Distanční rámečky zasklívacích jednotek a jejich vzájemná interakce s teplotním faktorem vnitřního povrchu
Shodu s požadavkem ČSN 720540-2 na teplotní faktor vnitřního povrchu je nutné ověřit u každé konstrukce otvorové výplně zvlášť. Zatím neexistují všeobecně platná pravidla, která určují, pro jakou konstrukci může být použit který okraj zasklívací jednotky.
1 Úvod
Okenní konstrukce, jakožto otvorová výplň obvodových konstrukcí staveb, je stavebním výrobkem, u kterého musí být buď zkouškou nebo výpočtem ověřena shoda s jednotlivými českými předpisy a normami. Jedny z nejdůležitějších kritérií, která okenní konstrukce musí splňovat, předepisuje ČSN 730540 - 2 Tepelná ochrana budov z dubna 2007. Z tepelnětechnického a energetického hlediska jde o součinitel prostupu tepla U [W/(m2.K)], sloužící k posouzení tepelněizolačních vlastností celé konstrukce. A z hygienických požadavků je to u zabudovaného okna teplotní faktor vnitřního povrchu konstrukce fRsi [-], který ověřuje riziko kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu okna a riziko výskytu plísní na rozhraní zabudovaného okna a navazující konstrukce.
Právě tento požadavek na teplotní faktor vnitřního povrchu je často problematicky splňován u velkého počtu otvorových výplní. Díky nízkým vnitřním povrchovým teplotám dochází na tomto povrchu k nežádoucí kondenzaci, a tím porušení zdravotní nezávadnosti vnitřního prostředí. Aby tyto problémy nenastaly, musí konstrukce vykazovat na každém místě svého vnitřního povrchu takovou povrchovou teplotu, která splní požadavek na teplotní faktor vnitřního povrchu podle následujících vztahů:
θsi 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 [ - ]
2 Vnitřní povrchová teplota zasklívací spáry
Zasklívací spára je spojením zasklívací jednotky a okenního křídla (obr. 1). Z hlediska splnění požadavku na fRsi jde o jednu z nejrizikovějších oblastí těchto konstrukcí.
Obr. 1 Schématické rozdělení okenní konstrukce
Dokazuje to termovizní snímek (obr. 2), který zobrazuje povrchové teploty okenní konstrukce. Oblasti okraje zasklení vykazují nejnižší povrchovou teplotu, jejíž hodnota v případě poklesu pod rosný bod způsobí vznik kondenzátu.
Obr. 2 Termovizní snímek otvorové výplně
3 Prvky ovlivňující vnitřní povrchovou teplotu zasklívací spáry
Za snížení povrchové teploty ve zmiňované oblasti může tepelný most tvořený distančním rámečkem zasklívací jednotky, který výrazně zvyšuje hustotu tepelného toku. Zvýšit vnitřní povrchovou teplotu lze "zastíněním" (tepelněizolačním překrytím) tohoto tepelného mostu nebo jeho snížením za použití distančních rámečků s nižší tepelnou vodivostí. Pro odvození následujících konstrukčních opatření byly provedeny výpočty dvourozměrným teplotním polem v programu Area, Svoboda software na plastovém šestikomorovém profilu se zasklívací jednotkou o součiniteli prostupu tepla Ug = 1,1 W/(m2.K) - viz obrázek 3. Dále byly zvoleny okrajové podmínky výpočtu θai = 21 °C, θe = -17 °C, φi = 50%, pro které musí konstrukce vykazovat vnitřní povrchovou teplotu θsi alespoň 10,75 °C (fRsi = 0,730) bez otopného tělesa a 9,61 °C (fRsi = 0,700) s otopným tělesem, aby splnila požadavek normy na faktor vnitřního povrchu fRsi. Na jednotlivé proměnné bude v textu dále upozorněno.
Obr. 3 Profil posuzované konstrukce
3.1 Vliv distančního rámečku
Na trhu se pohybují zasklívací jednotky s několika druhy distančních rámečků. Protože na vnitřní povrchovou teplotu zasklívací spáry mají zásadní vliv, je třeba jejich výběru věnovat velkou pozornost. Stále se objevuje mnoho diskuzí o jejich kvalitách, zda volit okraje izolačních skel (dále jen IS) plastové či nerezové (místo hliníkových), nebo jaký konkrétní rámeček je nejvhodnější.
Na kvalitu má z tepelnětechnického hlediska vliv konstrukce a tepelná vodivost materiálů, ze kterých byl distanční rámeček vyroben. Konstrukci samotného distančního rámečku tvoří tuhá schránka naplněná molekulovým sítem, sloužící k vysušování meziskelního prostoru. Na schránku jsou také kladeny požadavky tuhosti a nepropustnosti meziskelní výplně, které mohou být s tepelnětechnickými požadavky v rozporu. Materiály s nízkou tepelnou vodivosti, jako jsou např. termoplasty, nevykazují dostatečnou pevnost a tuhost, aby mohly být použity jako okraje větších ploch IS. Proto se výrobci snaží volit kompromis, tak aby bylo vyhověno všem požadavkům. Následující tabulka 1 řadí používané distanční rámečky podle vypočtené nejnižší vnitřní povrchové teploty v oblasti zasklívací spáry námi zvoleného plastového okenního profilu podle obrázku 3 s hloubkou zastínění 15 mm.
Tab. 1 Srovnání distančních rámečků
SWISSPACER V, který z okrajů zasklení vyšel jako nejkvalitnější s touto konkrétní okenní konstrukcí, vykazuje vnitřní povrchovou teplotu θsi = 11,02 °C, jež dostačuje pro splnění požadavku na faktor vnitřního povrchu. Jeho tělo je vyrobeno z polypropylenu o tepelné vodivosti λ = 0,16 W/(m.K), který je vyztužen skelnými vlákny, aby vykazoval dostatečnou tuhost. Proto si výrobce mohl dovolit spodní část pokrýt nerezovou ocelí, jež díky tloušťce pouhých 10μm vodivost distančního rámečku výrazně nezvýší. Její význam spočívá pouze v zabránění úniku vzácného plynu z prostoru mezi skly, k čemuž je její tloušťka dostačující. Ostatní distanční rámečky požadavkům normy nevyhověly, a proto s nimi tento typ okenní konstrukce s 15 mm hloubkou zastínění nesmí být zabudován do obytných místností staveb na území ČR.
3.2 Vliv hloubky polodrážky
Další konstrukční opatření, které výrazně ovlivňuje vnitřní povrchovou teplotu, a to až v řádech stupňů, je hloubka zapuštění IS do okenního rámu (obrázek 4).
Obr. 4 Profil posuzované konstrukce
Je to dáno zastíněním tepelného mostu distančního rámečku okenním rámem, konkrétně zasklívací lištou. Křivka v následujícím grafu 1 ukazuje téměř lineární závislost hloubky zapuštění okraje zasklení na vnitřních povrchových teplotách. Zapuštěním okraje IS o 10 mm se zvýší hodnota vnitřních povrchových teplot o 1,57 °C. Výpočty byly provedeny na výše zmíněném okenním profilu a IS s nejlepším distančním rámečkem SWISSPACER V.
Graf 1 Vliv hloubky zastínění distančního rámečku na vnitřní povrchové teploty v oblasti zasklívací spáry
Přesto je však nutné podotknout, že hloubku zastínění nelze zvyšovat donekonečna. U vyšších hloubek polodrážek (cca 35 mm) by docházelo k praskaní skel u okraje zasklení, a to vlivem příliš vysokého rozdílu teplot mezi zakrytou částí izolačního skla a částí viditelnou.
4 Závěr
Shodu s požadavkem ČSN 720540-2 na teplotní faktor vnitřního povrchu je nutné ověřit u každé konstrukce otvorové výplně zvlášť. Zatím neexistují všeobecně platná pravidla, která určují, pro jakou konstrukci může být použit který okraj zasklívací jednotky. Oblast zasklívací spáry patří mezi nejrizikovější části konstrukce, proto zde byla odvozena dvě základní konstrukční pravidla, zajišťující zvýšení vnitřní povrchové teploty ve zmíněné oblasti.
- Používat IS s distančními rámečky s nízkou tepelnou vodivostí, například SWISSPACER V. Vyvarovat se použití celokovových distančních rámečků, jako je např. rámeček hliníkový nebo chromatech. Díky jejich vysoké vodivosti nelze požadavky normy splnit.
- IS zasklívat do polodrážky, která dovolí co možná největší zastínění tepelného mostu distančního rámečku, tak aby nedocházelo k prskání IS vlivem vysokého rozdílu teplot.
Náš závěr příkladně ilustrují dva grafické výstupy z výpočtu dvourozměrného teplotního pole (obr. 5), v němž v prvním případě je použit hliníkový distanční rámeček a zastínění okraje IS 15 mm. V druhém případě rámeček SWISSPACER V a zastínění okraje IS 25 mm. O významu těchto opatření jasně hovoří rozdíl povrchových teplot 4,97 °C.
Obr. 5 Vliv konstrukčních opatření na vnitřní povrchovou teplotu v oblasti zasklívací spáry
Použitá literatura
[1] ČSN 730540-2: 2007 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha: Český normalizační institut. 44 s.
[2] HÁJEK, V. Plastové "teplé" rámečky v izolačních sklech - ano či ne? Tepelná ochrana budov; 2005, č. 4, s.34-38
Windows, as fillings of peripheral orifices in the structure of buildings, are a construction product, which either must be tested or verified for their compliance with the various Czech regulations and standards. One of the most important criteria that window structures must meet is the one prescribed by ČSN 730540-2 Thermal Protection of Buildings from April 2007 The compliance of the inner surface temperature factor with the standard ČSN 730540-2 must be verified separately for each orifice filling structure. So far, there are no universally applicable rules that determine which edge of glazing units can be applied to with structure. The area of the glazing joints is among the riskiest parts of the whole structure, and that is why two basic design rules were derived in order to provide an increase the internal surface temperature in that area.