Tepelněizolační vlastnost izolačního skla a možnosti jejího ověření in situ

9. března 2017

Partneři sekce:

Jsou tepelněizolační vlastnosti izolačního skla po dodání na stavbu nebo zabudování do stavby skutečně takové, jak je deklaruje výrobce?

Izolační skla jsou v současnosti neodmyslitelnou součástí moderní výstavby. Skládají se ze dvou nebo tří tabulí skla v tloušťkách a druzích odpovídajících funkčním, mechanickým a estetickým nárokům. Vzdálenost mezi tabulemi skla vymezuje různě široký distanční profil naplněný vysoušecím prostředkem – molekulovým sítem, které odstraňuje vlhkost a vyrovnává tlak v dutině mezi skly.

Obvodové spojení tabulí skla a distančního profilu je zabezpečeno adhezním, trvale plastickým tmelem, vnější okraj izolačního skla je po celém obvodu utěsněn trvale pružným tmelem, který zabraňuje pronikání vlhkosti do dutiny. S cílem zvýšit tepelněizolační vlastnosti se dutina mezi skly vyplňuje inertním plynem (např. argonem, kryptonem). V poslední době došlo k nejvýznamnějším změnám hlavně v použití materiálu na distanční profil.

Původní hliníkové rámečky už nedoporučuje STN 73 0540-2: 2012, nahrazují je ocelové, nerezové nebo nejnověji plastové tepelnětechnicky zlepšené distanční rámky. Tepelněizolační vlastnosti izolačního skla jsou zpochybňovány hlavně poukazováním na vliv selhání lidského (někdy i technického) faktoru při výrobě, což se nejčastěji pojí s únikem inertního plynu.

Součinitel prostupu tepla a současné poznatky

Nejznámější charakteristickou vlastností izolačních skel je součinitel prostupu tepla (Ug). Hodnota součinitele prostupu tepla udává tepelný tok (tj. tepelná ztráta v zimním období), který se šíří jedním čtverečním metrem dílce při teplotním rozdílu vzduchu mezi interiérem a exteriérem jeden kelvin (K). Měrnou jednotkou je W/(m² . K). Čím je tato hodnota nižší, tím je lepší tepelná izolace izolačního skla.

I když není jedinou charakteristickou vlastností izolačního skla, je jistě nejdiskutovanější, ale i nejvíce investory a uživateli oken zpochybňovanou. Zvýšenou kondenzaci vodní páry na povrchu skla uživatelé často připisují nedostatečné koncentraci nebo absenci plynu v prostoru mezi skly. Přispívá k tomu skutečnost, že jsou jen velmi omezené možnosti jejího přímého měření na reálném rozměru okna nebo zasklené stěny, ať už v laboratoři, nebo na stavbě.

Součinitel prostupu tepla izolačního skla je možné zjistit výpočtem podle EN 673 [7] nebo měřením podle STN EN 674 [8],případně STN EN 675 [9]. Jde o měření vzorku – prototypu – daného notifikované osobě na počáteční zkoušku, a přitom ne každého jednoho dodaného kusu izolačního skla. Harmonizovaná EN 1279-5+A1 ukládá vyjadřovat U_g výpočtem, tj. podle EN 673. Postup podle EN 674 nebo EN 675 se může použít jen tehdy, není-li možné U_g stanovit výpočtem.

Ani jeden z těchto způsobů není použitelný na konkrétním výrobku. Výpočet se použije, pokud nevíme, jaká koncentrace inertního plynu je v meziskelním prostoru a měření podle EN 674 nebo EN 675 zase z důvodu omezeného rozměru vzorku (750 × 750 mm) vkládaného do zkušebního zařízení. Hodnoty součinitele prostupu tepla izolačního skla U_g, kterou lze očekávat u různých koncentrací plynu, udávají podklady některých výrobců [6] nebo je lze zjistit pomocí programu Window 6.3 [1].

K podobným výsledkům je možné dospět i volně dostupným programem Calumen. Problémem zůstává zjištění koncentrace plynu v prostoru mezi skly u už zabudovaného okna. Měřič koncentrace plynu není běžně dostupný. Sdružení SLOVENERGOokno vlastní měřič SPARKLIKE v2, jímž je možné měřit koncentraci plynu nedestruktivní metodou (obr. 1).

1. Přístroj na určení procenta obsahu argonu v meziskelním prostoru.

2. Aplikace přístroje na určení procenta obsahu argonu v meziskelním prostoru

Problémem je měření koncentrace plynu v trojsklech nebo barvených izolačních sklech, u nichž není tento měřič vhodný. Zde je k dispozici jen destrukční metoda, při níž se vybere izolační sklo z rámu křídla okna, navrtá se otvor s průměrem přibližně 3 mm a odebere (odsaje) se vzorek plynu pro analýzu.
Protože součinitel prostupu tepla izolačního skla závisí kromě koncentrace plynu i na šířce meziskelní mezery, podmínkou pro úspěšné zjištění U_g je schopnost změřit šířku této mezery. K dispozici je laserový měřič na obr. 4.

3. Zjištění přítomnosti nízkoemisního povlaku ID

4. Měření tloušťky skla a meziskelního prostoru ID

Ke zjištění součinitele prostupu tepla neprůhledných konstrukcí v nestacionárních podmínkách se někdy používá měřič tepelného toku. Nabízí se možnost použít ho i k měření součinitele prostupu tepla izolačních skel, a to hlavně v případech, není-li použití popsaných měřičů možné (např. barevné sklo, trojsklo, izolační sklo ve fasádě, které není možné vyjmout z rámu apod.).

Použitá metoda a výsledky

Pro náš pokus byl použit měřič tepelného toku s obchodním označením Hukseflux s výstupem v milivoltech, které se datalogerem LI-19 transformovaly na W/m² (obr. 5). Z tohoto výstupu a měření povrchových teplot byl vypočítán součinitel prostupu tepla podle vztahu:

U_g = 1/((θ_si – θ_se/q) + 0,17)

kde U_g   součinitel prostupu tepla izolačního skla v W/(m² . K),
θ_si, θ_se –   vnitřní a vnější povrchová teplota v K,
q         –   tepelný tok v W/m²,
0,17    –   konstanta (zahrnuje standardní odpory při prostupu tepla v m² . K/W).

5. Zkouška Ug (měřič tepelného toku).

Jako zkušební vzorky byla použita zabudovaná izolační dvojskla s deklarovanou skladbou 4-16-4 mm, přičemž rozměr 16 mm se vztahuje na meziskelní mezeru a rozměr 4 mm je tloušťka tabule skla. Izolační skla byla zabudována v rámech oken z PVC-U. U každého vzorku byla změřena koncentrace plynu měřičem podle obr. 1 a 2.

Tloušťka meziskelní mezery a tabule skla byla ověřena měřičem podle obr. 4 uprostřed viditelné šířky izolačního skla. Pro snímání povrchových teplot byly použity snímače Arexx. Při zpracování výsledků měření byly zohledněny odchylky měření získané z kalibračních listů měřičů. Okna byla svislá, otvíravá, se standardními rozměry a s viditelnými rozměry skla uvedenými v tabulce 1.

Jak dopadla měření?

Nejčastěji zpochybňovanou charakteristikou izolačních skel je hodnota součinitele prostupu tepla. Na reálně zabudovaných izolačních sklech v oknech byla vykonána měření uvedená v tabulce 1. Z měření vyplynula velmi dobrá shoda naměřeného U_g s koncentrací argonu. Pro měřený typ izolačního skla je podle STN EN 673 vypočítaná hodnota 1,1 W/(m² . K).

Tato vypočítaná hodnota platí, je-li koncentrace argonu v izolačním skle minimálně 90 ± 5 %. Námi naměřené hodnoty (vzorek 1 až 3) jsou v tomto rozpětí. Tuto hodnotu (zaokrouhleně) je možné dokonce přijmout ještě při koncentraci plynu 80 % (vzorek č. 4). Při snižování koncentrace plynu se prokázal výrazný pokles součinitele prostupu tepla (vzorek č. 5 a 6).

Protože měřič koncentrace plynu dokáže prokázat spolehlivé výsledky jen od koncentrace plynu 40 %, byla vložena do výpočtu podle EN 673 v programu Calumen II. hodnota pro vzduch (vzorek č. 6). Měření měřičem tepelného toku tuto skutečnost potvrdilo, v izolačním skle se nacházelo zanedbatelné množství argonu. Přitom bylo izolační sklo montováno s deklarovanou hodnotou U_g = 1,1 W/(m² . K).

Dnes se už nedozvíme, zda nízká hodnota koncentrace plynu byla už při zabudování, nebo plyn „vyprchal“ během přibližně 10 let používání. Na vzorcích (2 až 5) bylo měřením dosaženo lepších hodnot U_g než výpočtem, např. podle Window 6.3 [1]. Tyto výsledky nejsou při měření součinitele prostupu tepla částí oken (rámy, skla) neobvyklé [4], [5].

Realizovanými ověřovacími měřeními se podařilo prokázat vhodnost metody měření součinitele prostupu tepla izolačních skel měřičem tepelného toku na reálných okenních konstrukcích v zabudovaném stavu. V případě pochybností o deklarovaných hodnotách součinitele prostupu tepla zasklení lze na prokázání reálných hodnot na stavbě doporučit měřiče tepelného toku.

Literatura
1. Window 6.3 Computer Program for Calculating Thermal Performance of Windows. Lawrence Berkeley Laboratory, 2012.
2. Chmúrny, I.: Tepelná ochrana budov. Bratislava: JAGA GROUP, 2003.
3. Puškár, A. a kol.: Okná, zasklené steny, dvere, brány. Bratislava: JAGA GROUP, 2008, ISBN 978-80-8076-062-5.
4. Panáček, P. – Puškár, A.: Vplyv druhu dreviny na tepelnoizolačné vlastnosti okien. In: DŘEVĚNÁ OKNA, DVEŘE, SCHODY 2012, Sborník přednášek odborného semináře, 2. a 3. 2. 2012, Brno ČR, Mendelova univerzita v Brně, ISBN 978-80-7375-599-7, s. 6.
5. Puškár, A. – Panáček, P. – Szabó, D.: Energeticky úsporné drevené okná a kritická povrchová teplota. In: Sborník Odborný seminář „Dřevěná okna, dveře, schody“, Hranice, 2009.
6. Pilkington: Das Glas-Habdbuch, Flachglas AG, 1995.
7. STN EN 673: 2000: Sklo ve stavebnictví. Stanovení součinitele prostupu tepla (hodnota U). Výpočtová metoda.
8. STN EN 674: 2000: Sklo ve stavebnictví. Stanovení součinitele prostupu tepla (hodnota U). Metoda chráněné teplé desky.
9. STN EN 675: Sklo ve stavebnictví. Stanovení součinitele prostupu tepla (hodnota U). Metoda měřiče tepelného toku.

TEXT: prof. Ing. Ivan Chmúrny, Ph.D., a prof. Ing. Anton Puškár, Ph.D., Stavební fakulta STU v Bratislavě, Ing. Pavol Panáček, Ph.D., SLOVENERGOokno
FOTO: archiv autorů

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb 2/2016.