Konstrukční opatření pro zvýšení teploty v oblasti zasklívací spáry

Okenní konstrukce jako otvorová výplň obvodových konstrukcí staveb je stavebním výrobkem, u kterého musí být buď zkouškou, nebo výpočtem ověřena shoda s jednotlivými českými předpisy a normami. Nejdůležitější kritéria, která okenní konstrukce musí splňovat, předepisuje ČSN 730540-2 Tepelná ochrana budov z dubna 2007.

Teplotní faktor vnitřního povrchu konstrukce
Z tepelnětechnického a energetického hlediska jde o součinitel prostupu tepla U (W/(m² . K)) sloužící k posouzení tepelně­izolačních vlastností celé konstrukce. Z hygienických požadavků se u zabudovaného okna jedná o teplotní faktor vnitřního povrchu konstrukce f_Rsi (–), který ověřuje riziko kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu 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 něm 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 konstrukce podle následujících vztahů:

f_{Rsi =} θ_{si –}  θ_e / θ_{ai –} θ_e    (1)

f_Rsi ≥ f_{Rsi, N} = f_{Rsi, cr} + ∆f_Rsi

kde   
θ_si je vnitřní povrchová teplota konstrukce (°C),
θ_ai – návrhová teplota vnitřního vzduchu (°C),
θ_e – návrhová teplota venkovního vzduchu (°C),
f_{Rsi, N} – požadovaná teplota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu (–),
f_{Rsi, cr} – kritický teplotní faktor vnitřního povrchu (–),
∆f_Rsi – bezpečnostní přirážka teplotního faktoru (–).

Vnitřní povrchová teplota zasklívací spáry
Zasklívací spára je spojením zasklívací jednotky a okenního křídla (obr. 1). Z hlediska splnění požadavku na teplotní faktor vnitřního povrchu (f_Rsi) jde o jednu z nejrizikovějších oblastí těchto konstrukcí.

Oblasti okraje zasklení vykazují často povrchovou teplotu, jejíž hodnota v případě poklesu pod rosný bod způsobí vznik kondenzátu (obr. 2).

Prvky ovlivňující vnitřní povrchovou teplotu zasklívací spáry
Za snížení povrchové teploty ve zmiňované oblasti může tepelný most tvořený distančním rámečkem zasklívací jednotky (the edge glass), 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 U_g = 1,1W/(m² . K) (obr. 3).

Dále byly zvoleny okrajové podmínky výpočtu θ_ai = 21 °C, θ_e = –17 °C, ϕ_i = 50 %, pro které musí konstrukce vykazovat vnitřní povrchovou teplotu θ_si alespoň 10,75 °C (f_Rsi = 0,730) bez otopného tělesa a 9,61 °C (f_Rsi = 0,700) s otopným tělesem, aby splnila požadavek normy na teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi. Na jednotlivé proměnné bude v textu dále upozorněno.

Vliv distančního rámečku
Na trhu se pohybují zasklívací jednotky s několika druhy distančních rámečků. Protože na vnitřní povrchovou teplotu mají zasklívací spáry zásadní vliv, je třeba jejich výběru věnovat velkou pozornost. Stále se diskutuje o jejich kvalitách, o tom, zda volit okraje izolačních skel (dále jen IS) plastové nebo nerezové nebo jaký konkrétní rámeček je nejvhodnější.

Z tepelnětechnického hlediska má na kvalitu rámečků 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. Schránka má vyhovovat z hlediska tuhosti a nepropustnosti meziskelní výplně, které mohou být s tepelnětechnickými požadavky v rozporu. Materiály s nízkou tepelnou vodivostí, jako jsou například termoplasty, nevykazují dostatečnou pevnost na to, aby mohly být použity jako okraje větších ploch IS. Proto se výrobci snaží volit kompromis tak, aby bylo vyhověno všem požadavkům.

Tabulka řadí používané distanční rámečky podle vypočtené nejnižší vnitřní povrchové teploty v oblasti zasklívací spáry u zvoleného plastového okenního profilu s hloubkou zastínění 15 mm (obr. 3).

Profil Swisspacer V, který z druhů okrajů zasklení vyšel s touto konkrétní okenní konstrukcí jako nejkvalitnější, vykazuje vnitřní povrchovou teplotu θ_si = 11,02 °C; tato hodnota splňuje požadavek na faktor vnitřního povrchu. Také jako jediný splnil požadavky normy bez případného otopného tělesa umístěného pod okenní konstrukcí. Jeho tělo je vyrobeno z polypropylenu o tepelné vodivosti λ = 0,16 W/(m . K) a na zajištění dostatečné tuhosti je vyztužen skelnými vlákny. Proto si výrobce mohl dovolit spodní část pokrýt nerezovou ocelí, jež díky tloušťce pouhých 10 µm vodivost distančního rámečku výrazně nezvýší. Její význam spočívá pouze v omezení difuze vzácného plynu z prostoru mezi skly, protože odpor samotného plastu proti difuzi plynu není dostačující.

Rámečky, jejichž tělo je alespoň částečně vyrobeno z plastu (Thermix TX.N, Chromatec Ultra, TGI atd.), splní požadavek za podmínek, za kterých bude pod danou okenní konstrukcí umístěno otopné těleso. Ostatní distanční rámečky s celokovovým tělem požadavkům normy nevyhověly, a proto tento typ okenní konstrukce s 15 mm hloubkou zastínění s těmito rámečky nesmí být do obytných místností staveb na území ČR zabudován (tabulka).

Srovnání distančních rámečků

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. Je to dáno zastíněním tepelného mostu distančního rámečku okenním rámem, konkrétně zasklívací lištou. Křivky v grafu ukazují téměř lineární závislost hloubky zapuštění okraje zasklení na vnitřních povrchových teplotách. O kolik se změní vnitřní povrchová teplota zapuštěním okraje IS o 10 mm, závisí na konkrétním druhu distančního rámečku, především na velikosti tepelného mostu jím tvořeným. Výpočty byly provedeny na výše zmíněném okenním profilu a IS se čtyřmi příkladně zvolenými distančními rámečky. Z grafu lze také odečíst, při jakých hloubkách zastínění jednotlivé distanční rámečky splňují požadavky a zamezí tak výskytu kondenzátu na okrajích zasklení (graf).

Vliv hloubky zastínění distančního rámečku na vnitřní povrchovou teplotu 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 praskání skel u okraje zasklení, a to vlivem příliš vysokého rozdílu teplot mezi zakrytou částí izolačního skla a částí viditelnou.

Závěr
Shodu s požadavkem ČSN 720540-2: 2007 na teplotní faktor vnitřního povrchu je nutné ověřit u každé konstrukce otvorové výplně zvlášť. Zatím neexistují všeobecně platná pra­vidla, která by bez takovýchto výpočtů určila, 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 distančních rámečků celokovových, jako je například 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 praskání IS vlivem vysokého rozdílu teplot.

Náš závěr příkladně ilustrují dva grafické výstupy z výpočtu dvourozměrného teplot­ního pole (obr. 4), v němž je v prvním případě použit hliníkový distanční rámeček a zastínění okraje IS 15 mm a ve druhém případě rámeček Swisspacer V a zastínění okraje IS 25 mm. O významu těchto opatření jasně hovoří rozdíl povrchových teplot 4,97 °C.

Obr. 4: Vliv konstrukčního opatření na vnitřní povrchovou teplotu v oblasti zasklívací spáry

Ing. Roman Jirák
Foto: archiv autora

Autor je doktorandem na Katedře konstrukcí pozemních staveb na FSv ČVUT v Praze. Zabývá se interakcí distančních rámečků zasklívacích jednotek na teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi.

Literatura
1. ČSN 730540-2: 2007 Tepelná ochrana budov.
2. Hájek, V.: Plastové teplé rámečky v izolačních sklech – ano, či ne? In: Tepelná ochrana budov, 2005, č. 4.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.