Výplně otvorů patří k technicky náročným konstrukcím budovy. Jejich správný návrh patří k určujícím předpokladům tepelně technické kvality budovy. Tepelně technickou kvalitu výplňových konstrukcí ovlivňuje řešení jejich styků se stavební konstrukcí. Mezi nejproblematičtější místa konstrukce obvodového pláště budov z hlediska tepelných mostů patří konstrukce detailu ve styku obvodové stěny a rámu okenní výplně. Pro pasivní dům je samozřejmostí osazení rámu do roviny izolace, tak aby izotermy ze stěnové konstrukce plynule přecházely do okenní výplně a nevznikaly zde geometrické tepelné mosty. Pomocí dvojrozměrného teplotního pole jsou vyjádřeny lineární činitele prostupu tepla, tepelné ztráty prostupem výplně otvorů a náklady na kotvení. V příspěvku jsou zhodnoceny a porovnány dvě varianty osazení výplně otvorů – osazení výplně otvorů v tepelné izolaci a osazení výplně otvorů na zdivu se zateplením rámu 30 mm.
VSTUPNÍ ÚDAJE, VARIANTY OSAZENÍ
Porovnání bylo provedeno pro plastové okno TOPLINE PLUS. První varianta (Obr. 1a, 2a): okno uloženo v tepelné izolaci, která přesahuje přes rám (30 mm), ukotvení je pomocí ocelových kotev do zdiva v ostění, do železobetonového věnce v nadpraží a položené na dřevěném hranolku 86/120 u parapetu. Druhá varianta (Obr. 2a, 2b): okno uloženo na zdivu se zateplením rámu (tepelná izolace vytažena přes rám 30 mm u ostění a nadpraží) a kotveno šrouby.
Obvodová stěna v obou variantách je tvořena keramickým zdivem KERATHERM 30 P+D s tepelnou izolací EPS tl. 250 mm, BACHL. Okrajové podmínky: způsob vytápění - tlumené (pokles od 2 do 5 °C včetně), otopné těleso není pod výplní otvorů, obvodová stěna je těžká, relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi ≤ 50 %, návrhová vnitřní teplota θai = 21°C a vnější teplota θae = -15°C, odpor při přestupu tepla Rsi = 0,13 m2.K.W-1, Rse = 0,04 m2.K.W-1.
Obr. 1a,b Osazení okna v tepelné izolaci a na zdivu, detail u parapetu
Obr. 2a,b Osazení okna v tepelné izolaci a na zdivu, detail u ostění
POPIS VÝPOČTU
Posuzované detaily byly modelovány v programu ANSYS 11.0, ANSYS Workbench a výpočet proveden metodou MKP. Návrhové hodnoty materiálů a výpočty lineárního činitele prostupu tepla a dalších fyzikálních veličin byly stanoveny dle ČSN 73 0540-2,3,4, ČSN EN ISO 10077-1,2, ČSN EN ISO 14683 a ČSN EN ISO 10211. Vypočítané hodnoty byly zadány do programu Ztráty 2007. Získaná data byla převedena na celkovou cenu potřebnou na pokrytí nákladů na vytápění a porovnána s cenami na ukotvení jednotlivých variant osazení výplně otvoru.
POSUZOVANÉ MÍSTA A HODNOTY LINEÁRNÍHO ČÍNITELE PROSTUPU TEPLA
U obou variant bylo posouzení provedeno v místech parapetu, ostění a nadpraží, mimo kotvy (označení a) a v místech ukotvení ocelovými kotvami (označení b).
Při výpočtech byly uvažovány hodnoty Uf = 0,7 W.m-2.K-1, Ug = 0,6 W.m-2.K-1, Ψg = 0,03 W.m-1.K-1 a součinitel prostupu tepla obvodové stěny Us = 0,11 W.m-2.K-1. Celková hodnota součinitele prostupu tepla okna Uw se započítanými hodnotami Ψf (výpočet dle ČSN EN ISO 10077-1,2): okno uložené v tepelné izolaci Uw = 0,6901 W.m-2.K-1, okno uložené na zdivu Uw = 0,7481 W.m-2.K-1. Hodnota součinitele prostupu tepla okna Uw bez započítaných hodnot Ψf je pro okna uložené v tepelné izolaci a na zdivu Uw = 0,6979 W.m-2.K-1. Součinitel prostupu tepla okna Uw bez započítaných hodnot Ψf je o 1,12% větší než Uw okna uloženého v tepelné izolaci. Hodnota Uw okna uloženého na zdivu je o 7,75% větší než Uw okna uloženého v tepelné izolaci.
Tab. 1 Lineární činitel prostupu tepla posuzovaných detailů (a – mimo kotvy, b – v místě kotvy, θSIM průměrná vnitřní teplota, Ψf lineární činitel prostupu tepla připojovací spáry)
| Ozn. detailu | Popis | θSIM (°C) |
Ψf (W.m-1.K-1) |
Ozn. detailu | Popis | θSIM (°C) |
Ψf (W.m-1.K-1) |
| Uložení výplně otvorů na tepelné izolaci T1 - T3 | |||||||
| T1-a | Parapet | 19,509 | 0,033 | T1-b | Parapet | 19,461 | 0,051 |
| T2-a | Ostění | 19,767 | -0,017 | T2-b | Ostění | 19,731 | -0,005 |
| T3-a | Nadpraží | 19,799 | -0,028 | T3-b | Nadpraží | 19,796 | -0,027 |
| Uložení výplně otvorů na zdivu S1 - S3 | |||||||
| S1-a | Parapet | 19,407 | 0,070 | S1-b | Parapet | 19,433 | 0,061 |
| S2-a | Ostění | 19,715 | 0,000 | S2-b | Ostění | 19,706 | 0,003 |
| S3-a | Nadpraží | 19,699 | 0,005 | S3-b | Nadpraží | 19,691 | 0,008 |
Obr. 3 Osazení okna v tepelné izolaci T1-b až T3-b a na zdivu S1-b až T3-b
ZÁVĚR
Na základě provedených výpočtů dvojrozměrného teplotního pole vyplynulo, že při dostatečném zateplení obvodové konstrukce a přetažení tepelné izolace min. 30 mm přes rám výplně otvoru jsou hodnoty lineárního činitele prostupu tepla v obou variantách srovnatelné. Celkové hodnoty Uw jsou při osazení okna v tepelné izolaci o něco příznivější, ale nesmíme opomenout vyšší náklady a náročnější provedení při tomto uložení. Náklady na pokrytí tepelných ztrát přestupem tepla jednoho okna za rok při osazení na zdivu jsou a) při vytápění objektu zemním plynem o 13,36 Kč větší než při uložení na tepelné izolaci b) při vytápění objektu elektřinou o 47,29 Kč větší než při uložení na tepelné izolaci. Náklady na ukotvení jednoho okna na tepelné izolaci jsou o 1353,09 Kč větší než při uložení výplně otvorů na zdivu. Při výpočtu nákladů na ukotvení výplně otvorů bylo počítáno pouze s kotevním materiálem. Ve skutečnosti, při započítání práce, je cena na ukotvení výplně otvorů na tepelnou izolaci mnohem vyšší.
Literatura
[1] ČSN EN ISO 10077-1 Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla, Část 1:Všeobecně. Praha : Vydavatelství ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT. 2007. 44 s.
[2] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky. Praha : Vydavatelství ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT. 2007. 44 s.
[3] http://www.tzb-info.cz
[4] ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody. Praha: Vydavatelství ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT. 2005.
[5] ČSN EN ISO 10211-1 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Tepelné toky a povrchová teplota – Část 1: Základní výpočtové metody. Praha: Vydavatelství ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT. 1997.
[6] ČSN EN ISO 14683 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Lineární činitel prostupu tepla. Praha : Vydavatelství ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT. 2000.
Recenzoval
Doc. Ing. Miloš Kalousek, Ph.D., VUT Brno, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, docent, Veveří 95, 602 00 Brno, tel: 541 147 440, e-mail: kalousek.m@fce.vutbr.cz
Recenzi naleznete zde.
Tento článek byl publikován také na JUNIORSTAVU 2009.
Izolační sklo, které se neušpiní (72x)
