Distanční rámečky – prvky ovlivňující vnitřní povrchovou teplotu v oblasti zasklívací spáry okenní konstrukce

Z tepelně-technického 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 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:

 

f_Rsi = ––––––––––– (1),

f_Rsi ≥ f_Rsi,N = f_Rsi,cr + Δf_Rsi,

 

kde:

Ø_si… vnitřní povrchová teplota konstrukce [°C],

Ø_ai… návrhová teplota vnitřního vzduchu [°C],

Ø_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 [–].

 

Zasklívací spára je spojením zasklívací jednotky a okenního křídla (obr. 1). Z hlediska splnění požadavku na f_Rsi jde o jednu z nejrizikovějších oblastí těchto konstrukcí. Dokazuje to nekontaktní infračervená termografie (obr. 2), která zobrazuje povrchové teploty okenní konstrukce. Oblasti okraje zasklení vykazují nejnižší povrchovou teplotu, jejíž hodnota v případě poklesu pod rosný bod způsobí vznik kondenzátu.

 

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= 1,1 W/(m².K) – viz obr. 3. Dále byly zvoleny okrajové podmínky výpočtu Ø_ai = 21 °C, Ø_e = –17 °C, f_i = 50 %, pro které musí konstrukce vykazovat vnitřní povrchovou teplotu q_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 faktor vnitřního povrchu f_Rsi.Na jednotlivé proměnné bude v textu dále upozorněno.

 

 

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 diskusí o jejich kvalitách, zda volit okraje izolačních skel (dále jen IS) plastové, nerezové, nebo jaký konkrétní rámeček je nejvhodnější.

Na kvalitu z tepelně-technického hlediska má 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 tepelně-technickými požadavky v rozporu. Materiály s nízkou tepelnou vodivostí, jako jsou např. termoplasty, nevykazují dostatečnou pevnost, aby mohly být použity jako okraje větších ploch IS. Proto se výrobci snaží volit kompromis tak, aby bylo vyhověno všem požadavkům. Následující tabulka řadí používané distanční rámečky podle vypočtené nejnižší vnitřní povrchové teploty v oblasti zasklívací spáry u námi zvoleného plastového okenního profilu s hloubkou zastínění 15 mm (obr. 3).

Swisspacer V, který z okrajů zasklení vyšel s touto konkrétní okenní konstrukcí jako nejkvalitnější, vykazuje vnitřní povrchovou teplotu Ø_si = 11,02 °C, jež dostačuje pro splnění požadavku 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 l = 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 10 μm vodivost distančního rámečku výrazně nezvýší. Její význam spočívá pouze v omezení difuze vzácného plynu z prostoru mezi skly, protože odpor proti difuzi plynu samotného plastu není dostačující.

 

 

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

 

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 (obr. 4).

Je to dáno zastíněním tepelného mostu distančního rámečku okenním rámem, konkrétně zasklívací lištou. Křivky v následujícím 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 tvořeného. 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.

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.

 

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:

1. používat IS s distančními rámečky s nízkou tepelnou vodivostí. Vyvarovat se použití distančních rámečků celokovových, jako je např. rámeček hliníkový nebo chromatech. Díky jejich vysoké vodivosti nelze požadavky normy splnit.

2. IS zasklívat do polodrážky, která dovolí co možná největší zastínění tepelného mostu distančního rámečku tak, aby nedocházelo k praskání IS vlivem vysokého rozdílu teplot.

 

 

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.

ROMAN JIRÁK

 

Recenzoval doc. Ing. Václav Hájek, CSc.

 

1) ČSN 730540-2: 2007 Tepelná ochrana budov

2) Hájek, V.: Plastové „teplé“ rámečky v izolačních sklech – ano či ne? Tepelná ochrana budov, č. 4, 2005.