Vybrané technické vlastnosti okien a spôsoby ich osadenia

Okná a zasklené konštrukcie sú súčasťou takmer každej stavby. Možností, aké okná si zvoliť, je veľa a na výber toho najvhodnejšieho na danú stavbu treba poznať túto problematiku čo najdetailnejšie. Najčastejšie sa uvádzajú a porovnávajú zvyčajne vlastnosti úzko súvisiace s tepelnou technikou.

Existuje však množstvo ďalších technických parametrov, podľa ktorých možno okná porovnávať a hodnotiť a na základe ktorých možno vybrať čo najvhodnejšie otvorové výplne na danú stavbu:

• tepelnoizolačné vlastnosti,
• zvukovoizolačné vlastnosti,
• škárová nepriepustnosť a tesnosť v prípade náporového dažďa,
• požiarna odolnosť,
• mechanická odolnosť.

Tepelnoizolačné vlastnosti
Od kvality a spôsobu vyhotovenia okien a zasklených konštrukcií závisia tepelnotechnické parametre celej stavby. Najväčší podiel tepelných strát budovy pripadá práve na otvorové výplne. Ich rozmiestnenie, vlastnosti a napojenie na nepriehľadné konštrukcie obvodového plášťa ovplyvňuje funkčné, energetické a estetické vlastnosti objektu. Výsledný prechod tepla oknom ovplyvňujú predovšetkým vlastnosti zasklenia a rámu, pomer plochy zasklenia k ploche celého okna, vlastnosti dištančného rámika a jeho dĺžka, ako aj väzba medzi oknom a obvodovou stenou. Všetky tieto faktory by mali byť vo vzájomnom súlade. Zároveň platí, že zasklenie so špičkovými vlastnosťami by sa nemalo osádzať do rámu s priemernou kvalitou.

Najčastejšími zasklievacími jednotkami sú dvojsklá s úpravou povrchu pokovovaním, vďaka čomu sa znižuje výmena tepla sálaním v dutine medzi sklami. Medzera medzi sklami sa na zlepšenie tepelných vlastností plní plynom (napr. argónom, xenónom či kryptónom). Menej sa používa trojsklo. Príčinou je jeho vyššia cena a väčšia hmotnosť, ktorá si vyžaduje masívnejšiu konštrukciu rámu.

Na trhu sa nachádzajú okná s rozličným konštrukčným riešením rámov. Najpoužívanejšie sú nesporne rámy na báze plastu a dreva. Plastové rámy sa vyrábajú s oceľovým výstužným profilom a piatimi až ôsmimi vzduchovými komorami. Drevené rámy sa vyrábajú v rozličných vyhotoveniach – v kombinácii s izolačnou vrstvou na báze korku alebo polyuretánu, s vyfrézovanými vzduchovými dutinami, rámy vytvorené z lamiel na báze tvrdého dreva vypenené polyuretánom, v kombinácii s eloxovaným hliníkom na vonkajšej strane a v iných materiálových kombináciách (oceľ, hliník).

Medzi hlavné, normou stanovené tepelnotechnické parametre patrí súčiniteľ prechodu tepla a hodnota najnižšej povrchovej teploty v mieste okennej výplne.

V ostatných rokoch sa postupne sprísňovali požiadavky na prechod tepla obvodovými konštrukciami. Súčasné funkčné požiadavky na konštrukcie otvorových výplní sú uvedené v STN 73 0540-2: 2012 (Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky). Tieto požiadavky sú zhrnuté v tab. 1 a udávajú požadované a odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla – UN (W/(m² . K)).

Konštrukcie otvorových výplní musia spĺňať podmienku U ≤ UN, kde U je súčiniteľ prechodu tepla a UN je požadovaná hodnota súčiniteľa prechodu tepla. Pri výpočte hodnoty U sa zohľadňuje nielen súčiniteľ prechodu tepla zasklením, ale aj súčiniteľ prechodu tepla rámom a lineárny súčiniteľ prechodu tepla, ktoré závisia od typu zasklenia, dištančného rámika a od spôsobu umiestnenia okna v konštrukcii. Najpriaznivejšie hodnoty súčiniteľa prechodu tepla, ktoré dnes výrobcovia dosahujú, sa pohybujú na úrovni od 0,7 do 0,8 W/(m² . K) (obr. 1).

Tab. 1  Požadované hodnoty súčiniteľa prechodu tepla

Zvukovoizolačné vlastnosti
Aby okno poskytovalo dostatočnú odolnosť proti hluku, musí bezchybne tesniť a musí svojím vonkajším tvarom odolávať hluku (z fyzikálneho hľadiska ide o stojaté vlnenie vzduchu). Zvukovoizolačné vlastnosti závisia od vyhotovenia a spôsobu zasklenia, tesnosti škár a materiálu okenného rámu.

V minulosti sa na zvukovoizolačné vlastnosti okien, až na ojedinelé výnimky, nevzťahovali žiadne záväzné ustanovenia. Táto situácia sa zásadným spôsobom zmenila začiatkom deväťdesiatych rokov minulého storočia. Na všetkých stavbách sa v súčasnosti požaduje splnenie určitých limitov stanovených v DIN 4019, ktoré sa musia zohľadniť už v projektovej fáze prípravy stavby.

Požadovanú porotihlukovú ochranu charakterizuje veličina Rw (dB). Táto veličina zahŕňa iba zvuk, ktorý prejde cez samotné okno. Ostatné zvuky, ktoré sa prenášajú takzvanými vedľajšími cestami, teda susediacim murivom, stropom, podlahou a podobne, nezahŕňa.

Každému určeniu potrebného stupňa výslednej protihlukovej izolácie musí predchádzať stanovenie smerodajnej hladiny vonkajšieho hluku. Z výsledného stupňa protihlukovej izolácie sa určí stupeň protihlukovej ochrany okien (tab. 2).

Tab. 2  Požadovaná zvukotesnosť okien

Faktory ovplyvňujúce zvukovoizolačné vlastnosti
Vplyv materiálu na výrobu okien (hliník, drevo, oceľ a plast) je pri dodržaní požiadaviek na kvalitu takmer zanedbateľný. Naopak, jedným z hlavných faktorov, ktoré rozhodujú o kvalite protihlukovej izolácie okien, je konštrukcia zasklenia.

Z hľadiska zasklenia možno zvukovoizolačné vlastnosti vylepšiť tromi spôsobmi:

• zväčšením hmotnosti skla,
• konštrukciou s nesúmerným usporiadaním viacvrstvových izolačných skiel,
• použitím vrstiev z liatej živice,
• zväčšením vzdialenosti jednotlivých tabúľ v zasklení až na 70 mm.

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje zvokovoizolačné parametre, je škárová zvuková izolácia a vplyv montážnych škár. Konkrétne ide o dĺžku a plochu škáry, kvalitu bočných povrchov (vyhotovenie hladké, drsné alebo porézne), tvar škáry (rovné alebo stupňovité vyhotovenie), absorpčné schopnosti materiálu výplne či ventilačnú tesnosť, respektíve prítlak škárového tesnenia na bočné časti škáry. Na dosiahnutie dobrej zvukovej izolácie má podstatný vplyv aj kvalita montáže.

Tesnosť pri náporovom daždi
Požiadavky na škárovú priepustnosť a tesnosť pri náporovom daždi sa vzťahujú na konštrukčnú škáru medzi krídlom a rámom okna. Kritériá požadovanej tesnosti pri nárazovom daždi nie sú stanovené absolútne, ich vymedzenie je dané tým, že pri vzniku výnimočných situácií sa môže prekročiť bežné namáhanie okennej konštrukcie a malé množstvo zrážkovej vody môže preniknúť do vnútorného okenného priestoru. Pritom sa musí zabezpečiť, aby voda nevtekala nekontrolovateľne do konštrukcie a ne­spôsobovala poškodenie okenných rámov.

Súčiniteľ škárovej priepustnosti a vyjadruje mieru vzduchotesnosti konštrukčnej škáry medzi okenným rámom a krídlom. Hodnota a udáva množstvo vzduchu, ktoré prestúpi cez jeden meter okennej škáry za časovú jednotku pri rozdiele vonkajšieho a vnútorného tlaku 10 Pa. Na priepustnosť po dĺžke škáry majú vplyv predovšetkým tuhosť okenného rámu, uzatvorenie kovania či kvalita tesnenia. Súčiniteľ škárovej priepustnosti sa stanoví podľa zatriedenia budovy do jednej z troch skupín. Toto zatriedenie sa realizuje podľa počtu podlaží.

Tesnosť pri náporovom daždi vyjadruje mieru istoty, ktorú poskytuje uzavreté okno pri danej sile vetra a množstve zrážok proti vniknutiu vody cez okno dovnútra konštrukcie.

Na zabezpečenie dlhodobej prevádzkovej tesnosti pri náporovom daždi je dôležité riadne vyhotovenie oblasti okennej drážky vrátane správnej polohy a osadenia príslušného tesnenia, ako aj správne vyhotovenie ventilačných otvorov. Najlepším riešením je takzvané dvojstupňové tesnenie proti náporovému dažďu a tesnenie proti vetru.

Mechanická odolnosť
Z hľadiska mechanickej odolnosti okien sa vo všeobecnosti rozlišuje odolnosť proti vlámaniu a odolnosť proti priestrelu.

Ak ide o bezpečnosť budovy z hľadiska vniknutia nežiaducich osôb, je zrejmé, že okná a dvere zohrávajú pravdepodobne naj­dôležitejšiu úlohu. Výrobcovia, ktorí deklarujú odolnosť proti vlámaniu, musia mať výrobky odskúšané v autorizovanej skúšobni. Okná ma­jú definované tri základné triedy bezpečnosti:

• WK1 – príležitostný zlodej/vandal sa snaží otvoriť okná a dvere iba fyzickou silou, napríklad zapretím sa plnou váhou o dvere, prípadne úderom lakťa alebo lomcovaním dvermi či oknami;
• WK2 – príležitostný zlodej/vandal sa snaží otvoriť okná a dvere jednoduchými nástrojmi ako je skrutkovač, nôž, kliešte, prípadne klin;
• WK3 – okrem nástrojov z triedy WK2 zlodej môže ešte použiť ďalší skrutkovač, kladivo, sekeru alebo krompáč.

Existujú aj vyššie triedy bezpečnosti, ale okná, ktoré by tieto triedy spĺňali, sa štandardne nevyrábajú – výhodnejšie je v týchto prípadoch použiť mreže.

Ako odolné proti priestrelu sa označujú tie stavebné prvky, ktoré sú schopné zabrániť prieniku striel do priestoru uzatvoreného týmto prvkom. Podľa odolnosti sa okná delia do piatich tried, každej triede je priradený zodpovedajúci druh zasklenia, pričom zasklenie môže byť buď trieštivé, alebo netrieštivé.

Požiarna odolnosť
Požiadavky na stavby z hľadiska požiarnej odolnosti sa riešia kódexom požiarnych noriem, teda normami triedy STN 73 08. V týchto normách sa stanovujú požiadavky a preukázateľnosť splnenia týchto požiadaviek. Požiarne okná sa z hľadiska požiarnej odolnosti berú ako prvky, ktoré uzatvárajú požiarne úseky a únikové cesty (požiarny uzáver otvorov). Jednotlivé typy požiarnych uzáverov sa líšia týmito parametrami: celistvosť E, hustota tepelného toku W, teplota na neohrievanej strane I a prestup splodín horenia S.

Požiarne sklo treba vždy považovať len za čiastkovú skladobnú časť celého stavebného požiarneho prvku. Iba v kombinácii so špeciálnym rámom a po vykonaní úspešnej skúšky sa dosiahnu požadované vlastnosti stavebného prvku.

Vetranie a ventilácia
Aby sa dosiahlo čo najpríjemnejšie vnútorné prostredie v bytových aj nebytových priestoroch, treba v nich zabezpečiť primeranú výmenu vzduchu. V staršej zástavbe s pôvodnými otvorovými výplňami zabezpečujú túto výmenu netesnosti. Ide o výmenu nekontrolovateľnú a väčšinou takú vysokú, že tepelné straty sú príliš veľké. V prípade moderných okien, ktoré majú veľmi nízky súčiniteľ prechodu tepla, nastáva opačný problém. Ak sú v budove iba tieto okná, je prirodzená výmena vzduchu taká nízka, že treba často vetrať. Vetranie možno v prípade okien zabezpečiť mikroventiláciou, vetracou lištou, prípadne vetracím tesnením.

Funkciu mikroventilácie zabezpečujú aj niektoré typy celoobvodových kovaní okien. Pri otočení kľučky o 45° sa okno pootvorí o 4 mm – táto takzvaná štvrtá poloha kľučky odtesní krídlo a zabezpečí trvalú výmenu vzduchu aj pri zatvorenom okne.

Vetrať možno aj ventilačnými mriežkami či vetracími lištami, ktoré sa osádzajú do rámu alebo nahrádzajú časť skla. Ak je mechanika v činnosti, uskutočňuje sa odstraňovanie vlhkosti z obytných priestorov a prísun čerstvého vzduchu pri minimálnych tepelných stratách a úplne bez prievanu. V prípade použitia špeciálneho vetracieho tesnenia ide väčšinou iba o minimálnu výmenu vzduchu pri splnení hygienických noriem týkajúcich sa obytných miestností. Špeciálne tesnenie sa osádza v hornej časti okien.

Varianty osadenia otvorových výplní
Správny návrh osadenia otvorových výplní na obvodovú stenu patrí rovnako k určujúcim predpokladom tepelnotechnickej kvality budovy. Tepelnotechnickú kvalitu výplňových konštrukcií ovplyvňuje riešenie ich stykov so stavebnou konštrukciou. Medzi najproblematickejšie miesta konštrukcie obvodového plášťa z hľadiska tepelných mostov patrí konštrukcia detailu v mieste styku obvodovej steny a rámu okennej výplne. Najčastejšie sa používajú tieto dva varianty osadenia otvorových výplní: osadenie výplní na tepelnej izolácii a osadenie na murive so zateplením rámu.

Analýza
Porovnanie sa týkalo plastových okien Topline Plus a realizovalo pri štandardných okrajových podmienkach. Prvý variant: okno bolo osadené na tepelnej izolácii, ktorá presahovala 30 mm cez rám; ukotvenie sa realizovalo pomocou oceľových kotiev do muriva ostenia a do železobetónového venca nadpražia a okno sa položilo na drevený hranol 86/120 v mieste parapetu (obr. 2). Druhý variant: okno sa osadilo do muriva so zatepleným rámom (tepelná izolácia vytiahnutá cez rám 30 mm v mieste ostenia a nadpražia) a ukotvilo skrutkami (obr. 3). Obvodovú stenu v obidvoch varian­toch tvorí keramické murivo KeraTHERM 30 P+D s tepelnou izoláciou EPS s hrúbkou 250 mm od firmy BACHL, a. s.

Obr. 2  Osadenie okna a tepelnej izolácie, detail ostenia

Obr. 3  Osadenie okna do murivo, detail ostenia

Posudzované detaily sa modelovali v programe ANSYS 11.0, ANSYS Workbench a výpočet sa realizoval metódou konečných prvkov. Návrhové hodnoty materiálov a výpočty lineárneho súčiniteľa prechodu tepla a ďalších fyzikálnych veličín sa stanovili v súlade s platnými STN. Zo získaných hodnôt sa vypočítala priemerná teplota na vnútornom povrchu detailu θSIM. V oboch prípadoch sa posudzovali parapet, ostenie a nadpražie, mimo miesta ukotvania (a), ako aj v mieste ukotvenia oceľovými kotvami (b) (obr. 4 a 5). Pri výpočtoch sa uvažovali tieto hodnoty okna:

• Uf = 0,7 W/(m² . K),
• Ug = 0,6 W/(m2 . K),
• Ψg = 0,03 W/(m . K),
• súčiniteľ prechodu tepla obvodovej steny Us = 0,11 W/(m² . K).

Obr. 4  Osadenie okna na úrovni muriva T2-b

Obr. 5  Osadenie okna v mieste tepelnej izolácie S2-b

Celková hodnota súčiniteľa prechodu tepla okna Uw so započítanými hodnotami Ψf (výpočet podľa ČSN EN ISO 10077-1, 2) (tab. 3).

Tab. 3  Lineárny súčiniteľ prechodu tepla posudzovaných detailov

Z hľadiska dosiahnutia optimálnych tepelnotechnických parametrov je zavedenou praxou osadenie otvorových výplní na tepelnú izoláciu. Z realizovaných modelov a výpočtov však vyplynulo, že súčiniteľ prechodu tepla oknom Uw so započítanými hodnotami lineárneho súčiniteľa prechodu tepla Ψ okna osadeného na murive je iba o 7 % väčší ako okna osadeného na tepelnej izolácii. Na základe uvedených výsledkov sa realizovalo porovnanie nákladov na kotvenie okna uloženého na tepelnej izolácii a na murive.
Prepočet potreby tepla na pokrytie tepel­ných strát pri prechode tepla výplňou sa realizoval s cenami platnými od 1. 10. 2008 za vykurovanie budovy zemným plynom a elektrinou. Ide o vyčíslenie nákladov na pokrytie tepelných strát vznikajúcich iba v mieste tepelného mosta okenným otvorom. V praxi treba vykonať komplexnejšie posúdenie, ktoré zohľadní aj veľkosť a typ budovy, orientáciu na svetové strany a podobne (tab. 4).

Tab. 4  Náklady na pokrytie tepelných strát

Náklady na pokrytie strát prechodom tepla v prípade jedného okna za rok pri osadení na murivo sú:

• pri vykurovaní budovy zemným plynom o 0,54 € väčšie ako pri uložení na tepelnú izoláciu;
• pri vykurovaní budovy elektrinou o 1,81 € väčšie ako pri uložení na tepelnú izoláciu.

Náklady na kotvenie jedného okna do tepelnej izolácie sú o 52,04 € vyššie ako pri osadení do muriva (tab. 5).

Tab. 5  Náklady na ukotvenie okna

Na základe vykonaných výpočtov dvojrozmerného teplotného poľa vyplynulo, že pri dostatočnom zateplení obvodovej konštrukcie a pretiahnutí tepelnej izolácie minimálne o 30 mm cez rám otvorovej výplne sú hodnoty lineárneho súčiniteľa prechodu tepla pri obidvoch variantoch porovnateľné. Celkové hodnoty Uw sú pri osadení okna do tepelnej izolácie o niečo priaznivejšie, ale treba upozorniť na vyššie náklady a náročnejšie vyhotovenie detailov.

Nároky na prepracovanosť konštrukčných detailov stavebných konštrukcií sa neustále zvyšujú. Už vo fáze návrhu by sa malo ku konštrukčným detailom vždy pristupovať v kontexte energetickej koncepcie celej budovy. Aspekty, ktoré ovplyvňujú kvalitu konštrukčného riešenia, nie sú len tepelné, technické a ekonomické, ale aj estetické, solárne a podobne. Významnú úlohu zohráva aj prácnosť a nadväznosť na súvisiace stavebné prvky (parapetné dosky, oplechovanie, napojenie parozábrany a podobne).

TEXT: Ing. Michal Remeš, Ing. Lukáš Hejný
OBRÁZKY a FOTO: archív autorov

Ing. Michal Remeš je autorizovaný inžinier v odbore pozemné stavby.

Ing. Lukáš Hejný je autorizovaný inžinier v odbore pozemné stavby a požiarna bezpečnosť stavieb, a zároveň odborník na energetickú certifikáciu budov.

Autori sú prevádzkovateľmi portálu o preukazoch energetickej náročnosti budov.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.