Využití norem ke stanovení tepelných hodnot otvorových výplní
Při užívání zkušebních a výpočtových norem se získá hodně informací a zkušeností při stanovení tepelných hodnot okenních, dveřních konstrukcí, střešních světlíků a jejich komponent. Nabízíme poznatky z laboratorní praxe.
Úvod
Při užívání zkušebních a výpočtových norem se získá hodně informací a zkušeností při stanovení tepelných hodnot okenních, dveřních konstrukcí, střešních světlíků a jejich komponentů. Z těchto zkušeností se nabízí následující možnosti:
1a) Zjištění nepřímou metodou celkového součinitele prostupu tepla izolačního skla /dále jen IS/ Ug,tot (celé plochy IS včetně distančního profilu) nebo Ug (centrální plochy IS, tj. plochy mimo vliv distančního profilu) metodou teplé skříně uvedenou ve zkušební normě ČSN EN ISO 12567-1: „Tepelné chování oken, dveří – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 1: Celková konstrukce oken a dveří“. Nutnost tohoto zjištění vyplývá např. buď přímo po zkoušce součinitele prostupu tepla touto zkušební normou určitého okna Uw nebo určitých dveří UD, a to při zjištění pochybu o deklarované hodnotě Ug použitého IS, nebo při ověření hodnoty Ug IS vybraného přímo ze stavby.
1b) Zjištění přímou metodou stanovení součinitele prostupu tepla centrální plochy IS Ug kontaktním přístrojem podle interního postupu CSI a.s., Zlín. U obou variant 1a) a 1b) je IS osazeno ve zkušebním rámu svisle podle ČSN EN ISO 12567-1, obrázek B.1 v příloze B a v případě osazeného okna – viz obrázek B.2 normy.
Výhoda zkoušení hodnoty součinitele prostupu tepla IS – viz 1a) a 1b) je na rozdíl od zkušební normy EN 674, že se může vyzkoušet jiný rozměr než rozměr uvedený v této normě, kde je rozpětí rozměrů vzorků od 750 mm × 750 mm do 850 mm × 850 mm.
2) Stanovení součinitele prostupu tepla Uf profilů vchodových dveří včetně použitého prahu podle ČSN EN 12412-2 a Uf profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2. Dosavadní norma EN 12412-2 zatím neuvádí konkrétní příklad na stanovení hodnoty Uf profilů vchodových dveří včetně použitého prahu a ani neuvádí stanovení Uf profilů střešních oken.
3) Nabídka zjednodušeného výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků. Dosavadní normy výrobku střešních světlíků z hlediska výpočtu nenabízí jasný a srozumitelný odpovídající postup, jak vypočítat tuto hodnotu, což toto vyvolá nemalý zmatek při deklarace této hodnoty výrobcem a to ve srovnání s deklarací této hodnoty zjištěné zkušební normou ČSN EN ISO 12567-2, kde se při výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků jednoznačně dosazuje plocha otvoru a nikoliv skutečná rozvinutá plocha světlíku, kterou projde celkový tepelný tok. V současné době probíhá návrh revidované normy výrobku bodových světlíků prEN 1873, ve kterém jsou rozpracovány k posuzování a připomínkování nové postupy výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla těchto světlíků.
Ad 1a) Nepřímé stanovení součinitele prostupu tepla IS, Ug,total a Ug pomocí metody teplé skříně
1 dělicí stěna /zkušební rám/;
2 zkušební vzorek /IS/;
3 studená strana;
4 teplá strana
Zkušební vzorek IS se osazuje podle ČSN EN ISO 12567-1, obrázku 5 nebo B.1 normy stejným způsobem, jak se osazuje kalibrační panel, tj. vložením vzorku 40 mm od vnitřního líce dělící stěny. Při stanovení lineárního činitele prostupu tepla, Ψedge okrajů /styku/ zkušebního vzorku a zkušebního rámu /dělicí stěny/ se pro takto montovaný zkušební vzorek vychází z tabulky B.1 ČSN EN ISO 12567-1 nebo z tabulky B.1 ČSN EN 12412-2.
Poznámka: Kalibrační panely, jejichž specifikace a další vlastnosti jsou uvedeny v normě, jsou oboustranně zaskleny a mezi skly je tepelně izolační jádro s různou tloušťkou a rozsah jejich tepelných hodnot kryje rozsah tepelných hodnot zkoušených vzorků.
| Ψed pro dca = 20 mm [W/(m·K)] | Ψed pro dca = 60 mm [W/(m·K)] | Ψed pro dca = 100 mm [W/(m·K)] | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| d [mm] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] | λsur [W/(m·K)] |
| 0,030 | 0,035 | 0,040 | 0,030 | 0,035 | 0,040 | 0,030 | 0,035 | 0,040 | |
| 0 | 0,0109 | 0,0125 | 0,0140 | 0,0044 | 0,0050 | 0,0057 | 0,0023 | 0,0027 | 0,0031 |
| 20 | 0,0085 | 0,0098 | 0,0110 | 0,0041 | 0,0048 | 0,0054 | 0,0024 | 0,0028 | 0,0032 |
| 40 | 0,0099 | 0,0113 | 0,0127 | 0,0050 | 0,0058 | 0,0065 | 0,0030 | 0,0035 | 0,0040 |
| 60 | 0,0118 | 0,0135 | 0,0152 | 0,0063 | 0,0072 | 0,0082 | 0,0039 | 0,0046 | 0,0052 |
| 80 | 0,0138 | 0,0159 | 0,0178 | 0,0077 | 0,0088 | 0,0100 | 0,0050 | 0,0057 | 0,0065 |
| 100 | 0,0157 | 0,0181 | 0,0204 | 0,0090 | 0,0104 | 0,0118 | 0,0060 | 0,0070 | 0,0079 |
| 120 | 0,0176 | 0,0202 | 0,0228 | 0,0104 | 0,0120 | 0,0136 | 0,0071 | 0,0082 | 0,0093 |
| 140 | 0,0193 | 0,0222 | 0,0250 | 0,0117 | 0,0135 | 0,0153 | 0,0081 | 0,0094 | 0,0107 |
| 160 | 0,0209 | 0,0240 | 0,0271 | 0,0130 | 0,0150 | 0,0170 | 0,0091 | 0,0106 | 0,0120 |
| 180 | 0,0223 | 0,0257 | 0,0287 | 0,0142 | 0,0164 | 0,0185 | 0,0101 | 0,0117 | 0,0133 |
| 200 | 0,0237 | 0,0273 | 0,0308 | 0,0153 | 0,0177 | 0,0200 | 0,0111 | 0,0128 | 0,0145 |
| Poznámka: Hodnoty Ψ pro mezihodnoty λsur, dca a d se zjišťují lineární interpolací. | |||||||||
Naměřený celkový součinitel prostupu tepla IS Um,g,tot [W/(m2.K)] se stanoví z následující rovnice:
Normalizovaný součinitel prostupu tepla IS Ust,g,tot, se pak určí ze vztahu:
kde je
- Δθn
- – rozdíl mezi okolními teplotami na každé straně zkušebního vzorku, [K];
- Rs,t
- – celkový odporu při přestupu tepla na teplé a studené straně při měření, [m2×K/W];
- R(s,t),st
- – normalizovaný celkový odpor při přestupu tepla na teplé a studené straně, jehož hodnota činí 0,17 m2.K/W;
- qsp
- – hustota tepelného toku zkušebním vzorkem [W/m2], která se stanoví ze vztahu:
kde je
- Asp
- – návrhová plocha zkušebního vzorku [m2];
- Φin
- – tepelný výkon měřicí skříně [W];
- Φedge
- – tepelný tok okrajů [W];
- Φsur
- – tepelný tok dělicí stěnou [W], daný vztahem:
kde je
- Asur
- – návrhová plocha dělicí stěny [m2];
- Δθs,sur
- – rozdíl průměrných povrchových teplot dělicí stěny [K];
- Rsur
- – tepelný odpor dělicí stěny [m2·K/W];
tepelný tok okrajů Φedge se stanoví ze vztahu:
kde je
- Ledge
- – obvodová délka mezi dělicí stěnou a vzorkem [m];
- Ψedge
- – lineární činitel prostupu tepla okrajovou částí mezi dělicí stěnou a vzorkem [W/(m·K)]; hodnoty Ψedge uvádí tabulka B.1 příloha B, nebo se může vypočítat podle ISO 10211.
- Δθc
- – rozdíl teplot vzduchu mezi teplou a studenou stranou [K]
Pro stanovení hodnoty součinitele prostupu tepla Ug centrální plochy IS, tj. plochy mimo vliv distančního profilu se použije základní vztah v ČSN EN ISO 10077-1 „Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 1: Všeobecně“, který je upravený tak, že ze základního vztahu je vyloučen člen pro rámové profily:
kde je
- Ag = Asp
- – návrhová plocha zkušebního vzorku [m2];
- ℓg = Ledge
- – délka obvodu skla [m];
- Ψg
- – lineární činitel prostupu tepla distančního profilu použitého v IS [W/(m·K)].
Ad 1b) Přímá metoda součinitele prostupu tepla Ug centrální plochy IS kontaktním přístrojem podle interního postupu CSI a.s., Zlín
Obrázek 2: Snímek z průběhu měření součinitele prostupu tepla Ug centrální plochy IS kontaktním přístrojem
Pomocí tohoto speciálního kontaktního přístroje se měření provádí na IS dvěma způsoby:
- Samostatné IS osazeno ve zkušebním rámu /dělicí stěně/;
- nebo IS součástí zkoušeného okna nebo zkoušených dveří, které jsou osazeny rovněž ve zkušebním rámu.
U obou případů se ověřuje hodnota součinitele prostupu tepla centrální plochy IS Ug.
Zkušební přístroj o měřicí ploše Am = 0,5 m × 0,5 m = 0,25 m2 má z teplé strany kontaktní topnou desku a ze studené strany je chladicí skříň. Je opatřeno na obou stranách vzorku čtyřnásobný termočlánek na měření povrchových teplot na teplé a studené straně. Rozdíl teplot Δts [K] na teplé a studené straně se snímá současně. Měření se provádí za ustáleného teplotního a tepelného stavu za stejných podmínek, jak při zkoušení IS deskovou metodou. Oba rozměry zkoušeného IS musí být minimálně o 150 mm větší než rozměry měřicí plochy zkušebního kontaktního přístroje k vyloučení vlivu distančního profilu.
Tepelný odpor Rg [m2.K/W] centrální plochy IS se stanoví z následujícího vztahu:
Celkový tepelný tok zkušebním vzorkem Φtot [W] se skládá ze součtu hodinového výkonu snímaného elektroměrem a z korigovaného tepelného toku snímaného termotransitometrem.
Součinitel prostupu tepla Ug centrální plochy IS se stanoví z následujícího vztahu:
Ad 2) Stanovení součinitele prostupu tepla Uf profilů vchodových dveří včetně použitého prahu podle ČSN EN 12412-2 a Uf profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2
a) Vchodové dveře s dveřní izolační výplní s použitým dveřním prahem
Zkouší se obvykle jednokřídlové dveře určitého systému s dveřní izolační výplní o typickém rozměru, např. 900 mm × 2100 mm nebo 1000 mm × 2100 mm včetně použitého prahu. Vyskytnou se zde dvě možnosti:
První možnost je stanovení celkové hodnoty součinitele prostupu tepla UD dveří pro danou použitou dveřní výplň obvyklým postupem podle ČSN EN ISO 12567-1:
kde je
- Um
- – naměřená hodnota
- Ust
- – normalizovaná hodnota /podobně stanovena jako u vztahu (2)/.
Poznámka: Pro účel zkoušky se používá dveřní tepelně izolační výplň o tepelné vodivosti λ ≤ 0,035 W/(m.K).
Obrázek 3 – Snímek osazeného zkušebního vzorku v dělicí stěně
Celková šířka mezery jak mezi horní, tak i dolní hranou vzorku a dělicím panelem nesmí překračovat 5 mm. Musí být utěsněna nekovovým páskem nebo tmelem. Celková mezera na obou stranách mezi vzorkem a dělicí stěnou nesmí překračovat 5 mm.
Vysvětlivka:
1 hranice měřicí plochy
2 dělicí stěna, λ ≤ 0,04 W/(m·K)
3 výplň (sklo, deska „dveřní výplň“)
4 studená strana
5 teplá strana
6 dveřní křídlo
7 lícující rám/práh
a Měřicí plocha se doporučuje umístit v dělicí stěně centrálně
b Použít plný materiál se stejnými tepelnými vlastnostmi jako má jádro dělicí stěny
Druhá možnost je stanovení hodnoty součinitele prostupu tepla Uf dveřních profilů podle ČSN EN 12412-2, odst. 5.3.1 „Tepelné chování oken, dveří a okenic – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 2: Rámy – Celé rámy oken a dveří“ na základě následujícího vztahu:
kde je
- Um,t
- – naměřený součinitel prostupu tepla izolační výplně a rámu, [W/(m2.K)];
- Af
- – plocha rámu; uvažuje se plocha rámu, která je větší ze dvou návrhových viditelných ploch na obou stranách vzorku, [m2];
- Afi
- – zbývající plocha izolační výplně (Afi = At − Af), [m2];
- At
- – návrhová měřící plocha, [m2];
- Δθn
- – rozdíl mezi teplotami okolí na každé straně vzorku při zkoušce, v K;
- Λfi
- – tepelná propustnost izolační výplně, [W/(m2.K)];
- Δθs,fi
- – rozdíl povrchových teplot izolační výplně, [K].
Poznámka: Odchylka od postupu v odst. 5.3.1 normy je zkoušení skutečného /typického/ rozměru vchodových dveří s konkrétním použitým prahem. Výhodou této zkoušky je možnost stanovení výpočtem podle ČSN EN ISO 10077-1 celkové hodnoty součinitele prostupu tepla UD vchodových dveří pro jakýkoli rozměr a pro jakoukoli deklarovanou izolační výplň nebo IS.
b) Stanovení součinitele prostupu tepla Uf profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2
Dosavadní norma EN 12412-2 zatím neuvádí konkrétní příklad na stanovení hodnoty Uf profilů střešních oken, ale z principu je možno tuto zkoušku provést, pokud se dodržuje způsob osazení okna podle ČSN EN ISO 12567-2: „Tepelné chování oken, dveří – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 2: Střešní okna a ostatní přečnívající okna“. Norma ČSN EN ISO 12567-2 uvádí dva způsoby osazení střešního okna vzorku ve zkušebním rámu: vložený způsob /„insert-mounted“/ a čelný způsob /Kerb-mounted/. Obvykle se střešní okno osazuje metodou vloženého osazení „insert-mounted“ do otvoru dělicí stěny. Pro stanovení lineárního činitele prostupu tepla, Ψedge, se vychází z přílohy B, tabulky B.2 zkušební normy ČSN EN ISO 12567-2. Postup stanovení hodnoty Uf je stejný, jak je popsán v ČSN EN 12412-2, tj. vychází z aplikací vztahů (11) a dále (9), (3), (4) a (5), kde místo Um se dosazuje Um,t a označení dolního indexu „sp“ odpovídá „t“.
Obrázek 5 – Schéma zkušebního zařízení pro vložené osazení
Obrázek 6 – Snímky osazeného zkušebního vzorku v dělicí stěně – zleva studená strana a zprava teplá stranaAd 3) Zjednodušený výpočet celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků
Obrázek 7 – Schematické označení části bodového světlíku s podsadou
1 vícevrstvá kopule; 2 jednovrstvá kopule; 4 tepelně izolovaná podsada; 5 podsada bez izolace
Tento zjednodušený výpočet je založen na základě stanovení tepelného toku ΦAct,RL, který projde celkovou skutečnou /rozvinutou/ plochou světlíku, která je obvykle výrazně větší než plocha otvoru ve střešní konstrukci.
Celkový součinitel prostupu tepla URL [W/(m2.K)] světlíku s podsadou – (viz obrázek 7 převzatý z normy ČSN EN 1873) se stanoví podle vztahu:
kde je
- ΦAct,RL
- – aktuální (celkový) tepelný tok [W];
- Δθ
- – rozdíl teplot vzduchu na obou stranách světlíku [K], jeho hodnota činí 20 K viz ČSN EN ISO 12567-1 a 12567-2;
- AAperture
- – plocha otvoru ve střešní konstrukci [m2].
Hodnota ΦAct,RL se stanoví použitím následujícího vztahu:
kde je
- ΦAct,Tr
- – aktuální (skutečný) tepelný tok průsvitnou částí světlíku [W];
- ΦAct,Up
- – aktuální (skutečný) tepelný tok podsady /podstavce/ světlíku [W];
- ΦJoints
- – součet tepelných toků spojů a styků průsvitné konstrukce s podsadou [W].
Hodnota ΦAct,Tr se stanoví podle vztahu:
a hodnota ΦAct,Up se stanoví ze vztahu:
Hodnota ΦJoints se stanoví použitím dvojrozměrného teplotního pole metodou sítí podle ČSN EN ISO 10211,
kde je
- AAct,Tr
- – aktuální (skutečná) plocha průsvitné částí světlíku [m2];
- AAct,Up
- – aktuální (skutečná) plocha podsady světlíku [m2];
- UTr
- – součinitel prostupu tepla průsvitné částí světlíku [W/(m2.K)], stanoví se podle ČSN EN 673, nebo 674, nebo 675;
- UUp
- – součinitel prostupu tepla podsady [W/(m2.K)], stanovený buď měřením podle ČSN EN 12664, ČSN EN 12667, ČSN EN 12939, ISO 8302 a ČSN EN ISO 8990 nebo výpočtem podle ČSN EN ISO 6946 a EN ISO 10456;
- Δθ
- – rozdíl teplot vzduchu na obou stranách světlíku [K], jeho hodnota činí 20 K viz ČSN EN ISO 12567-1 a 12567-2.
Poznámka: Tento zjednodušený výpočet není převzatý z žádné normy a je vytvořený jen na základě laboratorní praxe spojené s problematikou zkoušení tepelné hodnoty světlíků podle ČSN EN ISO 12567-2.
Zdroje literatury
- [1] ČSN EN ISO 12567-1;
- [2] ČSN EN ISO 12567-2;
- [3] ČSN EN ISO 10077-1;
- [4] ČSN EN 12412-2;
- [5] ČSN EN 1873;
- [6] Můj příspěvek z předcházejícího semináře
Článek vysvětluje princip stanovení součinitele prostupu tepla měřením metodou teplé skříně především pro výplně otvorů. Čtenář tak může zjistit podstatné informace o průběhu zkoušky a jejím vyhodnocení. Za velmi přínosný považuji autorův přístup, ze kterého je patrno, že U hodnota zkoušeného vzorku je stanovena výpočtem na základě několika změřených veličin. V poslední části příspěvku se autor věnuje zpřesnění výpočtu U hodnoty střešních světlíků.
Metoda teplé skříně je založena na měření vnitřní a venkovní povrchové teploty měřeného vzorku při současném stanovení tepelného toku přes měřený vzorek za stacionárních podmínek. Změřením plošných rozměrů zkušebního vzorku jsme schopni na základě rovnice 1 a 2 článku stanovit součinitel prostupu tepla vzorkem.
Vzhledem k nové legislativě v oblasti úspor energie (zákon č. 318/2012 Sb a vyhláška č. 78/2013 Sb.) považuji zveřejnění tohoto příspěvku za velmi přínosné.
Using the test and design standards helps to obtain a lot of information and experience in determining the thermal values of window, door structures, skylights and their components. We offer knowledge of laboratory practice.