Distanční rámečky transparentních prvků a jejich vzájemná interakce se součinitelem prostupu okna Uw
V posledních letech je stále diskutovaná otázka, jak výrazně je ovlivněn součinitel prostupu tepla transparentního prvku ve vztahu k použitému typu zasklívacího rámečku (profilu). Na trhu jsou k dispozici v zásadě dva typy plastových rámečků a rámečky nerezové (místo hliníkových) se spoustou protichůdných odborných názorů o jejich kvalitě a parametrech.
Úvod
Na kvalitu distančních rámečků z hlediska tepelně technického má vliv jejich konstrukce a tepelná vodivost materiálů,ze kterých je vyrobeny.Konstrukci samotného rámečku tvoří tuhá schránka naplněná molekulovým sítem sloužícím k vysušování meziskelního prostoru. Na tuto schránku jsou kladeny i požadavky tuhostní stability a nepropustnosti meziskelní výplně, které jsou mnohdy v rozporu s tepelně technickým hlediskem. Materiály s nízkou tepelnou vodivostí (např. termoplasty) nevykazují dostatečnou pevnost a tuhost, aby mohly být použity jako okraje větších transparentních ploch izolačních skel (IS).
V současné době je často diskutovaná otázka aplikace rámečků, zejména typu Warm Edge (WE) přinášející zlepšení tepelných vlastností izolačních skel a tím i celého transparentního prvku. Jsou v zásadě dvojího materiálového typu-nerezové a plastové. Diskuse, které jsou vhodnější je obtížná, neboť se vždy jedná o souhrn různých užitných vlastností, které můžeme posuzovat komplexně, nebo je porovnávat jednotlivě. Obecně lze konstatovat, že nerezový rámeček má vyšší tepelnou vodivost než plastový, ale na druhé straně je subtilnější. Potom tedy v globále se konečná hodnota součinitele prostupu tepla diametrálně neliší.
Další neméně důležitý ukazatel zejména z hygienického hlediska je faktor vnitřního povrchu fRsi, který ověřuje riziko vzniku povrchové kondenzace na skle a tím i následnou možnost vzniku plísní na rozhraní konstrukce okna a stěny-ostění a nadpraží. Vzhledem k nízkým povrchovým teplotám na vnitřním líci konstrukcí je toto nebezpečí často velmi aktuální.
Pro vyloučení tohoto rizika musí konstrukce na každém místě splňovat požadavek daný vztahem
potom
Θsi je vnitřní povrchová teplota konstrukce (°C)
Θai návrhová teplota vnitřního vzduchu (°C)
Θe návrhová teplota venkovního vzduchu (°C)
fRsi,N požadovaná teplota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu
fRsi,cr kritický teplotní faktor vnitřního povrchu (-)
ΔfRsi bezpečnostní přirážka teplotního faktoru (-)
Energetické hodnocení prvku
Pro hodnocení vlivu distančního rámečku na hodnotu součinitele prostupu tepla okna UW je třeba definovat lineární činitel prostupu tepla ψ ve smyslu ČSN EN ISO 10211-1,2 resp. ČSN EN ISO14683, ČSN EN ISO13370 s podmínkami ČSN 730540-4 pro vnější rozměry konstrukcí.
Pro vnější stěnu navazující na výplně otvorů je ve smyslu ČSN 730540-4 hodnota lineárního činitele prostupu tepla ψ = 0,10 W/(m.K).
Pro energetické hodnocení byly vybrány následující typy rámečků:
- Ocelový rámeček Ferrotech , výrobce Rolltech, Dánsko - tento rámeček se u nás používá především do skel s fólií Heat Mirror, a to především z důvodu velmi vysoké pevnosti a minimálního ohybu, což je důležité při výrobě skel s fólií Heat Mirror. V zahraničí jsou používány do normálních dvojskel.
- Nerezový rámeček Nirotech - výrobce Helima - tento rámeček má sílu stěny 0,2 mm
- Nerezový rámeček Chromatech , výrobce Rolltech - síla stěny rámečku je 0,18 mm
- Nerezový rámeček Chromatech Plus, výrobce Rolltech - síla stěny je 0,15 mm
- Rámeček Thermix německého výrobce Ensinger. Jedná se o plastový rámeček se sílou stěny 1,3 mm a s nerezovou výztuží uvnitř (0,1 mm tenký plíšek).
- Rámeček SWISSPASCER - výrobce Scanglas A/S, Dánsko - Rámeček používaný v koncernu Saint-Gobain. Rámečky obsahují skleněné vlákno a nelze je v rozích ohýbat. Rámeček má tloušťku stěny 1 mm.
Schéma typů distančních rámečků
Pro vzájemné porovnání jednotlivých typů rámečků byly použity čtyři typy okenních rámů s izolačním dvojsklem Ug = 1,1 - 1,2 W /(m2 K).
| Materiál rámečku | Typ rámečku | Lineární činitel prostupu tepla ψ - plastový rám Uf= 1,71 W/(m2K) |
Lineární činitel prostupu tepla ψ - dřevěný rám Uf= 1,67 W/(m2K)* |
Lineární činitel prostupu tepla ψ - dřevěný rám Uf= 1,53 W/(m2K)** |
Lineární činitel prostupu tepla ψ - dřevohliník Uf = 1,39 W/(m2K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ug =1,13 W/(m2K) | Ug =1,16 W/(m2K) | Ug =1,16 W/(m2K) | Ug =1,18 W/(m2K) | ||
| W/(mK) | W/(mK) | W/(mK) | W/(mK) | ||
| Hliník | Helima hliník | 0,0345 | 0,0670 | 0,0560 | 0,0645 |
| Ocel | Rolltech Ferrotech | 0,0330 | 0,0640 | 0,0540 | 0,0600 |
| Nerez | Helima Nirotech | ||||
| Rolltech Chromatech | 0,0275 | 0,0495 | 0,0422 | 0,0430 | |
| Rolltech Chromatech Plus | 0,0250 | 0,0450 | 0,0385 | 0,0390 | |
| Plast | Thermix s nerez výztuhou | 0,0215 | 0,0375 | 0,0320 | 0,0305 |
| Swissspacer s Al folií | 0,0210 | 0,0408 | 0,0345 | 0,0370 |
Tab.1 Lineární činitel prostupu tepla u různých typů rámů ψ (* hliníkové podložky, ** dřevěné podložky)
Hodnoty ψ jsou odečteny z grafů [2,3], obsahují tedy určitou chybu, nemající podstatný vliv na výsledek.
U nižších hodnot ψ dosažených u plastových oken se projevuje vliv nižšího součinitele prostupu tepla plastové zasklívací lišty, než u lišty u oken dřevěných a dřevohliníkových.
Na základě výše uvedených hodnot dosazením do níže uvedeného vztahu zjistíme součinitel prostupu tepla okna UW
UW - součinitel prostupu tepla okna (W/(m2K)
Ug - součinitel prostupu tepla skla (W/(m2K)
Uf - součinitel prostupu tepla rámu (W/(m2K)
ψ - lineární činitel prostupu tepla (W/(mK)
Ag, Af, - plochy skla a rámu (m2)
Lg - obvod skla Ag (m)
| Materiál rámečku | Typ rámečku | Součinitel prostupu tepla Uw pro plastový rám U = 1,71 W/(m2K) |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám U = 1,67 W/(m2K)* |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám U = 1,53 W/(m2K)** |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevohliník U = 1, 39 W/(m2K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ug =1,13 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,18 W/m2K |
||
| W/(m2K) | W/(m2K) | W/(m2K) | W/(m2K) | ||
| Hliník | Helima hliník | 1,4079 | 1,5091 | 1,4344 | 1,4291 |
| Ocel | Rolltech Ferrotech | 1,4036 | 1,5005 | 1,4287 | 1,4163 |
| Nerez | Rolltech Chromatech | 1,3879 | 1,4591 | 1,3950 | 1,3677 |
| Rolltech Chromatech Plus | 1,3808 | 1,4463 | 1,3844 | 1,3563 | |
| Plast | Thermix s nerez výztuhou | 1,3708 | 1,4249 | 1,3658 | 1,3321 |
| Swissspacer | 1,3694 | 1,4343 | 1,3729 | 1,3506 |
Tab.2. Srovnání oken 1200x1500 mm s různými typy rámečků ve vztahu k Uw (* hliníkové podložky, ** dřevěné podložky)
Z tabulky vyplývá, že největší rozdíly mezi jednotlivými rámečky jsou u dřevěných resp. dřevohliníkových oken (rozdíl mezi nejlepším rámečkem Thermix a nejhorším hliníkovým činí 0,0842 W/(m2K), tedy o 5,6%. Dále lze konstatovat, že rozdíl mezi hliníkovými a ocelovými rámečky jsou minimální. Ve vztahu k tloušťce a zejména jejich tepelné vodivosti λ.
| Materiál rámečku | Typ rámečku | Součinitel prostupu tepla Uw pro plastový rám Uf = 1,71 W/(m2K) |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,67 W/(m2K)* |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,53 W/(m2K)** |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevohliník Uf = 1, 39 W/(m2K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ug =1,13 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,18 W/m2K |
||
| % | % | % | % | ||
| Hliník | Helima hliník | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| Ocel | Rolltech Ferrotech | 0,3 | 0,6 | 0,4 | 0,9 |
| Nerez | Rolltech Chromatech | 1,4 | 3,3 | 2,7 | 4,3 |
| Rolltech Chromatech Plus | 1,9 | 4,2 | 3,5 | 5,1 | |
| Thermix s nerez výztuhou | 2,6 | 5,6 | 4,8 | 6,8 | |
| Plast | Swissspacer s Al folií | 2,7 | 5,0 | 4,3 | 5,5 |
Tab.3 Zlepšení UW různých oken v % oproti oknům s hliníkovým rámečkem Helima (* hliníkové podložky, ** dřevěné podložky)
| Materiál rámečku | Typ rámečku | Součinitel prostupu tepla Uw pro plastový rám Uf = 1,71 W/(m2K) |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,67 W/(m2K)* |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,53 W/(m2K)** |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevohliník Uf = 1, 39 W/(m2K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ug =1,13 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,18 W/m2K |
||
| Teplota °C | Teplota °C | Teplota °C | Teplota °C | ||
| Hliník | Helima hliník | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| Ocel | Rolltech Ferrotech | 0,3 | 0,6 | 0,4 | 0,9 |
| Nerez | Rolltech Chromatech | 1,4 | 3,3 | 2,7 | 4,3 |
| Rolltech Chromatech Plus | 1,9 | 4,2 | 3,5 | 5,1 | |
| Thermix s nerez výztuhou | 2,6 | 5,6 | 4,8 | 6,8 | |
| Plast | Swissspacer s Al folií | 2,7 | 5,0 | 4,3 | 5,5 |
Tab.4 Srovnání oken 1200x1500 mm s různými typy rámečků z hlediska povrchové teploty na spodním okraji tabule skla
(* hliníkové podložky, ** dřevěné podložky; údaje platí pro izolační dvojsklo 4 -16 -4)
| Materiál rámečku | Typ rámečku | Součinitel prostupu tepla Uw pro plastový rám Uf = 1,71 W/(m2K) |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,67 W/(m2K)* |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevěný rám Uf = 1,53 W/(m2K)** |
Součinitel prostupu tepla Uw pro dřevohliník Uf = 1, 39 W/(m2K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ug =1,13 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,16 W/m2K |
Ug =1,18 W/m2K |
||
| Teplota °C | Teplota °C | Teplota °C | Teplota °C | ||
| Hliník | Helima hliník | 9,2 | 8,3 | 9,4 | 9,7 |
| Ocel | Rolltech Ferrotech | 9,3 | 8,5 | 9,6 | 10,0 |
| Nerez | Rolltech Chromatech | 9,6 | 9,8 | 10,5 | 11,0 |
| Rolltech Chromatech Plus | 9,8 | 9,9 | 10,6 | 11,3 | |
| Plast | Thermix s nerez výztuhou | 9,9 | 10,5 | 11,3 | 11,8 |
| Swissspacer s Al folií | 9,8 | 10,5 | 11,3 | 11,7 |
Tab.5 Zvýšení vnitřní povrchové teploty oken proti rámům s hliníkovým rámečkem Helima
(* hliníkové podložky, ** dřevěné podložky; údaje platí pro izolační dvojsklo 4 -16 -4)
Z výše uvedené tabulky vyplývá, že rozdíl mezi oknem s hliníkovým rámečkem a nejlepším Thermix je 2,3°C rozdíl mezi ocelí a hliníkem je 0,3°C. Nejpoužívanější rámeček v ČR je Swisspacer.
Níže jsou uvedeny závěry dle (1,2) vlivu kvality rámu okna, skla a typu distančního rámečku, ale i různé šířky zasklení, tedy i různé šířky distančních rámečků na parametrech okna.
| Typ rámečku | Hliník | Ocel | Nerez | Plast | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rolltech | Ferrotech | Chromatech | Chromatech Plus | Thermix | Swisspacer | ||
| Rozměry rámečků vč. tmelů | š x v mm | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 10 x15 | 11 x15 | 9,5 x15 |
| Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti | W/(mK) | 2,4 | 1,8 | 0,7 | 0,6 | 0,3 | 0,4 |
| Lineární činitel prostupu tepla rámečku ψ | W/(mK) | 1,63 | 1,22 | 0,48 | 0,43 | 0,24 | 0,27 |
| Lineární činitel prostupu tepla ψ okraje skla | W/(mK) | 0,078 | 0,074 | 0,060 | 0,058 | 0,045 | 0,048 |
| Součinitel prostupu tepla Uw okna | W/(m2K) | 1,73 | 1,71 | 1,64 | 1,64 | 1,58 | 1,58 |
Tab.6 Vliv jednotlivých typů distančních rámečků na vybrané parametry okna
Technické údaje: Šířka rámečku 14 mm, dřevěný rám s hliníkovou zasklívací lištou,
Uf rámu 1,70 W/(m2K), Ug skla v centru 1,16 W/(m2K), rozměry okna 1230 x 1480 mm
| Typ rámečku | Hliník | Ocel | Nerez | Plast | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rolltech | Ferrotech | Chromatech | Chromatech Plus | Thermix | Swisspacer | ||
| Rozměry rámečků vč. tmelů | š x v mm | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 10 x15 | 11 x15 | 9,5 x15 |
| Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti | W/(mK) | 3,6 | 2,3 | 0,8 | 0,7 | 0,3 | 0,6 |
| Lineární činitel prostupu tepla rámečku ψ | W/(mK) | 1,43 | 0,91 | 0,32 | 0,29 | 0,14 | 0,24 |
| Lineární činitel prostupu tepla ψ okraje skla | W/(mK) | 0,085 | 0,075 | 0,058 | 0,057 | 0,040 | 0,052 |
| Součinitel prostupu tepla Uw okna | W/(m2K) | 1,46 | 1,44 | 1,39 | 1,39 | 1,34 | 1,37 |
Tab. 7 Vliv jednotlivých typů distančních rámečků na vybrané parametry okna
Technické údaje: Šířka rámečku 24 mm, dřevohliníkový rám s hliníkovou zasklívací lištou,
Uf rámu 1,40 W/(m2K), Ug skla v centru 1,18 W/(m2K), rozměry okna 1230 x 1480 mm
| Typ rámečku | Hliník | Ocel | Nerez | Plast | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rolltech | Ferrotech | Chromatech | Chromatech Plus | Thermix | Swisspacer | ||
| Rozměry rámečků vč. tmelů | š x v mm | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 9,5 x15 | 10 x15 | 11 x15 | 9,5 x15 |
| Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti | W/(mK) | 2,6 | 1,9 | 0,7 | 0,6 | 0,3 | 0,5 |
| Lineární činitel prostupu tepla rámečku ψ | W/(mK) | 1,65 | 1,20 | 0,44 | 0,40 | 0,22 | 0,32 |
| Lineární činitel prostupu tepla ψ okraje skla | W/(mK) | 0,053 | 0,051 | 0,042 | 0,040 | 0,034 | 0,038 |
| Součinitel prostupu tepla Uw okna | W/(m2K) | 1,45 | 1,44 | 1,42 | 1,41 | 1,40 | 1,41 |
Tab. 8 Vliv jednotlivých typů distančních rámečků na vybrané parametry okna
Technické údaje: Šířka rámečku 15 mm, plastový rám, Uf rámu 1,72 W/(m2K)
Ug skla v centru 1,13 W/(m2K), rozměry okna 1230 x 1480 mm
Z uvedené analýzy lze učinit dílčí závěr:
Rozdíly mezi výslednými koeficienty prostupu tepla celého okna se mezi jednotlivými rámečky zvětšují tím více, čím menší je izolační schopnost rámu okna, čím horší vlastnosti má zasklívací lišta a čím menší je šířka zasklení, tedy i šířka distančního rámečku.
Zatímco u dřevěného rámu se šířkou zasklení pouhých 14 mm a Uf =1,7 W/(m2K) dosáhl rozdíl v Uw okna mezi hliníkovým distančním rámečkem a plastovým Swisspacer 0,15 W/(m2K) a mezi nerezovým Chromatech plus a Swisspacerem 0,06 W/(m2K), u dřevohliníkového rámu se šířkou zasklení 24 mm a Uf = 1,40 W/(m2K) byl rozdíl pouhých 0,12 W /(m2K) resp. 0,05 W/(m2K).
U plastového rámu s Uf = 1,72 W/(m2K) byly rozdíly naprosto minimální, mezi hliníkovým rámečkem a Swisspacerem činily pouhé 0,04 W/(m2K) (Uw okna s hliníkem je 1,45 W/(m2K), Uw okna s plastovým rámečkem Swisspacer je 1,41 W/(m2 K) , mezi nerezovým Chromatech Plus a Swisspacerem pak nebyl žádný rozdíl (obě varianty dosáhly Uw okna 1,41 W/(m2 K)).
Literatura
1. www.byg.dtu.dk/vinduer, stránky Dánské Technické Univerzity
2. S Eriksen, J. Kragh, S. Svendsen: Thermal characterisation of edge Constructions in glazings
3. RNDr Petr Fiala: Problematika "teplých" distančních rámečků, podnikový podklad firmy Izolační skla, 2003
Na toto téma návážeme hned 19. 4. článkem Distanční rámečky zasklívacích jednotek a jejich vzájemná interakce s teplotním faktorem vnitřního povrchu. (redakce)
In recent years, In recent years there has been a lot of debate about the question of how much thermal transmittance is influenced by a transparent element in relation to the type of glazing used on frames. There are basically two types of plastic and stainless steel frames (instead of aluminum) available on the market with lots of conflicting expert opinions on their quality and specifications.