U_g=0,6 [W.m^-2.K^-1]
⁴) PUŠKÁR  [2011] Drevené okno IV 88_AIR, IS:  4-14-4-14 Swisspacer,Ar.-F4, U_g=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 (U_f) 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.