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 (U_g). 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 U_g 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 (U_g) 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 U_g je schopnosť zmerať šírku tejto medzery. K dispozícii je laserové meradlo na obr.4


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


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:

/1/

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

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)

Obr.5: usporiadanie skúšky U_g (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 U_g podľa [6] [ W/(m².K)]	vypočítané U_g 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 U_g 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 U_g=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 U_g 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

Window 6.3 Computer Program for Calculating Thermal Performance of Windows. Lawrence Berkeley Laboratory, 2012
Chmúrny, I.: Tepelná ochrana budov, Jaga group, Bratislava, 2003
Puškár, A. a kol.: Okná, zasklené steny, dvere, brány, Vydavateľstvo JAGA GROUP, s.r.o. Bratislava, ISBN 978-80-8076-062-5, 2008
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.
Puškár, A. – Panáček, P. – Szabó, D.: Energeticky úsporné drevené okná a kritická povrchová teplota, In: Zborník Odborný seminář „Dřevěná okna, dveře, schody“, Hranice, 2009
Pilkington: Das Glas-Habdbuch, Flachglas AG, 1995
STN EN 673 Sklo v stavebníctve. Určovanie súčiniteľa prechodu tepla (U hodnota). Výpočtová metóda
STN EN 674 Sklo v stavebníctve. Určovanie súčiniteľa prechodu tepla (U hodnota). Metóda chránenej teplej platne.
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.

20. augusta 2016/Od Pavol Panáček