Okna a vnější dveře s ohledem na možnost výměny vzduchu

Okno a zasklení tvoří nedělitelnou součást obvodových plášťů budov. Sklo se uplatňuje nejen jako hmota propouštějící světelné záření, ale také jako hmota, která vytváří architekturu budov. A právě z tohoto hlediska je třeba pohlížet obecně na výplně otvorů. V posledním období se pozornost specialistů v oblasti snižování energetické náročnosti budov soustřeďuje pouze na oblast snižování tepelných ztrát. Výplně otvorů jsou konstrukce, kterými dochází a vždy bude docházet k vyšším tepelným ztrátám než ostatními plnými částmi konstrukcí. Mimo tuto, jistě nepříjemnou vlastnost, mají výplně otvorů ještě další nezastupitelné vlastnosti, které zajišťují:

• přirozené denní osvětlení místností
• oslunění místností
• výměnu vzduchu v místnostech
• výhled do vnějšího prostoru
• architektonický vzhled budovy

Tepelně technické vlastnosti výplní otvorů

Tepelně technické vlastnosti vyplní otvorů jsou předepsány v ČSN 73 0540, Vyhlášce MPO ČR č. 291/2001 Sb. a např. v SRN ve Wärmeschutzverordnung (dále WSV). Srovnání požadavků hodnot součinitelů prostupu tepla je uvedeno v tabulce 1.

Předpis	U (W/m2K)
ČSN 73 0540:94 ČSN 73 0540:02 - návrh Změny 1 ( z 12/2004) - revize ČSN doporučená hodnota	2,90 1,70 1,20
WSV - vnější okna a dveře - zasklení oken a dveří - skleněné fasády	1,70 1,50 1,90

Tabulka 1 - Požadavky na tepelně technické vlastnosti vyplní
otvorů pro bytové a občanské stavby

Se stoupajícími požadavky na snižování energetické náročnosti staveb stoupají i požadavky na kvalitu oken a vnějších dveří. V současné době jsou na našem trhu následující typy výrobků:

• okna a dveře dřevěné z masivního dřeva, kdy okenní rám a rám křídla je vyroben z masivního smrkového či borového dřevěného profilu,
  
  
• okna a dveře vyrobené z lepených dřevěných profilů, kdy okenní rám i rám křídla je vyroben z lepených kvalitních jádrových dřev. Touto technologií je minimalizována deformace profilu zejména z důvodů změny vlhkosti dřeva. Tato okna jsou vyráběna pod označením "Eurookna",
  
  
• okna dřevěná kombinovaná, kdy vnější část okenního křídla popř. okenního rámu je obložena profily z hliníku. Nosnou část tvoří dřevěné masivní profily, nebo profily z lepených lamel. Kovové profily chrání dřevěný rám proti působení atmosférických vlivů, tvoří oporu pro těsnění na vnější straně okna a řeší odvodnění dolního vlysu okna. Uvedený výrobek byl využíván převážně pro občanské stavby,
  
  
• okna plastová kde okenní rám a profily křídel jsou tvořeny komůrkovými plastovými profily z PVC vnitřně členěnými. Podle počtu komor ve směru tloušťky profilů se profily člení na dvou, tří až pětikomorové. Pro zvýšení tuhosti okenních a dveřních rámů se do profilů vkládají kovové výztuhy, které sice zvyšuji tuhost prvku, ale současně ovlivňují tepelně technické vlastnosti rámu,
  
  
• okna a dveře z kovových profilů s přerušeným tepelným mostem. Okenní rám a rám křídla jsou vyrobeny z hliníkových profilů vnitřně členěných žebry. Nezbytnou podmínkou je přerušený tepelný most, který je řešen nevodivým spojením dvou samostatných hliníkových profilů pomocí hmoty s nízkou tepelnou vodivostí a požadovanou tuhostí. Tim se výrazně zlepšují tepelně technické vlastnosti okna jako celku a tím se např. omezí až vyloučí kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu rámu.

Výsledné tepelně technické vlastnosti výplní otvoru v ustáleném teplotním stavu jsou dány:

• tepelným odporem zasklení
• tepelným odporem rámu a křídel
• osazením okna či dveří v konstrukci
• tepelně technickými vlastnostmi ostění otvoru

Výměna vzduchu v místnostech pomocí výplní otvorů

Výměna vzduchu v místnostech patří k základním hygienickým požadavkům pro pobyt osob v budovách. Výměna vzduchu bývá zajišťována:

• infiltrací spárami mezi křídly a rámy oken a dveří,
• pohybem vzduchu vyvolaným ventilačními komínovými průduchy
• ventilačním zařízením pracujícím na principu nucené výměny vzduchu.

Infiltrace spárami oken a vnějších dveří byla do dnešní doby základním prostředkem k výměně vzduchu v obytných stavbách. Výměna vzduchu spárami je závislá na hodnotě součinitele spárové průvzdušnosti i_l,V = (m³/m.s.Pa^0,67), což je množství vzduchu v m³/s proudícího 1 m spáry při tlakovém rozdílu 1 Pa. Požadavky na minimální výměnu vzduchu v budovách jsou dány normovými a hygienickými požadavky. Pro bytové stavby je uváděna v ČSN 73 0540:02 hodnota požadované výměny vzduchu n = 0,3 - 0,6/h.

Výměna vzduchu v místnostech infiltrací závisí nejen na hodnotě součinitele spárové průvzdušnosti, ale dále na orientaci oken budovy ke směru převládajících větrů, výšce budovy, dispozičním řešení bytu (jednostranná orientace či možnost příčného větrání), těsnosti vnitřních dveří, situováni budovy v krajině apod. Hodnoty součinitele spárové průvzdušnosti různých typu oken v závislosti na způsobu těsnění spár jsou uvedeny v tabulce 2.

Typ okna a okenní spáry	Součinitel spárové průvzdušnosti iLV (m3/m.s.Pa0,67)
Okno jednoduché dřevěné netěsněné	1,9 x 10-4
Okno dřevěné zdvojené, netěsněné spáry	1,4 x 10-4
Okna dřevěná nebo plastová, kovová těsněná	0,10 - 0,40 x 10-4
Okno dřevěné zdvojené s těsněním KOVOTĚS	0,7 x 10-4
Okno těsněné molitanovými pásky	0,5 x 10-4
Okno těsněné neoprenovými profily	0,2 - 0,4 x 10-4

Tabulka 2 - Součinitelé spárové průvzdušnosti okenních spár

V předešlém období se u nás prosazoval názor, že nejkvalitnější jsou ta okna, která jsou absolutně těsná. Požadavek na vysokou těsnost oken byl vyvolán snahou o maximální snižování tepelných ztrát výměnou vzduchu.

Snižování přirozené stálé výměny vzduchu ve stavbách bez jiné možnosti větrání vyvolává nárůst relativní vlhkosti vnitřního vzduchu. Zatímco byly byty v panelových domech cca do roku 1980 charakteristické nízkými hodnotami relativní vlhkosti vnitřního vzduchu, které byly po celou dobu topného období mezi 20 - 40%, postupně tato vlhkost narůstala a v současné době se pohybuje u cca 90 % bytů do 60% a v cca 10 % bytů je nad 80%. Zvýšená relativní vlhkost vnitřního vzduchu vyvolává v obytných místnostech vznik povrchové kondenzace a plísní. O vážnosti situace vypovídá požadavek na výměnu vzduchu podle DIN 1946-6, který je uveden v tabulce 3.

skupina budovy	obsazení bytu	velikost bytu	požadovaná výměna vzduchu
			volná výměna vzduchu		mechanická výměna vzduchu
	m2	osoby	m3/h	1/h	m3/h	1/h
I	≥ 50	do 2	60	≥ 0,45	60	≥ 0,45
II	> 50 ≤ 80	do 4	90	≤ 0,70 > 0,45	120	≤ 0,90 > 0,6
III	> 80	do 6	120	≤ 0,60	180	≤ 0,85

Tabulka č. 3 - Požadované výměny vzduchu podle DIN 1946-6

Vezmeme-li si jako příklad typickou obytnou místnost v panelovém domě s oknem o velikosti 2100/1600 mm, délkou okenní spáry 9,0 m, s plochou 12,0 m² a objemem 30,6 m³ (při světlé výšce místnosti 2,55 m), vychází následující závislost výměny vzduchu na způsobu těsnění okenních spár. Výpočet byl proveden pro budovu situovanou v krajině normální, poloha nechráněná s rychlostí větru c_v = 6,0 m/s (viz ČSN 06 0210).

Součinitel iL,V (m3/m.s.Pa0,67)	Délka spár oken (m)	Výměna vzduchu V (m3/h)	Násobnost výměny 1/h
0,1 x 10-4	9,0	1,361	0,044
0,3 x 10-4	9,0	4,082	0,133
0,5 x 10-4	9,0	6,804	0,222
0,7 x 10-4	9,0	9,526	0,311
1,0 x 10-4	9,0	13,608	0,444
1,4 x 10-4	9,0	19,051	0,622

Tabulka 4 - Výměna vzduchu v místnostech v závislosti na hodnotě součinitele
spárové průvzdušnosti spár

Z uvedeného rozboru vyplývá, že některými předpisy uváděná minimální výměna vzduchu v bytech ve výši 0,3/h je zajištěna přirozenou infiltrací spárami pouze při hodnotě součinitele spárové průvzdušnosti
i_L,V = 0,7 x 10^-4 (m³/m.s.Pa^0,67).

Požadavek na zajištění přirozené výměny vzduchu v obytných místnostech si uvědomuje řada výrobců oken. Výrobci oken jsou nabízena okna s větracími štěrbinami, které jsou speciálně upraveny proti pronikání vnějšího hluku a prachu. Dále jsou tyto štěrbiny vybaveny větrovými zarážkami proti možnému pronikání atmosférických srážek. Mnohem častěji jsou výrobci oken nabízena okna s kováním umožňujícím pootevření okenního křídla (čtvrtá poloha kliky - mikroventilace) tak, aby byla zajištěna vyšší výměna vzduchu v místnostech.

Revidovaná ČSN 73 0540:02 dále uvádí požadavky na maximálně přípustné hodnoty součinitelů spárové průvzdušnosti funkčních spár výplní otvorů. Požadavky jsou uvedeny v tabulce 5.

	Požadovaná hodnota součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N (m3/m.s.Pa0,67).
Funkční spára ve výplni otvoru	Budova s větráním přirozeným nebo kombinovaným	Budova s větráním pouze nuceným nebo s klimatizací
Vstupní dveře do budovy a dveře oddělující ucelenou část budovy	0,85 . 10-4	0,50 . 10-4
Ostatní vnější výplně otvorů při celkové výšce nadzemní části budovy - do 8 m včetně - mezi 8 m a 20 m - nad 20 m včetně	0,85 . 10-4 0,60 . 10-4 0,30 . 10-4	0,10 . 10-4

Tabulka 5 - Požadovaná hodnota součinitele spárové průvzdušnosti i_LV,N (m³/m.s.Pa^0,67).

Revidovaná ČSN 73 0540-2:2002 uvádí nový požadavek na těsnost obvodového pláště objektu. Požadované parametry těsnosti domu n = 0,6 - 0,9 (h^-1) při Δp = 50 Pa, zjišťované pomocí "Blower door testu" podle ČSN EN 13 829, znamenají prakticky hermetickou těsnost budovy včetně okenních a montážních spár.

Často diskutovaným problémem je dimenzování výkonu na požadovanou výměnu vzduchu zajištěním požadovaných hygienických parametrů. Vyhodnotíme-li výměnu vzduchu v místnosti podle tzv. Pettenkoferova kritéria, které stanoví optimální hodnotu 0,1 % CO₂ ve vnitřním ovzduší jako indikátoru znečištění vzduchu, při běžné produkci 16 až 20 l/os/h a venkovní koncentraci např. 0,03 % CO₂, vychází nutné množství větracího čerstvého vzduchu na osobu:

V_min = m/C_o - C_e = 16 - 20/1 - 0,3 = 23 - 28 m³/os/h

Při uvažování ještě akceptovatelného snížení kvality vzduchu až na hodnotu 0,15 % koncetrace CO₂ vychází nutné množství přiváděného čerstvého vzduchu 13 - 16 m³/os/h. Provedeme-li porovnání objemu přiváděného vzduchu pro 4 osoby ( 4 x 16 m³) s objemem měrného bytu 200 m³, vychází průměrná výměna vzduchu v bytě ve výši 0,32 (h^-1), což je dolní přípustná hranice hygienického požadavku. Promítneme-li zpětně požadavek na požadovanou výměnu vzduchu ve vztahu na součinitel spárové průvzdušnosti okenních spár vychází, že těsnost oken by měla být maximálně daná hodnotou i_LV = 0,4 - 0,5 (m³/m.s.Pa^0,67).

Stanovení průměrné hodnoty součinitele vzduchové propustnosti okenních spár vychází zatím pouze z požadavku na kvalitu vnitřního prostředí z hlediska koncentrace CO₂. Jestliže je v bytě provozován plynový spotřebič (sporák, karma, plynový kotel apod.), jsou nároky na požadovanou výměnu vzduchu v místnosti s plynovým spotřebičem značně vyšší. Již v období 60. let minulého století existoval požadavek na to, aby okna v kuchyních s plynovým sporákem nebyla těsněná, tj. součinitel infiltrace oken dřevěných zdvojených a netěsněných tehdy byl i_LV = 1,4 - 1,9 (m³/m.s.Pa^0,67). Násobnost výměny vzduchu v kuchyních pak byla n ≥ 1,2 až 1,5 (h^-1).

Tato stálá výměna vzduchu by vedla k nadměrným tepelným ztrátám, které jsou z dnešního hlediska nepřípustné.

Ještě složitější je zajištění požadovaných výměn vzduchu např. u školních objektů. Pro větrání škol platí vyhl. MZd ČR č. 108/2001 Sb., která uvádí následující požadavky na výměnu vzduchu.

Zařízení	Výměna vzduchu v m3/h
Učebny	20 - 30 na žáka
Tělocvičny	20 na žáka
Šatny	20 na šatní místo
Umývárny	30 na 1 umyvadlo
Sprchy	150 - 200 na 1 sprchu
Záchody	50 na kabinu - 25 na pisoár

Tabulka č. 6 - Požadavky Vyhl. 108/2001 - Výměna vzduchu ve školských zařízeních

Na požadavky výše uvedené vyhlášky projektanti nových škol i rekonstruovaných škol často zapomínají. V řadě projektů či energetických auditů jsou pouze návrhy na výměnu oken za okna plastová, aniž by byl řešen problém výměny vzduchu. Řešení výměny vzduchu pootevřením okenních křídel je často nemožné z titulu šíření dopravního hluku, takže větrání se provádí pouze o přestávkách a to otevřením oken. Jestliže si uvědomíme, že např. "Stavební řád pro Prahu" z konce 19. století požadoval ve školách zajištění stálé výměny vzduchu pomocí komínových ventilací, kdy vstupní otvory byly osazeny nastavitelnými mřížkami a nasávání bylo spárami dvojitých oken, je současné neřešení požadavků na výměnu vzduchu nepochopitelné.

Závěr

Z provedeného rozboru výměny vzduchu v místnostech ve vazbě na přirozenou výměnu vzduchu netěsnostmi okenních a dveřních spár vyplývá, že v současné době osazovaná velice těsná okna neumožňují zabezpečit požadovanou výměnu vzduchu bez vědomého zásahu uživatelů bytu. V současné době jsou ale již nabízena a osazována okna s možností nastavení vyšší výměny vzduchu částečným odklopením větracího křídla - mikroventilací. Tato mikroventilace sice umožňuje zvýšenou infiltraci vzduchu, ale za současného snížení akustického útlumu a umožnění výrazně vyššího přenosu vnějšího hluku do interiéru. Toto větrání by mělo být minimálně zajištěno všude tam, kde je v místnosti plynový spotřebič, neboť při spalování plynu je nutné zabezpečit nejen požadované množství přiváděného vzduchu z hlediska optimálního hoření plynu, ale dále z hlediska odvodu vodních par vznikajících při hoření plynu. V budoucnu bude nutné počítat s doplněním okenních konstrukcí speciálními větracími klapkami, které zajistí kontrolovatelný a dostatečný přístup vnějšího vzduchu při zachování požadovaného akustického komfortu interiéru.

Uvedené způsoby zajištění výměny vzduchu v místnostech jsou závislé na obsluze uživatelů bytů. Při stoupajících nárocích na energetickou úspornost staveb, je jediným řešením zajistit požadovanou výměnu vzduchu v místnostech nuceným strojním způsobem s možností regulovat výměnu vzduchu v místnostech podle provozních podmínek a s možností rekuperace tepla z odváděného vzduchu.

Použitá literatura

Šafránek J. - Okna a vnější dveře z hlediska tepelně technických vlastností - Vydal CSI a.s. Praha
ČSN 73 0540:94 - Tepelná ochrana budov
ČSN 73 0540:02 - Tepelná ochrana budov
Šafránek J. - Výsledky měření IZ skel v rámci AO 212
Morávek P. - Stavíme energeticky úsporný dům - Mikroklima nízkoenergetických budov, rekuperace, teplovzdušné vytápění
Vyhláška MZd ČR č. 108/2001 Sb. Požadavky na výměnu vzduchu ve školských zařízeních