Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Analýza vlivu kování na zatékavost a spárovou průvzdušnost oken Diplomová práce 2007 Petr Sláčík
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Analýza vlivu kování na zatékavost a spárovou průvzdušnost oken zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný poplatek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: podpis studenta: 1
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Prof. Ing. Josefu Poláškovi, Ph.D. za odborné vedení při zpracování diplomové práce a za cenné technické a realizační rady. 2
Jméno/Name Petr Sláčík Název práce Analýza vlivu dotažení kování na zatékavost a spárovou průvzdušnost oken The title of work Analyse the influence of fittings on water tightness and air permeability of windows Abstrakt Tato práce řeší vliv dotažení kování na zatékavost a spárovou průvzdušnost oken na základě vlastního návrhu metodického postupu zkoušení a stanovení kritérií. Cílem je analýza vlivu kování na tyto vlastnosti a dále laboratorní ověření nutnosti dekompresních otvorů rámů plastových oken v závislosti na jejich fyzikální vlastnosti. Byly provedeny příslušné zkoušky a měření oken. Získané výsledky byly zpracovány a vyhodnoceny dle klasifikačních norem. Ze souhrnných výsledků byly vyvozeny technické závěry práce přínosné pro praxi. Klíčová slova Okenní konstrukce, spárová průvzdušnost, vodotěsnost, mikroventilace, dekomprese rámu, zkouška, klasifikace Abstract Presented work deals with the influence of fittings on the water tightness and air permeability of windows basic on own plan the methodology and process of testing. The next aim of the work is a laboratory demonstration of the necessing of holes in the top part of plastic windows commensurate with the physical properties. There were made tests and measuring of windows. In chapter 6 and 7 are test results, comparisons and evaluations. Key words Window construction, air permeability, water tightness, micro-ventilation, decompression of frame, test, classification 3
Obsah: 1. ÚVOD.... 1 2. CÍL PRÁCE..... 2 3. METODIKA... 3 3.1. Analýza okenních konstrukcí v ČR. 3 3.1.1. Dřevěná okna.. 4 3.1.2. Plastová okna.. 5 3.1.3. Okna na bázi slitin hliníku.. 6 3.1.4. Kombinovaná okna. 7 3.2. Technické normy a technické požadavky na okenní konstrukce.. 8 3.2.1. Právní a technické požadavky na otvorové výplně v ČR po vstupu do EU.. 8 3.2.2. Průvzdušnost 10 3.2.3. Vodotěsnost. 15 3.2.4. Odolnost proti zatížení větrem 18 3.2.5. Tepelně-technické vlastnosti oken.. 23 3.2.6. Zvukově-izolační vlastnosti oken 24 3.3. Rychlost větru a zkušební tlaky 27 4. VLASTNÍ NÁVRH METODICKÉHO POSTUPU ZKOUŠENÍ A STANOVENÍ KRITÉRIÍ 29 4.1. Zkušební vzorek... 29 4.1.1. Požadavky na zkušební vzorky... 29 4.1.2. Příprava zkušebních vzorků 31 4.2. Zkušební zařízení. 31 4.3. Metodický postup zkoušení... 32 5. VÝSLEDKY MĚŘENÍ. 36 5.1. Dřevěné okno jednoduché bez mikroventilace. 36 5.2. Dřevěné okno jednoduché s mikroventilací.. 39 5.3. Dřevěné okno jednoduché s mikroventilací.. 42 5.4. Plastové okno bez mikroventilace a s dekompresními otvory... 45 5.5. Plastové okno s mikroventilací a s dekompresními otvory... 48 5.6. Plastové okno s mikroventilací a s dekompresními otvory... 51 5.7. Plastové okno bez mikroventilace a dekompresních otvorů... 54 4
5.8. Plastové okno s mikroventilací a bez dekompresních otvorů... 59 5.9. Plastové okno s mikroventilací a bez dekompresních otvorů... 64 5.10. Plastové okno s mikroventilací a bez dekompresních otvorů... 69 6. VYHODNOCENÍ 74 7. VÝSTUPY PRO PRAXI.. 79 8. ZÁVĚR... 80 9. SUMMARY 81 10. LITERATURA 82 5
1. ÚVOD Okna jsou nejčastější výplní otvorů stavebních konstrukcí budov. Jejich hlavní funkcí je umožnění pronikání světla do budovy a tím přirozené prosvětlení místností za současného odizolování případných vnějších nepříznivých podmínek jako jsou déšť, sníh, mráz či vítr. Z toho vyplývají další funkce oken, kterými jsou tepelná izolace, zvuková izolace, hydroizolace, mechanická odolnost proti provoznímu zatížení a účinku větru. Další funkcí okna je možnost regulované výměny vzduchu větráním, čímž se podílí na tvorbě optimálního vnitřního prostředí budov. Součastná kvalitní okna musejí zabezpečovat hygienicky požadovanou minimální výměnu vzduchu. Z tohoto důvodu jsou do nich zabudovány větrací prvky nebo jsou vybavena vícepolohovým kováním s možností mikroventilace. Okna mají rovněž významný vliv při vyhodnocování energetických ztrát objektů. Požadavky na vysokou tepelnou izolaci oken jsou dnes připomínány především v souvislosti s výstavbou energeticky úsporných budov. Kvalitu výplňových konstrukcí výrazně ovlivňuje řešení jejich styku se stavební konstrukcí. Styky musejí především bezpečně přenést zatížení z otvorové výplně do obvodové stěny, musejí eliminovat objemové změny těchto konstrukcí, vyrovnat výrobní tolerance hrubé stavby a zabezpečit fyzikální celistvost obvodové stěny. Otvorové výplně jsou nejen významné konstrukční prvky, ale i výrazové prostředky v architektuře, které už po staletí pomáhají dotvářet ráz mnoha budov. Okna různých časových období jsou typická svými znaky a pomáhají nám orientovat se v rozpoznávání jednotlivých slohů. V některých obdobích právě tektonika architektonického díla poznamenala okenní otvor natolik, že se stal hlavním charakteristickým znakem slohu. Okno plnilo v podstatě vždy úlohu transparentního uzavření prostoru před okolím a přivádělo čerstvý vzduch do místnosti. V součastné době jsou na okna kladeny vysoké požadavky právě z hlediska odizolování vnějšího a vnitřního prostředí. Tato vlastnost oken však podléhá rozličným krajovým podmínkám a zcela logicky budou požadavky na vlastnosti oken odlišné ve středomoří s požadavky na okna ve Skandinávii. Dlouhodobou a bezporuchovou funkci otvorových konstrukcí však může zajistit jen správný návrh a důsledná realizace. 6
2. CÍL PRÁCE Cílem této práce je analýza vlivu kování na fyzikální vlastnosti oken na základě vlastního návrhu metodického postupu zkoušení a stanovení kritérií (viz kapitola 4). Výchozím parametrem pro práci je měření vodotěsnosti a spárové průvzdušnosti oken při různých stupních dotažení kování a při mikroventilaci. Dalším cílem práce je laboratorní ověření nutnosti dekompresních otvorů rámů plastových oken v závislosti na jejich fyzikální vlastnosti. 7
3. METODIKA 3.1. Analýza okenních konstrukcí v ČR Rozdělení dřevěných oken podle konstrukce: jednoduchá, jednoduchá s dvojsklem (trojsklem), zdvojená, dvojitá. Jednoduchá okna tvoří okenní rám a křídlo. Může být s jednoduchým zasklením (obr. 1a) nebo zasklené dvojsklem (obr. 1c), případně trojsklem. Zdvojená okna se skládají z okenního rámu přizpůsobenému na zavěšení zdvojených křídel navzájem spojených spojkou křídla (obr. 1d). Jednodušším typem je zdvojené okno se sdruženým křídlem (obr 1b). Vlysy křídla mohou být po obvodu těsněny. Dvojitá okna tvoří dva okenní rámy, vnější a vnitřní, které jsou vzájemně spojeny obložením z desek. Do obou okenních rámů dosedají okenní křídla (obr. 1.e). Obr. 1 Rozdělení oken z hlediska konstrukce a jednoduché okno s jedním sklem, b jednoduché okno s přidruženým křídlem, c jednoduché okno s dvojsklem, d zdvojené okno, e dvojité okno 8
3.1.1. Dřevěná okna Dřevo jako jeden z nejstarších stavebních materiálů představuje klasickou materiálovou bázi i při výrobě oken. Jedná se o přírodní materiál a obnovitelnost tohoto zdroje zaručuje širokou aplikaci na výrobu oken i v budoucnosti. Dřevo je dobrý tepelněizolační materiál. Má nízký součinitel tepelné vodivosti při malé měrné hmotnosti. Nevýhodou dřeva jako organického materiálu je jeho nezbytná ochrana proti vlhkosti, plísním, organismům a ohni. Nejpoužívanějšími druhy dřev pro výrobu oken jsou smrk, borovice a dub. Z exotických dřevin je to meranti. V současnosti se u nás uplatňuje při výrobě dřevěných oken tzv. unifikovaný Euro-program, totožný s nástrojovou řadou na jejich výrobu. Na obrázku 2 je znázorněn řez jednoduchým oknem s izolačním dvojsklem moderní konstrukce. Obr. 2 Dřevěné okno jednoduché s izolačním dvojsklem 9
3.1.2. Plastová okna Okna na bázi polymerních materiálů se začala vyrábět začátkem 60. let minulého století. Jejich historie je velmi mladá ve srovnání s dřevěnými okny. Tedy i zkušenosti s těmito materiály jsou omezené. Plastová okna prošla od svého vzniku značným vývojem a v současnosti patří k nejprodávanějším typům oken. Dnes známé okenní systémy na bázi PVC se klasifikují hlavně podle průřezu profilů ze kterých jsou vyrobeny, respektive podle počtu uzavřených komor uvnitř profilu. Toto vnitřní členění plastových profilů je důležité především z hlediska prostupu tepla přes rámy. Na obrázku 3 jsou znázorněny jednotlivé konstrukce plastových oken s uvedením součinitele prostupu tepla U f. Obr. 3 Vývoj konstrukce plastových oken a jednokomorové [U f = 2,4 2,0 W/(m 2.K)], b dvoukomorové [U f = 1,9 1,6 W/(m 2.K)], c tříkomorové [U f = 1,7 1,5 W/(m 2.K)], d čtyřkomorové [U f = 1,5 1,3 W/(m 2.K)], d pětikomorové [U f = 1,3 1,2 W/(m 2.K)], e šestikomorové [U f = 1,2 1,0 W/(m 2.K)] 10
Plastová okna mají hladký povrch a vysokou barevnou stálost po celou dobu životnosti, což je jejich největší výhodou ve srovnání s dřevěnými okny. Z tohoto důvodu jsou vhodné pro náročné provozy a provozy se zvýšeným vývinem vlhkosti (plovárny, lázně, zdravotnictví apod.). 3.1.3. Okna na bázi slitin hliníku Slitiny hliníku mají vysoký součinitel tepelné vodivosti, což způsobuje velké problémy při plnění tepelnětechnických požadavků na okenní konstrukce. Okenní vlysy představují u těchto oken výrazné tepelné mosty. Vnitřní povrchové teploty klesají pod teplotu rosného bodu. Proto je nezbytné u těchto oken přerušit tepelné mosty ve vlysech okenních rámů a křídel vložením vysoce účinného tepelného izolantu (obr. 4). Okna ze slitin hliníku se v převážné míře aplikují na náročné objekty občanského charakteru. Obr. 4 Konstrukce okna na bázi slitin hliníku s přerušeným tepelným mostem 11
3.1.4. Kombinovaná okna Účelem a smyslem oken kombinovaných materiálových bází je využít optimálních vlastností jednotlivých materiálů používaných pro výrobu oken pro konstrukci okna, u kterého by se tyto optimální vlastnosti jednotlivých materiálových bází vzájemně snoubily a doplňovaly a došlo tak k vytvoření okenní konstrukce, která by svými funkčními a uživatelskými vlastnostmi předčila jednotlivé základní materiálové báze oken. Nejčastější kombinací je dřevo-hliník při níž se využívají dobré materiálové vlastnosti dřeva s trvanlivostí hliníkových prvků. V tomto případě se hliníkové prvky budou nacházet na vnější části okna (obr. 5). Pro okna kombinovaných materiálových bází se používají tyto základní kombinace materiálů: dřevo-hliník, dřevo-plast, kov-plast. [1] Obr.5 Okno na kombinované materiálové bázi dřevo - hliník 12
3.2. Technické normy a technické požadavky na okenní konstrukce 3.2.1. Právní a technické požadavky na otvorové výplně v ČR po vstupu do EU Anotace Nová filosofie v hodnocení otvorových výplní v EU se opírá o jednotné zkušební postupy a jednotná kritéria. Právo každého státu je určit si užitnou třídu pro konkrétní typy budov a pro konkrétní klimatické podmínky sám. Základní předpisy pro posuzování shody stavebních výrobků Základním a sjednocujícím předpisem pro oblast stavebnictví v EU je Směrnice Rady 89/106/EHS o sbližování právních a správních předpisů členských států týkajících se stavebních výrobků (Construction Product Directive CPD). Směrnice je do české legislativy zavedena: nařízením vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky; nařízením vlády č. 190/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky označované CE. Rámcovým předpisem k výše uvedeným nařízením vlády je zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů (ve znění zákona č. 71/2000 Sb.. zákona č. 102/2001 Sb., zákona č. 205/2002 Sb., zákona č. 226/2003 Sb. a zákona č. 277/2003 Sb.). Posuzování shody podle NV č. 163/2002 Sb. NV 163/2002 Sb. platí pro všechny stavební výrobky do té doby, než pro ně bude vydán harmonizovaný předpis. Výrobky dle přílohy č. 1 NV 163/2002 Sb. musí být vhodné pro stavby, aby tyto byly při respektování hospodárnosti vhodné k určenému využití staveb a zároveň plnily níže uvedené základní požadavky na stavby: Mechanická odolnost a stabilita Požární bezpečnost Hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí Bezpečnost při užívání Ochrana proti hluku Úspora energie a ochrana tepla (Polášek, 2005) České technické normy, které konkretizují základní požadavky uvedené v příloze č. 1 NV č. 163/2002 Sb. se označují jako určené české technické normy a jsou zveřejňovány ve Věstníku ÚNMZ. Stavebně truhlářské výrobky jsou posuzovány podle postupů, které jsou pro jednotlivé výrobky uvedeny v tabulce 1. 13
Tab. 1 Postupy posuzování shody pro stavebně truhlářské výrobky Č. přílohy NV č. 163/2002 Sb. / č. seznamu výrobků/ č. skupiny Název skupiny výrobku Postup posuzování shody podle NV č. 163/2002 Sb. Okna, dveře a vrata (s příslušným kováním nebo 2/8/1 bez něho), s použitím pro dělení požárních úseků a 5 na únikových cestách Okna, dveře a vrata (s příslušným kováním nebo bez něho), na které se vztahují požadavky tepelně a 2/8/3 zvukově izolační nebo požadavky na bezpečnost při 7 užívání Dveře a vrata (s příslušným kováním nebo bez 2/8/4 něho), určená pro vnitřní komunikace 8 2/8/5 Zárubně 7 2/8/6 Střešní světlíky, střešní okna a) pro použití, na která se vztahují požadavky na požární bezpečnost, 5 b) pro použití, na která se nevztahují požadavky na požární bezpečnost. 7 Poznámka: 5 Certifikace 7 Ověření shody 8 Posouzení shody výrobcem a dovozcem Posuzování shody podle NV č. 190/2002 Sb. Tímto nařízením se stanoví technické požadavky na stavební výrobky, které mají být uváděny na trh s označením CE. Patří zde stavební výrobky, pro které jsou požadavky stanoveny: harmonizovanými českými technickými normami nebo zahraničními technickými normami přejímajícími evropské harmonizované normy; Evropskými technickými schváleními (ETA); určenými normami vztahujícími se k tomuto nařízení jsou to české nebo zahraniční technické normy, které byly oznámeny Evropskou komisí v případě, že v příslušné oblasti neexistují harmonizované evropské normy nebo ETA. Výrobky dle přílohy č. 1 NV 190/2002 Sb. musí být vhodné pro stavby, aby tyto byly při respektování hospodárnosti vhodné k určenému využití staveb a zároveň plnily níže uvedené základní požadavky na stavby: Mechanická odolnost a stabilita Požární bezpečnost Hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí Bezpečnost při užívání Ochrana proti hluku Úspora energie a ochrana tepla (Polášek, 2005) 14
Posuzování shody oken a dveří Pro okna a dveře byla do českého normalizačního systému v listopadu 2006 zapracována harmonizovaná norma ČSN EN 14351-1 Okna a dveře Norma výrobku, funkční vlastnosti Část 1: Okna a vnější dveře bez vlastností požární odolnosti a/nebo kouřotěsnosti. V součastné době běží přechodné období, které potrvá do 1.2.2009. Do této doby mohou výrobci oken a dveří uvádět na trh v ČR výrobky označené předepsaným způsobem CE, případně mohou prozatím využít dokumentaci získanou v souladu s NV č. 163/2002 Sb. Po ukončení přechodného období, musí výrobce na základě patřičné dokumentace opatřit výrobky označením CE. Dosavadní dokumenty vydané podle NV č. 163/2002 Sb. pozbývají platnost a musí být nahrazeny platnými dokumenty podle NV 190/2002 Sb. 3.2.2. Průvzdušnost Zkušební normy pro zkoušení průvzdušnosti oken a dveří jsou: ČSN EN 1026 Okna a dveře Průvzdušnost Zkušební metoda a ČSN EN 12207 Okna a dveře Průvzdušnost Klasifikace. Průvzdušností se rozumí množství vzduchu, které projde zavřeným a uzamčeným zkušebním vzorkem působením zkušebního tlaku. Průvzdušnost se vyjadřuje v kubických metrech za hodinu (m 3 /h). Podstatou zkoušky je aplikace definované řady tlakových stupňů a u každého stupně se provede měření průvzdušnosti odpovídajícím zkušebním zařízením. Zkušebním zařízením je zkušební komora s jednou otevřenou stranou, do které se osadí zkušební vzorek. Zkušební komora je vybavena zařízením pro vytvoření regulovaných zkušebních tlaků, zařízením umožňujícím vyvolání rychle po sobě jdoucích změn zkušebních tlaků regulovaných v pevně stanovených mezích, zařízením pro měření množství toku vzduchu proudícího do komory nebo z komory a zařízením pro měření celkového zkušebního tlaku působícího na celý zkušební vzorek. Před samotnou zkouškou se musejí všechny otevíravé části zkušebního vzorku nejméně jednou otevřít a zavřít, před konečným zajištěním v uzavřené poloze. Po zahájení zkoušky se nejdříve působí třemi rázy, každý je o 10 % větší než použitý zkušební tlak, ale nejméně 500 Pa. Poté se již působí samotnými zkušebními tlaky ve stupních po 50 Pa vzestupně až do 300 Pa a od 300 Pa ve stupních po 150 Pa. Pro každý tlakový stupeň se změří a zaznamená průvzdušnost. Délka každého tlakového stupně musí být dostatečně dlouhá, aby se zkušební tlak stabilizoval před tím, než se změří a zaznamená průvzdušnost. (ČSN EN 1026) Dle harmonizované normy (EN 14351-1) musí být provedeny dvě zkoušky průvzdušnosti v souladu s EN 1026, jedna s kladnými zkušebními tlaky a druhá se zápornými zkušebními tlaky. Výsledek zkoušky je poté definován jako numerický průměr dvou hodnot průvzdušnosti (m 3 /h) na každém tlakovém stupni a musí být vyjádřen v souladu s EN 12207. Průběh zkoušky průvzdušnosti je znázorněn na obrázku 6. 15
Obr. 6 Průběh zkoušky průvzdušnosti pro zkušební komoru se známou průvzdušností Výsledky měření průvzdušnosti (V x ) se pro každý stupeň vzduchového toku (V 0 ) korigují na normální podmínky (T 0 = 293 K, P 0 = 101,3 kpa) s ohledem na skutečnou teplotu T x (vyjádřenou ve C) a na skutečný atmosférický tlak P x (vyjádřený v kpa). 293 Px V0 = Vx (1) 273 + T 101,3 x Průvzdušnost zkušebního vzorku pro každý tlakový stupeň odpovídá celkové průvzdušnosti po odečtení určené průvzdušnosti zkušební komory, pokud tato není nulová. Pro vyjádření průvzdušnosti se použije délka funkčních spár a celková plocha zkoušeného vzorku a vypočítá se průvzdušnost v m 3 /h.m nebo v m 3 /h.m 2. Délka funkční spáry je délka viditelné linie rámu, křídla, posuvného křídla nebo výplně, která odděluje dva sousední díly (obr. 14). K délce spáry se nepočítá skutečná délka těsnících profilů nebo jiného těsnění, které je umístněno ve spárách otevíracích částí, nebo které je umístněno ve spárách pohyblivých částí. Délka spáry musí být vyjádřena v metrech. Celková plocha je plocha zkušebního vzorku měřená rovnoběžně se zasklívací jednotkou nebo s křídlem (obr. 7). Celková plocha musí být vyjádřena ve čtverečních metrech. 16
Obr. 7 Dvoukřídlový zkušební vzorek Hodnoty vztažené na délku funkčních spár (V L ) a celkovou plochu (V A ) se pro každý stupeň průvzdušnosti (V 0 ) zaznamenají do samostatného grafu. (ČSN EN 1026) Klasifikace je založena na porovnání průvzdušnosti zkušebního vzorku vztažené k celkové ploše a průvzdušnosti vztažené na délku spáry. U klasifikace založené na průvzdušnosti vztažené na celkovou plochu se celková průvzdušnost zkušebního vzorku dělí celkovou plochou zkušebního vzorku a výsledek se udává v m 3 /(h.m 2 ). U klasifikace založené na průvzdušnosti vztažené na délku spáry se celková průvzdušnost zkušebního vzorku dělí jeho délkou spáry a výsledek se udává v m 3 /(h.m). Pro definici jednotlivých tříd (obr. 8) je stanovena referenční průvzdušnost. Referenční průvzdušnost pro celkovou plochu a pro délku spáry je stanovena při referenčním zkušebním tlaku 100 Pa. Pro jiné stupně tlaku se používá tento vztah: 2 3 P 100 100 Q = Q (2) kde Q 100 je referenční průvzdušnost při zkušebním tlaku 100 Pa Q průvzdušnost při zkušebním tlaku P Přímky, které stanovují horní mezní hodnoty každé třídy, jsou odvozeny z referenční průvzdušnosti při 100 Pa vztažené na celkovou plochu a délku spáry. Zkušební vzorek patří do uvedené třídy, jestliže měřená průvzdušnost není větší než horní mezní hodnota ani u jednoho zkušebního tlaku v této třídě. 17
ANALÝZA VLIVU KOVÁNÍ NA ZATÉKAVOST A SPÁROVOU PRŮVZDUŠNOST OKEN Obr. 8 Klasifikace Tab. 2 Referenční průvzdušnost při 100 Pa a maximálních zkušebních tlacích, vztažená na celkovou plochu Referenční průvzdušnost při 100 Pa Maximální zkušební tlak Třída m3/h.m2 Pa 0 Nezkouší se 1 50 150 2 27 300 3 9 600 4 3 600 18
Tab. 3 Referenční průvzdušnost při 100 Pa a maximálních zkušebních tlacích, vztažená na délku spáry Třída Referenční průvzdušnost při 100 Pa Maximální zkušební tlak m 3 /h.m Pa 0 Nezkouší se 1 12,50 150 2 6,75 300 3 2,25 600 4 0,75 600 Pokud výsledky klasifikace, vztažené na spáru a na plochu jsou v téže třídě, pak se zkušební vzorek přiřadí jedné a téže třídě, jsou ve dvou sousedních třídách, pak se zkušební vzorek přiřadí nejpříznivější třídě ( to znamená s nejmenším podílem), dávají rozdíl dvou tříd, pak se zkušební vzorek přiřadí ke střední třídě, dávají rozdíl více než dvou tříd, pak se zkušební vzorek nesmí přiřadit k žádné třídě. (ČSN EN 12207) Součinitel spárové průvzdušnosti i LV Další možností vyjádření výsledků průvzdušnosti otvorových výplní je pomocí součinitele spárové průvzdušnosti i LV (m 3 /s.pa -0,67 ). Přestože jsou výsledky spárové průvzdušnosti vyjadřovány na základě klasifikační normy ČSN EN 12207 v m 3 na celkovou plochu okna nebo na délku spáry při různých tlakových stupních, je vyjádření součinitele spárové průvzdušnosti vhodné především při výpočtech tepelných ztrát budov. Norma ČSN EN 12114 Tepelné chování budov Stanovení průvzdušnosti stavebních dílců a prvků Laboratorní zkušební metoda, příloha B udává postup zpracování výsledku při výpočtu parametrů rovnice netěsnosti. Parametry rovnice netěsnosti C a n se získají dosazením výsledků měření V ( p) do vztahu: n V = C p (3) kde V je objemový tok vzduchu (m 3 /s; m 3 /h) C součinitel proudění (m 3 /(s.pa n )) p tlakový rozdíl n exponent proudění Nejprve se vztah 3 linearizuje převedením do logaritmického vztahu: ln ( V ) = ln( C) + ln( p), (4) který odpovídá rovnici přímky: y = a + n x (5) kde: y = ln( V ), a = ln( C) a x = ln ( p) (6) Parametry a a n se vypočítají metodou lineární regrese popsanou níže. Součinitel proudění je dán vztahem: a C = e (7) 19
Parametry se vypočítají s použitím následujících vztahů. Nejprve se vypočítají: - odhad středních hodnot: N N 1 1 x = x i y = y i (8) N i= 1 N i= 1 - a odhady rozptylů: N 2 1 2 sx = ( xi x) N 1 i= 1 N 2 1 2 s y = ( yi y) N 1 i= 1 N 1 sxy = ( xi x) ( yi y) (9) N 1 i= 1 Nejlepší odhady parametrů a a n jsou: sxy n = a a = y n x (10) 2 s x 3.2.3. Vodotěsnost Zkušební normy pro zkoušení vodotěsnosti oken a dveří jsou: ČSN EN 1027 Okna a dveře Vodotěsnost Zkušební metoda a ČSN EN 12208 Okna a dveře Vodotěsnost Klasifikace. Vodotěsností se rozumí schopnost uzavřené otvorové výplně odolávat průniku vody. Za průnik vody je považováno nepřetržité nebo opakované zvlhčení vnitřního povrchu zkušebního vzorku nebo jeho části. K průniku vody může dojít na styku zasklení a křídla (obr. 9a) a vlastní spárou na styku křídla a rámu (obr. 9b). Další možností je styk rámu a stěny. Tento detail je však věcí správného zabudování okna do stavby a není posuzován při zkoušení oken ve zkušební laboratoři. (Puškár a kol. 2000) Obr. 9a Schéma průniku vody detailem zasklení v okenním křídle Obr. 9b Schéma průniku vody konstrukcí styku okenního křídla a rámu Podstatou zkoušky vodotěsnosti je trvalé postřikování vnější strany zkušebního vzorku stanoveným množstvím vody, za součastného působení kladného zkušebního 20
tlaku v podobě po sobě jdoucích stoupajících tlakových stupňů v rovnoměrných intervalech. Zaznamenávají se podrobnosti o zkušebním tlaku a místo(a) průniku vody. Zkušebním zařízením je zkušební komora s jednou otevřenou stranou, do které se osadí zkušební vzorek. Zkušební komora je vybavena postřikovacím systémem k zajištění rovnoměrného vodního filmu na celém vnějším povrchu zkušebního vzorku, zařízením pro vytvoření regulovaných zkušebních tlaků, které působí na zkušební vzorek a měřícími zařízeními pro měření množství přiváděné vody a pro měření působícího tlaku vzduchu. Metoda postřiku je založena na hlavní vodorovné liště osazené tryskami, která je upevněna tak aby postřikovala horní část konstrukce (obr. 10a). U výrobků vyšších než 2,5 m nebo u výrobků členěných ve svislém řezu konstrukce se používají přídavné vodorovné řady trysek (obr. 10b). Hlavní řada je složena z trysek o průtoku 2 l/min s roztečí 400 mm (obr. 11). V případě použití přídavné řady mají trysky průtok 1 l/min. Umístnění trysek a sklonění osy trysek od vodorovné linie je přesně popsán v ČSN EN 1027. Obr. 10a Způsob zkoušení vzorku do výšky 2500 mm Obr. 10b Zkušební vzorek vyšší než 2500 mm nebo vzorek členěný ve svislém řezu konstrukce 21
Obr. 11 Uspořádání trysek půdorys Po zahájení postřiku se tlak ve zkušební komoře zvyšuje podle následujícího grafu (obr. 12) až k dosažení největšího zkušebního tlaku, při kterém zkušební vzorek, po stanovenou dobu, při zachování zkušebních podmínek, zůstává vodotěsný (mez vodotěsnosti P max ). Obr. 12 Znázornění tlakových stupňů 22
Při průniku vody se zaznamená místo a tlak, při kterém voda pronikla zkušebním vzorkem a doba, po kterou působil nejvyšší tlak před průnikem vody. Tyto údaje se zaznamenají do tabulek zkušebního protokolu, které obsahují nákres zkušebního vzorku pro označení místa průniku. (ČSN EN 1027) Vyhodnocení a samotná klasifikace vychází z ČSN EN 12208. Na základě stanovení meze vodotěsnosti P max je zkušební vzorek zatříděn podle tabulky 4. Tab. 4 Průběh zkoušky vodotěsnosti, klasifikační třídy Zkušební tlak Klasifikace P max v Pa Zkušební postup A Zkušební postup B Požadavky - 0 0 Bez požadavku 0 1A 1B 15 min postřikování 50 2A 2B Jako třída 1 + 5 min 100 3A 3B Jako třída 2 + 5 min 150 4A 4B Jako třída 3 + 5 min 200 5A 5B Jako třída 4 + 5 min 250 6A 6B Jako třída 5 + 5 min 300 7A 7B Jako třída 6 + 5 min 450 8A - Jako třída 7 + 5 min 600 9A - Jako třída 8 + 5 min >600 Exxx - Nad 600 Pa ve stupních po 150 Pa musí činit doba každého stupně 5 min POZNÁMKA Postup A je vhodný pro výrobek, který není chráněný. Postup B je vhodný pro výrobek, který je částečně chráněný. Zkušební vzorky s průnikem vody bez zatížení tlakem před uplynutí doby 15 minut není možno klasifikovat. Zkušební vzorky, které při zkušebním tlaku nad 600 Pa během minimální doby 5 minut nevykazují žádný průnik vody, se klasifikují jako Exxx, přičemž xxx je tento maximální zkušební tlak (např. 750, 900). (ČSN EN 12208) 3.2.4. Odolnost proti zatížení větrem Zkušební normy pro zkoušení odolnosti proti zatížení větrem oken a dveří jsou: ČSN EN 12211 Okna a dveře Odolnost proti zatížení větrem Zkušební metoda a ČSN EN 12210 Okna a dveře Odolnost proti zatížení větrem Klasifikace. Otvorové výplně musejí odolávat tlaku větru a provoznímu zatížení, aniž by se zhoršila jejich funkce. 23
Podstatou zkoušky je působení stanovené řady kladných a záporných zkušebních tlaků, při kterých je prováděno zkoušení a měření pro výpočet relativního čelního průhybu a odolnosti proti poškození při zatížení větrem. Zkušebním zařízením je zkušební komora s jednou otevřenou stranou, do které se osadí zkušební vzorek. Zkušební komora je vybavena zařízením pro vytvoření regulovaných zkušebních tlaků, zařízením umožňujícím vyvolání rychle po sobě jdoucích změn zkušebních tlaků regulovaných v pevně stanovených mezích, zařízením pro měření množství toku vzduchu proudícího do komory nebo z komory a zařízením pro měření celkového zkušebního tlaku působícího na celý zkušební vzorek. Pro potřeby zkoušení čelního průhybu je ke zkušební komoře dále uchycen stojan s číselníkovými úchylkoměry nebo snímači pro měření změny polohy. Odolnost proti zatížení větrem sestává ze tří zkoušek při rozdílných tlacích. Provádí se měření statického průhybu rámu, cyklické zatížení kmitajícím tlakem a zkouška bezpečnosti. Při zkoušce průhybu se zaznamená délka rámové části, jejíž čelní průhyb bude měřen. Měřící zařízení musí být uchyceno v poloze na každém konci a uprostřed zkoušené rámové části (obr. 13). Nejdříve se působí třemi tlakovými rázy, které jsou každý o 10 % vyšší než zkušební tlak P1. Následně jsou všechna měřidla nastavena na nulovou hodnotu, nebo se zaznamenají výchozí hodnoty. Zkušební tlak P1, odpovídající doporučené klasifikaci zkušebního vzorku, se nechá působit po dobu 30 vteřin a zaznamenají se požadované hodnoty čelních průhybů nebo změn poloh. Zkušební tlak se sníží na 0 Pa a po uplynutí 60 vteřin se zaznamenají zbytkové čelní průhyby nebo změny poloh. Následuje stejný postup se záporným zkušebním tlakem -P1. Obr. 13 Měření na rámu se třemi číselníkovými úchylkoměry 24
Obr.14 Měření na rámu se třemi číselníkovými úchylkoměry ve Zkušebně STV ve Zlíně Průhyby a změny polohy při tlakových stupních +P1 a P1 se zaznamenávají do protokolu o zkoušce. Relativní čelní průhyb se vypočítá ze zlomku, kde čitatel je roven 1 a jmenovatel se uvede s přesností na tři (desetinná) místa. Čelní změna polohy D p = M p M 0 (11) ( Ap A0 ) + ( B p B0 ) Čelní průhyb Fp = M p M 0 (12) 2 F Relativní čelní průhyb F = p rp L (13) U zkoušky při opakovaném tlaku je zkušební vzorek vystaven 50 cyklům záporného a kladného tlaku P2. První stupeň je záporný, následující, jakož i poslední je kladný. Po kompletních 50 cyklech se otevřou a zavřou pohyblivé části zkušebního vzorku a zaznamenají se případné poškození nebo funkční závady. Při zkoušce bezpečnosti je zkušební vzorek vystaven 1 cyklu zkušebních tlaků zahrnujících záporný a kladný zkušební tlak P3. Po zkoušce bezpečnosti se zaznamená, zda zkušební vzorek zůstal zavřený; zaznamenají se veškeré uvolněné části. 25
Doba působení jednotlivých tlakových stupňů a časové intervaly jejich náběhů, jakož i průběh celé zkoušky odolnosti proti zatížení větrem je znázorněn na obrázku 15. (ČSN EN 12211) Obr. 15 Průběh zkoušky odolnosti proti zatížení větrem Klasifikace se musí podle výsledků zkoušky provádět při pozitivních a negativních zkušebních tlacích. Zkušební tlaky jsou uvedeny v tabulce 5. Tab. 5 Klasifikace zatížení větrem Třída P1 (Pa) P2 a) (Pa) P3 (Pa) 0 Nezkouší se 1 400 200 600 2 800 400 1200 3 1200 600 1800 4 1600 800 2400 5 2000 1000 3000 Exxxx b) xxxx a) Tento tlak se opakuje 50x. b) Zkušební vzorky se zatížením větrem, zkoušené pro vyšší třídu než 5, se klasifikují jako Exxxx, přičemž xxxx je skutečný zkušební tlak P1 (například 2350 atd.) 26
Klasifikace relativního čelního průhybu nejvíce deformované části rámu zkušebního vzorku, měřeného podle zkušebního tlaku P1, se klasifikuje podle tabulky 6. Tab. 6 Klasifikace relativního čelního průhybu Třída Relativní čelní průhyb A <1/150 B <1/200 C <1/300 Aby mohl být výrobek klasifikován, musí být splněny také následující požadavky: Při tlaku větru P1 a P2: Žádné viditelné deformace při vizuální kontrole ze vzdálenosti 1 m při přirozeném světle. Zkušební vzorek musí zůstat plně schopný funkce a maximální přírůstek průvzdušnosti při zkouškách odolnosti proti větru P1 a P2 nesmí přesáhnout 20% normálně dovolené průvzdušnosti, které bylo předtím dosaženo při klasifikaci průvzdušnosti. Při tlaku větru P3: Závady, jako například průhyb, zkroucení kování nebo vznik prasklin či trhlin na dílech rámu, musí být akceptovány za předpokladu, že se žádná část zkušebního vzorku nerozlomí a zkušební vzorek zůstane uzavřený. Praskne-li sklo, je přípustná jeho výměna a jedno opakování zkoušky. Zatížení větrem a relativní čelní průhyb je možno sloučit do souhrnné klasifikace odolnosti proti zatížení větrem podle tabulky 6. (ČSN EN 12210) Tab. 7 Odolnost proti zatížení větrem Klasifikace Třída pro zatížení Relativní čelní průhyb větrem A B C 1 A1 B1 C1 2 A2 B2 C2 3 A3 B3 C3 4 A4 B4 C4 5 A5 B5 C5 Exxxx AExxxx BExxxx CExxxx Poznámka Při klasifikaci odolnosti proti zatížení větrem se vztahuje číslice na třídu zatížení větrem viz. tabulka 3 písmeno se vztahuje na relativní čelní průhyb, viz tabulka 4. 27
3.2.5. Tepelně-technické vlastnosti oken Z tepelně-technického hlediska představují okna složenou konstrukci. Jejich vlastnosti jsou určené vlastnostmi průhledných ploch (systémů zasklení), neprůhledných ploch (vlysů křídla a rámu) a konstrukcemi styků (druhů těsnění). Pro tepelně-technické vlastnosti oken jsou rozhodující tři veličiny: vnitřní povrchová teplota otvorové výplně θ si, součinitel prostupu tepla U, součinitel spárové průvzdušnosti Celková tepelná bilance ztrát okna se skládá ze ztrát tepla prostupem přes zasklení a rámy (součinitele prostupu tepla U) a ze ztrát tepla větráním. Vnitřní povrchová teplota konstrukce je významnou veličinou z hlediska kondenzace vodní páry. Výplně a rámy oken musí vykazovat v každém místě vnitřní povrchovou teplotu θ si vyšší než je požadovaná normová hodnota nejnižší vnitřní povrchové teploty θ si,n. θ si θ si,n (K) θ si,n = θ si,cr + θ si (K) θ si,cr kritická povrchová teplota výplní a rámů oken ve C, θ si bezpečnostní teplotní přirážka zohledňující způsob vytápění vnitřního prostředí Součinitel prostupu tepla U w (W/m 2.K) vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými otvorovými výplněmi. Hodnotu U pro celé konstrukce otvorových výplní, pro rámy i pro zasklení lze určit: měřením, z tabulek a nomogramů, výpočty. Použití tabulek, nomogramů a výpočtů spočívá v uvažování podmínek, které měření ověřuje. Jedná se například o dodržení skutečné emisivity pokovení zasklení, stupeň plnění dvojskel tepelněizolačními plyny atd. Konstrukce vytápěných nebo klimatizovaných budov musí mít v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ i 60 % součinitel prostupu tepla U ve W/(m 2.K) takový, aby splňoval podmínku: U U N kde U N je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla ve W/(m 2.K). Požadované hodnoty součinitele prostupu tepla U N jsou uvedeny v tabulce 8. (ČSN 730540-2) Tab. 8 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla U N,20 pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θ im = 20 C Popis konstrukce Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu) Jejich kovové rámy přitom musí mít U f 2,0 W/(m 2.K), ostatní rámy těchto výplní otvorů musí mít U f 1,7 W/(m 2.K). Požadované hodnoty U N,20 [W/(m 2.K)] Doporučené hodnoty U N,20 [W/(m 2.K)] 1,70 1,20 28
Určování součinitele prostupu tepla okna pomocí výpočtů je možné několika výpočtovými metodami. Zaměříme se na metodu, jež zohledňuje přídavný tepelný tok v místě styku zasklení a křídla. Přídavné tepelné toky okrajovou částí okna jsou příčinou, že hodnota okna konkrétní konstrukce U w není konstantní, ale je i funkcí rozměru a geometrie tvaru okna. Součinitel prostupu tepla oken se určí ze vztahu: U f Af + U g Ag + Ψ I g U w = [W/(m 2.K)] (14) A w kde U f je součinitel prostupu tepla rámu a křídla [W/(m 2.K)], U g součinitel prostupu tepla zasklení [W/(m 2.K)], A g plocha zasklení (m 2 ), A f plocha rámu (m 2 ), A w plocha celého okna (m 2 ), Ψ lineární součinitel prostupu tepla [W/(m 2.K)], obvod zasklení v křídle okna (m). I g Přesné měření tepelných charakteristik oken se uskutečňuje ve zkušebních laboratořích. Zkušební postupy k určování skutečných hodnot jsou normalizovány a provádí se ve speciálních zkušebních komorách. (Puškár a kol. 2000) 3.2.6. Zvukově-izolační vlastnosti oken Okno jako součást obvodové stěny představuje akustickou složenou konstrukci. Z hlediska zvukově-izolačních vlastností je právě okno nejslabším článkem obvodové stěny. Požadavky na zvukovou izolaci okna vyplývají z požadavků na zvukovou izolaci obvodových plášťů budov a jejich součástí. Neprůzvučnost oken se vyjadřuje váženou (laboratorní) neprůzvučností R w, určenou z neprůzvučnosti v třetinooktávových kmitočtových pásmech R, stanovenou v ČSN EN ISO 140-3 metodou podle ČSN EN ISO 717-1. Jestliže plocha oken zaujímá větší plochu než 50% celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti, je minimální požadavek na váženou neprůzvučnost okna R w stanoven hodnotou uvedenou v tabulce 9. Jestliže plocha oken představuje 35% až 50% celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti, je minimální požadavek na váženou neprůzvučnost okna R w o 3 db nižší, než hodnota uvedená v tabulce 9; pro okna zajímající menší plochu než 35% celkové plochy obvodové konstrukce v místnosti, je minimální požadavek na váženou neprůzvučnost okna R w o 5 db nižší, než hodnota uvedená v tabulce 9. Snížené požadavky na neprůzvučnost oken se uplatňují tehdy, když hodnota veličiny neprůzvučnosti plné části obvodového pláště je nejméně o 10 db vyšší, než hodnota vážené neprůzvučnosti okna. Je-li potřeba kromě stanovení hodnoty R w vzduchovou neprůzvučnost kategorizovat do tříd zvukové izolace oken, použijí se třídy uvedené v tabulce 9. Vyráběná a prodávaná okna se mají označovat číslem třídy zvukové izolace. 29
Tab. 9 Třídy zvukové izolace oken Třídy (TZI) 0 1 2 3 4 5 6 Index neprůzvučnosti R w (db) 24 25 až 29 30 až 34 35 až 39 40 až 44 45 až 49 50 Alternativně může být zvuková izolace jednoduchých oken (viz EN 12519:2004, 2.2.10) s IGU (izolační zasklívací jednotkou) stanovena použitím tabulkových hodnot. Tabulkové hodnoty jsou odvozeny z výsledků zkoušek zjištěných zejména na použitých zkušebních vzorcích velikosti 1,23 m x 1,48 m (referenční velikost) korespondující s celkovou plochou 1,82 m 2. Rozsah aplikace a extrapolační pravidla jsou uvedena v tabulce 10. Uvedený postup je použitelný pro pevná a otevíravá jednoduchá okna s IGU. Postup není použitelný pro okna-dveře s výplňovými panely. Požadovaná těsnění musí být nepřerušená, hladká, trvale pružná, odolná proti povětrnosti a snadno vyměnitelná. Průvzdušnost oken musí být nejméně třídy 3, pro posuvná okna nejméně třídy 2. Pro okna splňující předcházející podmínky jsou použity následující kroky: a) tabulka 10: Rw pro okna je zjištěn na základě Rw IGU; b) tabulka 11: Rw + Ctr pro okna je zjištěn na základě Rw + Ctr IGU; c) okno C = -1 db; d) výpočet okna Ctr = tabulka 11 (Rw + Ctr (okna)) tabulka 10 (Rw (okna)); e) úprava podle tabulky 12, jestliže je to nutné; označení CE okna: Rw (C; Ctr) založené na výsledcích kroků a), c), d) a e). PŘÍKLAD: Označení CE pro otevíravé a sklápěcí okno, rozměru 1,2 x 1,6 m, 1 těsnění, třída průvzdušnosti 3 a IGU s Rw (C; Ctr) = 30 (-1;-4) db IGU Rw = 30 db odpovídající Rw okna = 33 db IGU Rw + Ctr = 26 db odpovídající Rw + Ctr okna = 28 db C = -1 db Ctr = 28 db 33 db = -5 db Plocha 1,2 x 1,6 m = 1,92 m2 < 2,7 m2, takže úprava není nutná, označení CE Rw (C; Ctr) = 33 (-1; -5). (EN 14351-1) 30
Tab. 10 R w pro okna založená na R w IGU a b c d IGU R w a [db] Jednoduchá okna b Okno R w [db] Počet požadovaných těsnění d Jednoduchá, posuvná okna c Okno R w Počet [db] požadovaných těsnění d 27 30 1 25 1 28 31 1 26 1 29 32 1 27 1 30 33 1 28 1 32 34 1 29 1 34 35 1 29 1 36 36 2 30 1 38 37 2 Ne/Zkouška Ne/Zkouška 40 38 2 Ne/Zkouška Ne/Zkouška Zkouška podle EN ISO 140-3 (referenční metoda) nebo generické údaje podle EN 12758 nebo EN 12354-3. Pevná a otevíravá jednoduchá okna (sklápěcí, posuvná, kyvná, otočná) splňující třídu průvzdušnosti 3, viz 4.14. Jednoduchá, posuvná okna splňující třídu průvzdušnosti 2, viz 4.14. Jen otevíravá okna. Tab. 11 R w + C tr pro okna založená na R w + C tr IGU IGU R w + C tr a [db] a b c d Jednoduchá okna b Okno R w + C tr [db] Počet požadovaných těsnění d Jednoduchá, posuvná okna c Okno R w + C tr Počet [db] požadovaných těsnění d 24 26 1 24 1 25 27 1 25 1 26 28 1 26 1 27 29 1 26 1 28 30 1 27 1 30 31 1 27 1 32 32 2 28 1 34 33 2 Ne/Zkouška Ne/Zkouška 36 34 2 Ne/Zkouška Ne/Zkouška Zkouška podle EN ISO 140-3 nebo generické údaje podle EN 12758 nebo EN 12354-3. Pevná a otevíravá jednoduchá okna (sklápěcí, posuvná, kyvná, otočná) splňující třídu průvzdušnosti 3, viz 4.14. Jednoduchá, posuvná okna splňující třídu průvzdušnosti 2, viz 4.14. Jen otevíravá okna. 31
Tab. 12 Extrapolační pravidla pro rozdílné rozměry oken Rozsah velikosti okna Výsledky zkoušky pro zkušební vzorek nějaké Tabulkové hodnoty (viz B.3) a Hodnota zvukové izolace okna velikosti -100% až +50% celkové Celková plocha 2,7 m 2 R w a R w + C tr podle plochy zkušebního vzorku B.2 nebo B.3 +50% až +100% celkové plochy zkušebního vzorku 2,7 m 2 < Celková plocha 3,6 m 2 R w a R w + C tr opravené o -1 db +100% až +150% celkové plochy zkušebního vzorku 3,6 m 2 < Celková plocha 4,6 m 2 R w a R w + C tr opravené o -2 db >+150% celkové plochy 4,6 m 2 R < Celková plocha w a R w + C tr zkušebního vzorku opravené o -3 db Intervaly plochy uvedené pro tabulkové hodnoty jsou identické s intervaly pro a výsledky zkoušek podle B.2 použitím doporučeného zkušebního vzorku rozměru 1,23 m x 1,48 m. Neprůzvučnost okna závisí na mnoha konstrukčních úpravách, které mají vliv na celkovou neprůzvučnost. Jsou to především: druh systému zasklení, druh skla a jeho tloušťka, osazení skel v rámu, výplňový materiál ve vrstvě mezi skly (fólie, plyn apod.), tvar a pružnost těsnících profilů v okenní konstrukci a jejich umístnění apod. (Puškár a kol. 2000) 3.3. Rychlost větru a zkušební tlaky Jako vítr se označuje proudění vzduchu v troposféře. Jeho příčinou jsou tlakové rozdíly. Rychlost větru vykazuje roční, denní a místní kolísání. Směr a rychlost větru ovlivňuje tvar terénu a okolní zástavba, jejichž vliv v bezprostředním okolí je významný (Gebauer a kol. 2005). Rychlost větru je jedním z hlavních činitelů ovlivňujících požadavky na okenní konstrukci. S rychlosti proudění větru lze vypočíst dynamický tlak větru. Zatížení větrem se považují za nahodilá volná zatížení proměnná v čase. Jsou vyjádřena buď jako tlak větru, nebo jako síla větru. Zatížení větrem působí přímo na vnější povrch okna a tlaky působící na plochu povrchu způsobují síly kolmé k povrchu. Tabulka 13 udává nejčastěji používané hodnoty tlaku větru při zkoušení oken v závislosti na jeho rychlosti proudění. 32
Tab. 13 Zkušební tlaky v přepočtu na rychlost větru Tlak v Pa Tlak v mm CE Rychlost větru v km/h Rychlost větru v m/s 40 4 29 8,1 100 10 45 12,5 150 15 56 15,6 200 20 66 18,3 300 30 79 21,9 400 40 91 25,3 500 50 102 28,3 600 60 112 31,1 750 75 125 34,7 1000 100 144 40,0 1250 125 160 44,4 1500 150 175 48,6 2000 200 205 56,9 3000 300 250 69,4 V následující tabulce je potom uvedena beaufortova stupnice rychlosti větru na souši (www.chmi.cz). Tab. 14 Beaufortova stupnice rychlost větru Stupeň Vítr Rychlost větru km/h m/s 0 bezvětří < 1 < 0,5 1 vánek 1 5 ~ 1,25 2 větřík 6 11 ~ 3 3 slabý vítr 12 19 ~ 5 4 mírný vítr 20 28 ~ 7 5 čerstvý vítr 29 39 ~ 9,5 6 silný vítr 40 49 ~ 12 7 mírný vichr 50 61 ~ 14,5 8 čerstvý vichr 62 74 ~ 17,5 9 silný vichr 75 88 ~ 21 10 plný vichr 89 102 ~ 24,5 11 vichřice 103 114 ~ 29 12-17 orkán > 117 > 30 33
4. VLASTNÍ NÁVRH METODICKÉHO POSTUPU ZKOUŠENÍ A STANOVENÍ KRITÉRIÍ 4.1. Zkušební vzorek Za zkušební vzorek je pro účely této práce považováno dřevěné nebo plastové jednokřídlové okno, otevíravé a sklápěcí. Okno s tímto členěním je vhodné především z důvodu srovnatelnosti získaných výsledků. Za použití celoobvodového kování a jedno či dvojstupňového těsnění po celém obvodu křídla lze naměřené hodnoty jednotlivých zkušebních vzorků porovnávat a vyhodnocovat, aniž by získané hodnoty byly ovlivněny jinými faktory. U okna tohoto členění odpadá především řešení srazu křídel, které bývá řešeno rozdílně a tudíž by právě tento konstrukční detail mohl ovlivnit konečné výsledky zkoušek. Zkušební vzorky byly dodány do Zkušebny STV ve Zlíně v období od 10.8.2006 do 27.2.2007 za účelem posouzení shody výrobků podle NV č. 163/2002 Sb. nebo podle NV č. 190/2002 Sb. jednotlivými zadavateli zkoušek. Z oken dodaných v tomto období byly vybrány zkušební vzorky vyhovující zadaným kritériím. 4.1.1. Požadavky na zkušební vzorky Dřevěná okna Typ okna: dřevěné okno jednoduché, typ EURO IV-68 Rozměr: šířka 118-120 cm, výška: 148-150 cm Způsob otevírání: křídlo otevíravé a sklápěcí Materiál rámů a křídel: dřevěný lepený lamelovaný eurohranol z různých dřevin Kování: celoobvodové kování od různých výrobců, s možností speciální polohy kování mikroventilace, nebo bez možnosti této polohy Těsnění: jednostupňové nebo dvojstupňové na křídle Sklo a způsob zasklení: izolační dvojsklo 4-16-4 mm zaskleno do pružného silikonového tmelu a přichyceno dřevěnými zasklívacími lištami Rámová okapnice: hliníkový eloxovaný profil typ DONAU nebo CLASIC s vyfrézovanými otvory pro odvod vody Plastová okna Typ okna: plastová okna různých systémů Rozměr: šířka 105-116 cm, výška: 134-138 cm Způsob otevírání: křídlo otevíravé a sklápěcí Materiál rámů a křídel: plastový profil různých systémů a výrobců Kování: celoobvodové kování od různých výrobců, s možností speciální polohy kování mikroventilace, nebo bez možnosti této polohy Těsnění: dvojstupňové nebo trojstupňové na rámu a na křídle 34
Sklo a způsob zasklení: izolační dvojsklo 4-16-4 mm přichyceno plastovými zasklívacími lištami s pryžovým zasklívacím profilem Výtokové otvory: frézované nebo vrtané ve spodním profilu rámu Dekomprese rámu: vyřešena nebo nevyřešena Dekompresí rámu se rozumí otvory vyrovnávající tlak pro odvodnění rámů a odvětrání drážky pro sklo. Tyto otvory by měly mít stejnou velikost jako otvory výtokové. Frézují se nebo se vrtají naboku a nahoře rámového profilu (obr. 16). Další variantou je vynechání části dorazového těsnění v horním rámovém profilu a nahrazení plochým těsněním, které v tomto místě nedoléhá na profil křídla a umožňuje tak vyrovnání tlaků (obr. 17). Obr. 16 Otvory vyrovnávající tlak rámového profilu Obr. 17 Nahrazení části dorazového těsnění těsněním plochým 35
4.1.2. Příprava zkušebních vzorků Každé okno je před začátkem zkoušek podrobeno odpovídající přípravě: 1. Posouzení vhodnosti použití kontrola funkčnosti kování; kontrola variability kování (možnost speciální polohy - mikroventilace); kontrola těsnění, kontrola zatmelení rámových okapnicových hliníkových profilů a plastových koncovek u dřevěných oken; kontrola vyřešení dekomprese rámu u plastových oken. 2. Technický popis výrobku název a typ výrobku; evidenční číslo vzorku; datum dodání vzorku; údaje o vykonavateli zkoušek; výkresová dokumentace; podrobný popis výrobku. 3. Upevnění vzorku do zkušebního rámu tak, jak je určen k použití ve stavbě, bez zkroucení nebo průhybů, která by mohly ovlivnit výsledky zkoušky; seřízení polohy rámu a křídla; nastavení kování do výchozí polohy. 4.2. Zkušební zařízení Pro experimentální část práce je využito měřící zařízení Sodifma II, umístněné ve Zkušebně stavebně truhlářských výrobků ve Zlíně. Jedná se o zkušební komoru s jednou otevřenou stranou, do které se pomocí pneumatických přítlaků připevní zkušební vzorek. V komoře je možno vyvinout tlak nebo podtlak ± 3000 Pa. Tato komora je konstruována tak, aby používané zkušební tlaky nezpůsobily její prohnutí, které by mohlo ovlivnit výsledky zkoušek. Zkušební komora je dále vybavena zařízením pro vytvoření regulovaných zkušebních tlaků, zařízením umožňujícím vyvolání rychle po sobě jdoucích změn zkušebních tlaků regulovaných v pevně stanovených mezích, zařízením pro měření množství toku vzduchu proudícího do komory nebo z komory a zařízením pro měření celkového zkušebního tlaku působícího na celý zkušební vzorek. Zkušební komora je navíc vybavena postřikovacím systémem k zajištění rovnoměrného vodního filmu na celém vnějším povrchu zkušebního vzorku a měřícím zařízením pro měření množství přiváděné vody. 36
Obr. 18 Zkušební zařízení SODIFMA II 4.3. Metodický postup zkoušení Pro stanovení vlivu kování na zatékavost a spárovou průvzdušnost oken jsou na jednotlivých vzorcích zkoušeny tyto vlastnosti. Průvzdušnost (viz kapitola 3.2.2) je zkoušena podle zkušební normy pro zkoušení průvzdušnosti oken a dveří ČSN EN 1026 Okna a dveře Průvzdušnost Zkušební metoda. Vodotěsnost (viz kapitola 3.2.3) je zkoušena podle zkušební normy pro zkoušení vodotěsnosti oken a dveří ČSN EN 1027 Okna a dveře Vodotěsnost Zkušební metoda. Výše uvedené zkoušky jsou provedeny na oknech při různém stupni dotažení kování a při poloze kování mikroventilace. Následující tabulky uvádí postup jednotlivých zkoušek v závislosti na tipu zkoušeného okna (viz kapitola 4.1.1). 37
Tab. 15 Postup zkoušek a vyjádření výsledků na dřevěném okně jednoduchém bez mikroventilace vz. č. 1 Dřevěné okno jednoduché bez mikroventilace 1. ČSN EN 1026 Okna a dveře 0 % dotažení kování 2. Průvzdušnost Zkušební 50 % dotažení kování 3. metoda 100 % dotažení kování 4. ČSN EN 1027 Okna a dveře 0 % dotažení kování 5. Vodotěsnost Zkušební 50 % dotažení kování 6. metoda 100 % dotažení kování m 3 /h.m 2 celkové plochy; m 3 /h.m délky spáry; třída průvzdušnosti mez vodotěsnosti P max ; místo průniku Tab. 16 Postup zkoušek a vyjádření výsledků na dřevěném okně jednoduchém s mikroventilací vz. č. 2, 3 Dřevěné okno jednoduché s mikroventilací 1. ČSN EN 1026 Okna a dveře 0 % dotažení kování 2. Průvzdušnost Zkušební 50 % dotažení kování 3. metoda 100 % dotažení kování 4. kování v poloze mikroventilace 5. ČSN EN 1027 Okna a dveře 0 % dotažení kování 6. Vodotěsnost Zkušební 50 % dotažení kování 7. metoda 100 % dotažení kování 8. kování v poloze mikroventilace m 3 /h.m 2 celkové plochy; m 3 /h.m délky spáry; třída průvzdušnosti mez vodotěsnosti P max ; místo průniku Tab. 17 Postup zkoušek a vyjádření výsledků na plastovém okně bez mikroventilace a s otvory pro vyrovnání tlaku rámu vz. č. 4 Plastové okno bez mikroventilace a s otvory vyrovnávající tlak rámu 1. ČSN EN 1026 Okna a dveře 0 % dotažení kování 2. Průvzdušnost Zkušební 50 % dotažení kování 3. metoda 100 % dotažení kování 4. ČSN EN 1027 Okna a dveře 0 % dotažení kování 5. Vodotěsnost Zkušební 50 % dotažení kování 6. metoda 100 % dotažení kování m 3 /h.m 2 celkové plochy; m 3 /h.m délky spáry; třída průvzdušnosti mez vodotěsnosti P max ; místo průniku 38