Rozdělení okenních konstrukcí
Dešťová zábrana
U dvoustupňově těsněných oken, obr. č. 1 a 2, můžeme rozlišit ve funkční spáře dva stupně těsnění. První stupeň, bližší k vnějšímu povrchu – dešťová zábrana má za úkol zajistit těsnost okna proti průniku hnaného deště funkční spárou na vnitřní stranu okna. Tato dešťová zábrana toto činí zcela spolehlivě, propustí vodu pouze do dekompresní dutiny, která je základním stavebním kamenem dešťové zábrany. V dešťové zábraně kapky vody ztratí svoji kinetickou energii, soustředí se ve sběrné drážce, a pomocí dostatečného počtu a velikosti odtokových otvorů, odteče tato voda na vnější stranu okna. Tento odtok vody je ovšem podmíněn dodržením základní funkční podmínky – trvalého vyrovnání tlaku vzduchu mezi dekompresní dutinou a vnějším prostředím. (Tato základní podmínka platí rovněž pro zasklívací spáru). Takové trvalé zajištění vyrovnání tlaku mezi vnějším prostředím a dešťovou zábranou, můžeme zajistit několikerým způsobem – trvalým otevřením vnější dolehávky po celém obvodu v tl. 2-3 mm, nebo vytvořením přivětrávacích otvorů v horní části okenních rámů – pokud možno ve stejném počtu jako je počet odtokových otvorů, nebo vynecháním horního těsnicího profilu na vnější dolehávce. Dešťová zábrana, která je dobře konstrukčně navržena, zamezí přístupu vody až na úroveň prvního těsnicího profilu, jakožto základního stavebního kamene větrové zábrany.
Větrová zábrana
Druhý stupeň
těsnění funkční spáry je větrová zábrana. Větrová zábrana má za úkol limitovat infiltraci vzduchu na požadovanou – normovou hodnotu. Větrovou zábranu u oken tvoří těsnicí profily, kterých může být i několik, ale každý z nich musí obíhat vždy v jedné úrovni po celém obvodu okenního křídla. Tím, že tyto těsnicí profily začínají až za dešťovou zábranou, jsou umístěny ve střední a vnitřní poloze, což je velice výhodné s ohledem na to, že těsnicí profily jsou zpravidla vyrobeny z pryžových či plastových profilů, kterým vadí střídání teplot a působení ultrafialových paprsků. Protože větrová zábrana umožňuje určitou limitovanou infiltraci vzduchu, musíme počítat s tím, že mezi těsnicím profilem a jeho dolehávkou, proudí určité malé množství vzduchu. Pokud by na těsnicím profilu byla přítomna voda, vzduchový proud by tuto vodu strhl s sebou na vnitřní stranu okna – okno by bylo netěsné proti průniku vody, a tím nepoužitelné v našich podmínkách.
Okna, o kterých hovoříme jako o oknech jednostupňově těsněných, obr. č. 3 a 4, nemají samostatnou dešťovou zábranu. Nemají dostatečnou sběrnou drážku na proniklou dešťovou vodu. Tato voda má velmi snadný přístup až na úroveň jediného těsnicího profilu, který je na vnitřní dolehávce. Mnohdy je tento profil ještě přerušen rohovým ložiskem kování. Takové okenní konstrukce odolávají zkušebním tlakům jen velmi
obtížně a hodí se pro použití a zabudování do nižších úrovní nad terénem. Vnější těsnicí profil slouží pouze na omezení množství vody, které pronikne do funkční spáry. Odvoňovací a přivětrávací otvory, které zde musí být, umožňují přístup studeného vnějšího vzduchu až k vnitřnímu těsnicímu profilu a k vnitřnímu povrchu. Kromě zhoršených tepelnětechnických vlastností je snížena i vzduchová neprůzvučnost takových okenních rámových materiálů.
Současné trendy v konstrukcích oken
Obecné tendence
V současné době lze konstatovat příznivý vývoj v oblasti otvorových výplní. Jedním z příznivých znaků je nárůst výroby a odbytu kvalitních okenních konstrukcí s dvoustupňovým těsněním ve funkční spáře. Toto se týká především systémů oken vyrobených z PVC profilů. Dříve, zejména z cenových důvodů, byl větší odbyt oken s jednostupňovým těsněním ve funkční spáře, investory zajímala především nízká cena, nikoliv užitné vlastnosti. Po narůstajících problémech se zatékavostí a nižšími akustickými vlastnostmi stále více investorů a zákazníků vyžaduje již spolehlivější konstrukce oken dvoustupňově těsněných, ikdyž jsou cenově o něco náročnější.
Další tendencí je nárůst výroby a odbytu dřevěných oken. U většiny konstrukcí dřevěných oken se jedná vždy o okna dvoustupňově těsněná ve funkční spáře.
Tepelnětechnické vlastnosti
Za velmi pozitivní jev lze označit stálý nárůst uplatnění zasklívacích jednotek okenních konstrukcí s lepšími tepelnětechnickými vlastnostmi než doposud. Donedávna výrobci z cenových důvodů a díky snaze uspět v soutěžích o zakázky nabízeli dodávku oken vybavených zasklívacími jednotkami se součinitelem prostupu tepla k = 2,9 W/m2K. Stále více investorů a odběratelů dává již vědomě přednost kvalitnějším sklům, která přinášejí trvale výrazné energetické úspory. Dnes je možné považovat již za běžný standard zasklívací jednotky se součinitelem prostupu tepla k = 1,1 W/m2K, které nám zajistí snížení tepelných ztrát plochou prosklení na třetinu, a to trvale. Používání zasklívacích jednotek s horšími vlastnostmi, lze v současné době považovat za nezodpovědné.
Další charakteristickou změnou je snaha všech okenních systémů o prodloužení životnosti okenních konstrukcí včetně zajištění tzv. ,bezúdržbovosti“ okenních konstrukcí.
Kování
Převážná většina okenních konstrukcí dnes musí být vybavena celoobvodovým kováním, které nám umožňuje jednou ovládací klikou zajistit jak otevírání a sklápění křídla, tak i další funkce. Takové celoobvodové kování by mělo být automaticky vybaveno pojistkou proti chybnému ovládání. Tato bezpečnostní pojistka brání např. přesunu kliky do polohy sklápění křídla při otevřeném křídle. Pokud by tato pojistka nebyla , hrozí vypadnutí křídla z okenního rámu, a to zejména při větších rozměrech okenních křídel. Vhodným doplňkem kování bývá také ,dětská pojistka“, která brání běžným způsobem křídlo otevřít, je uvolněna jen funkce sklápění. Je to vhodné zejména v bytech ve vyšších podlažích. Výrobci okenního kování již nabízejí jako doplněk celoobvodového kování možnost pohybem ovládací kliky aretovat polohu křídla v otevřené poloze v libovolném místě. Veškeré tyto doplňky zvyšují obslužný komfort a zlepšují užitné vlastnosti současných oken.
Mikroventilace
Dalším doplňkem kování je funkce ,mikroventilace“, která spočívá v uvolnění přítlaku křídla a těsnicích profilů oproti okennímu rámu. Ve svém důsledku umožňuje zvýšení infiltrace vzduchu, ale za současného snížení akustického útlumu a umožnění přenosu vnějšího hluku do interiéru. Dle mého názoru bude nutné v budoucnu počítat s doplněním okenních konstrukcí větracími klapkami, které zajistí dle potřeby dostatečný přívod vzduchu, opravdu kontrolovatelný, za současného zachování akustického útlumu okenní konstrukce a tím zajištění požadovaného komfortu v interiéru – viz příklad na obr. 5.
Vývojové tendence v jednotlivých materiálových skupinách okenních konstrukcí
Okenní konstrukce z PVC profilů
Vývojový posun lze zaznamenat zejména v konstrukci nosných profilů. Důležitými vlastnostmi okenních rámů jsou především pevnost (tuhost) profilů a jejich tepelnětechnické vlastnosti. Tyto vlastnosti mají poněkud protichůdné požadavky. Z důvodů zajištění tuhosti musíme plastové profily vyztužovat ocelovými vložkami, ale ty na druhé straně výrazně zhoršují tepelnětechnické vlastnosti těchto profilů. Nejdříve se konstruktéři plastových profilů snažili omezit tyto negativní vlivy ocelových výztuh vytvářením ochranných vzduchových dutin v profilech – hovoříme o dvou- až tříkomorových profilech, ale dosahované výsledky nejsou u tohoto řešení ještě uspokojivé, zejména ve srovnání s tepelnětechnickými vlastnostmi dřevěných rámů. Příklad dvoukomorového profilu s ocelovou výztuhou (okenního křídla) vidíme na obr. č. 6 a 7, vhodnější, tříkomorové řešení je patrné z obr. č. 8 a 9. Tento nedostatek se začíná dařit odstraňovat konstrukcí mnoha komorových – ,voštinových“ profilů, které pro zajištění tuhosti již nepotřebují vkládat ocelové výztuhy. Takové profily již dosahují z hlediska tepelně-technických vlastností úrovně dřevěných profilů.
Pro výrobu takových voštinových profilů je ovšem zapotřebí více hmoty PVC, složitější tvarovací nástroje, což má vliv na konečnou cenu výrobku.
Další možností jak zvyšovat únosnost a stabilitu plastových profilů je kombinace různých materiálů ve vrstvách stěn profilu, umožněná technologií koextruze, a to až trojnásobnou. Základní nosnou vrstvu PVC profilu tvoří nosné jádro z PVC, s příměsí skleněných vláken jako rozptýlené výztuže. Na toto jádro je pomocí koextruze nanesena vrstva pohledového PVC a navíc je možné na vnější stranu profilů nanášet ještě další
vrstvu PMMA (polymethylmetakrylátu), imitující např. dřevěný povrch. Nosné jádro profilu vyztužené skleněnými vlákny zajišťuje profilu dostatečnou tuhost, proto odpadá při běžných velikostech oken nutnost vkládání přídavné ocelové výztuhy. Výrazně se zlepšují tepelnětechnické vlastnosti rámové konstrukce. Zvýšená cena profilu je výrazně kompenzována absencí ocelové výztuhy.
To, že považujeme okna vyrobená z PVC za okna ,bezúdržbová“, je pouze relativní pojem, jelikož všechny okenní konstrukce potřebují jistou míru pravidelné údržby. Jen u některých materiálových verzí odpadá potřeba obnovy povrchové úpravy. V každém případě se jedná o pravidelnou hygienu okenní konstrukce a pravidelnou údržbu (seřizování a mazání) celoobvodového kování. Snaha o prodloužení životnosti profilů je vlastní většině okenních konstrukcí. Vezmeme-li v úvahu, že největším degradačním faktorem pro profily z PVC je UV záření, je zcela pochopitelná snaha vliv tohoto záření omezit na minimum, a tím spolehlivě zajistit prodloužení
životnosti profilů. Toho můžeme dosáhnou kombinací plastových PVC profilů s hliníkovým obkladem na vnější straně, a tím eliminaci vlivu UV záření na vlastní plastové profily. Příklad takového řešení je na obr. č. 10 a 11. Kromě toho zajistíme široké možnosti barevného řešení hliníkových obkladových profilů.
Důležitým faktorem zejména u plastových profilů na bázi PVC je možnost recyklace starého materiálu a odpadu při výrobě nových výrobků. Řešení, které přispívá ke snížení cen základních profilů je výroba profilů, jejichž stěny jsou tvořeny základní vrstvou recyklovaného materiálu, na který je vnější vrstva z nového materiálu nanesena koextruzí.
Okenní konstrukce ze dřeva
Základním vývojovým trendem dřevěných okenních konstrukcí je snaha po odstranění těch vlastností, které ve srovnání s jinými materiálovými bázemi jsou horší. Jednou z nepříjemných vlastností dřeva je jeho poměrná nestabilita v závislosti na vlhkosti, která se u masivních profilů projevuje především kroucením a změnou objemu. Změnu objemu dřeva v závislosti na vlhkosti nelze jednoduše ostranit, lze ji jen výrazně omezit použitím kvalitní povrchové úpravy, a především potřebných předúprav, jako jsou napouštění řezných ploch dřeva speciálním prostředkem, který zamezuje možnost nasáknutí vlhkosti do vláken dřeva, vyplnění spojových konstrukčních spár po provedeném základování pomocí trvale pružné výplňové hmoty, jako i použití kvalitních pružných nátěrů, které zaručují dřevu dlouhodobou spolehlivou ochranu. Takové nátěrové systémy vyžadují obnovovací či ,osvěžovací“ nátěry nejdříve po 5 – 7 letech. Vliv kroucení byl zamezen úpravou základního materiálu, který tvoří minimálně třívrstvá lamela, která je vyrobena pouze z kvalitního ušlechtilého dřeva, ze kterého jsou odstraněny veškeré anomálie, které by mohly způsobovat případnou tvarovou změnu. Dalším důležitým faktorem je použití vysoce kvalitních vodostálých lepidel jak na výrobu lepených dřevěných lamel, tak i na vlastní výrobu a spojování jednotlivých částí okenní konstrukce. Taková lepidla odpovídají kvalitativnímu stupni D4 podle DIN 204. Další možností zajištění lepší tvarové stability je použití ušlechtilejších druhů dřeva na výrobu lepených lamel, jako je např. Meranti.
U dřevěných okenních konstrukcí na vnější straně oken nejvíce trpí povrch vodorovných či šikmých ploch, kde se nejdéle drží voda a sníh. Na těchto plochách také nejdříve vznikají poruchy povrchové úpravy. K zamezení tohoto nežádoucího vlivu, začali někteří výrobci dřevěných oken používat ochranné hliníkové lišty těchto šikmých ploch – viz příklad na obr. č. 12.
Potřeba odstranit nepříjemnou vlastnost dřevěných oken, nutnost obnovovat a udržovat vnější povrchovou úpravu v kratších intervalech než vnitřní plochy, vede konstruktéry oken k řešení, kdy se kombinuje hliníkový obklad na vnější straně s klasickým oknem na straně vnitřní. Zachovávají se tak výborné tepelně- technické vlastnosti dřeva jakož i příjemné estetické působení dřeva do vnitřního prostoru a z vnější strany celou dřevěnou konstrukci okna
chrání hliníkový obklad, který může být různě povrchově upraven. Takové řešení je konstruováno jednak jako doplněk stávající okenní konstrukce, jako např. EURO okno doplněné vnějším přídavným hliníkovým obkladem viz obr. 14, nebo přímo novou originální konstrukcí dřevo-hliníkového okna, jak je tomu u systému THERMOSTAR AH-100, viz obr. 15.
Další převratnou novinkou v technologii výroby dřevěných oken je přechod od spojování okenních rámů čepováním na spojování okenních rámů v rozích pomocí svařování. Ano, čtete dobře – svařování. Při tomto svařování se nesvařuje pochopitelně dřevo, ale tavné lepidlo, které se předem nanese na řezné plochy, které jsou pro pravoúhlá křídla provedeny pod 45 °. Po svaření na podobném zařízení jako se svařují plastová okna se ještě pevnost rohového
spoje pojistí dvěma vruty a vše je hotovo. Tato technologická změna umožňuje zkrácení výrobního času dřevěných oken na třetinu původního a navíc odpadá velmi náročná ruční práce na broušení rámů před a v průběhu provádění povrchové úpravy. Základní lepené lamely se nejdříve vyprofilují na potřebné profily, v celých tyčích se provede jak základování, mezibrus i definitivní povrchová úprava, vše automaticky – strojně a s takto připravenými profily se pracuje jako s profily z umělé hmoty. Následuje řezání na dvouhlavé pile, po nanesení tavného lepidla svaření v rozích, montáž kování, zasklení a kompletace. Tento technologický posun znamená výrazné zlevnění výroby dřevěných oken, což bezesporu přispěje k jejich dalšímu rozšíření.
Okenní konstrukce na bázi recyklovaných plastů
Celkem v nedávné době se na našem trhu začala úspěšně prosazovat zcela nová konstrukce oken z nového kompozitního materiálu. Základem okenních profilů je masivní tuhé jádro vyrobené z recyklovaných plastů (směs polyetylénu a polypropylénu) s příměsí malého množství rozvlákněné celulózy jako rozptýlené výztuže. Toto masivní jádro ze 100% recyklátu je obaleno pláštěm z polyetylénu, který je na tuhé jádro nanesen koextruzí. Dále jsou pak na pohledové plochy profilů naválcovány a nataveny hliníkové plechy, předem povrchově upravené práškovým vypalovaným lakem. Standardní barvy těchto pohledových plechů jsou bílá (RAL 9016) a hnědá (RAL 8019) v oboustranné kombinaci, za příplatek může být vnější strana profilu ještě červená (RAL 3011), modrá (RAL 5011), zelená (RAL 6009), stříbrná (RAL 9007) a mahagonová. Okenní konstrukce z tohoto nového materiálu v současné době u nás zpracovává a dodává 6 výrobců. Tato konstrukce vznikla a byla vyvinuta firmou MEETH v SRN a dodává se pod názvem MEETH MASIV. Schéma této nové okenní konstrukce je na obr. č. 15. Cenově je tato konstrukce plně srovnatelná s okenními konstrukcemi vyrobenými z profilů na bázi PVC a mnohdy nižší. Předností tohoto systému jsou masivnost a odolnost základních profilů proti povětrnostním vlivům, teplotě a UV záření a dlouhá životnost, která vychází z vlastností výchozích materiálů. Hliníkové lakované pláště umožňují dodatečné lakování na libovolný odstín. Další výhodou tohoto nového materiálu je jeho naprostá zdravotní nezávadnost, a to zejména v případě požáru. Při požáru se z tohoto materiálu uvolňují pouze látky stejné jako při hoření dřeva, žádné toxické a jedovaté látky. Zpracování profilů při výrobě oken je prakticky stejné jako při výrobě oken z profilů na bázi PVC. Recyklovatelnost tohoto materiálu je 100% a mnohonásobná. Tepelnětechnické vlastnosti jsou srovnatelné s vlastnostmi dubového dřeva. Veškeré tyto základní údaje dávají dobré předpoklady pro široké uplatnění této nové okenní konstrukce, zejména při rekonstrukcích panelových domů a všude tam, kde je požadovaná dlouhá životnost a nízká cena.
Kovová okna z hliníkových slitin a ocelových profilů s PTM (přerušenými tepelnými mosty)
Konstrukce kovových oken patří do skupiny výrobků, které nacházejí uplatnění zejména u velkých akcí občanských staveb a staveb administrativního charakteru, s velkým důrazem na vzhled a dlouhou životnost oken a celého obvodového pláště. Týká se to zejména lehkých obvodových plášťů. Rozdíly mezi jednotlivými systémy jsou na první pohled pro laika nerozpoznatelné, ale přece jsou. Vývojově je snaha vyrábět systémy, které budou mít srovnatelné tepelnětechnické vlastnosti s ostatními systémy, jako jsou dřevo a plast. Toho lze dosáhnou pouze dokonale vyřešeným přerušením tepelného mostu v těchto kovových profilech, kde kromě složky vedení tepla je omezeno proudění, a především i přenos tepla zářením. Tedy právě technické řešení přerušení tepelného mostu rozlišuje jednotlivé systémy na systémy vhodné spíše do jižních zemí a do našich klimatických podmínek. Dokonalost povrchových úprav jak ocelových, tak i hliníkových profilů je prakticky stejná, kompletnost sortimentu profilů také, jediným významným faktorem technické dokonalosti a použitelnosti je právě způsob řešení přerušení tepelného mostu v kovových profilech. Příkladem správného a současného řešení PTM u hliníkových profilů je přerušení v šíři min. 28 mm a více, kdy dutina je vyplněna pěnovým polyuretanem, který zamezuje přenos tepla prouděním a zářením. Součinitel tepla rámových profilů s tímto přerušením je k = 1,9 W/m2K, viz obr č. 16.
Stejně zdařilé řešení je možné u ocelových profilů, kde přerušení tepelného mostu tvoří přímo tvrdá polyuretanová pěna, jako je tomu u systému ISOPRO viz obr. č. 17, nebo u systému JANSEN, obr. č. 18, kde k zamezení přenosu tepla zářením slouží střední diafragma, vložná mezi izolační pásky tvořící PTM.
Méně vhodné systémy kovových konstrukcí mají přerušení tepelného mostu kostrukčně pouze 6-12 mm. Takové konstrukce vykazují součinitel prostupu tepla rámových materiálů na úrovni
k = 2,5–3,1 W/m2K a z hlediska minimalizace energetických ztrát nejsou pro současnou praxi a pro naše klimatické podmínky vhodné.
Doc.Ing. Václav Hájek, CSc.
Katedra konstrukcí pozemních staveb Stavební fakulty ČVUT
Článek byl zpracován za podpory výzkumného záměru MSM:
21000 0001 – Funkční způsobilost a optimalizace stavebních konstrukcí.
