C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
1. Ročenka ČKLOP 1.1.
ČKLOP – základní údaje
Česká komora lehkých obvodových plášťů (ČKLOP) byla založena v červnu 2007. U jejího vzniku bylo 18 významných firem z řad výrobců prosklených plášťů a jejich dodavatelů. V září 2011 měla již 31 řádných členů, 10 přidružených členů a 2 čestné členy. Hlavním cílem komory je vhodnými metodami přispívat k rozvoji trhu. Spolupracujeme s nejlepšími českými i zahraničními odborníky a zároveň sledujeme úroveň navrhování a provádění konstrukcí členy ČKLOP. Spolupracujeme s nimi při zajišťování opatření pro zvyšování jakosti, dbáme na informovanost svých členů v oblasti předpisů, nařízení, norem a novinek v oboru. Důležitou činností je informovanost široké odborné veřejnosti, pomoc s nastavením jasných pravidel výběrových řízení a kontroly kvality dodávek. Chceme usnadnit architektům, projektantům a investorům orientaci v široké škále výrobků a materiálů použitelných pro moderní realizace.
1.2.
Ročenka ČKLOP
Ročenka ČKLOP je jedním ze základních dokumentů komory. Podkladem pro vytvoření prvního vydání ročenky 2009 byly „Pokyny“ společnosti W.Hartmann&CO.(GmbH&Co.) z roku 1999 v německém jazyce. Některé části kapitol prvního ročníku byly převzaty a upraveny v souladu s normami a předpisy ČR, převážná část publikace ale byla nově vytvořena pracovníky ČKLOP, technickou komisí a externími spolupracovníky ČKLOP. Druhé vydání ročenky pro rok 2010 a třetí vydání ročenky pro rok 2011 přinesly zásadní přepracování, změnu pořadí a doplnění řady kapitol. Čtvrté vydání značně rozšiřuje a aktualizuje předchozí třetí vydání. Ročenka se stala základní pomůckou techniků dodavatelů systémů hliníkových a plastových systémů a rovněž ji využívají projektanti.
1.3.
Smysl ročenky ČKLOP
Ročenka ČKLOP má sloužit nejen k dalšímu vzdělávání členů komory a jejich zaměstnanců, ale i širší odborné veřejnosti. Proto je její obsah bude neustále aktualizován a doplňován podle nejnovějších poznatků, trendů a úprav předpisů v oblasti lehkých obvodových plášťů, oken a dveří. Cílem ČKLOP je předložit uživatelům příručku, která umožní osvojení základních znalostí nejen pro návrh a projektování lehkých obvodových plášťů, oken a dveří, ale přispěje zásadním způsobem ke zkvalitnění výroby a montáží. Jestliže při používání této publikace naleznete nepřesnosti nebo překonané údaje, prosíme, abyste svoje výhrady sdělili sekretariátu ČKLOP, nejlépe písemně.
1.4.
Odpovědnost za škody
Ročenka ČKLOP byla sestavena kolektivem autorů, jejichž snahou bylo (i přes vysokou dynamiku rozvoje oboru LOP v posledních letech) vypracovat a upravit jednotlivé kapitoly na základě nejnovějších poznatků, doporučení a norem zavedených do každodenní praxe. I když obsah celé ročenky byl následně pečlivě kontrolován nejlepšími odborníky z oboru LOP, přesto mohlo dojít k nepřesnostem nebo vnesení neúmyslných chyb do textu nebo číselných či jiných údajů ročenky. ČKLOP a její pracovníci se distancují od odpovědnosti za škody, které by mohly vzniknout z nepřesností v textu nebo neúmyslnými chybami v údajích ročenky ČKLOP.
1.5.
Základní požadavky
Základní požadavky na stavby jsou definovány v Zákoně č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (Stavební zákon), v nejnovějším znění a jeho prováděcí předpisy. Dalším významným zákonem je Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky, v nejnovějším znění. Stavebním zákonem s jeho prováděcími předpisy se řídí nejen investoři, architekti a projektanti, ale řada nařízení se týká přímo i výrobců komponentů LOP. Zákonem a předpisy o technických požadavcích na výrobky se musí řídit výrobci systémů LOP a také výrobci jednotlivých výrobků. Mimo základní zákony a jejich prováděcí předpisy se řídí výrobci LOP českými a evropskými normami. Normy vztahující se bezprostředně k tématům jednotlivých kapitol ročenky jsou uváděny bezprostředně v kapitolách nebo na jejich konci, normy, které se týkají více kapitol, jsou v ročence vyjmenovány v kapitole „Literatura“.
www.cklop.cz
9
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
1.6.
Úlohy projektantů, výrobních společností a specialistů na montáž
Lehký obvodový plášť, okna a dveře, světlíky, požární uzávěry apod. jsou významnou součástí stavby, která zásadně ovlivňuje nejen pohodu vnitřního prostředí, ale i správnou funkci budovy jako celku. Prosklené části budovy se musí řešit komplexně a opomenutí definice požadavků na prvek a řešení napojení na stavební těleso často vede k těžkostem, které nemusí být řešitelné jednoduchou opravou, ale často vyžadují výrazný zásah do hotové stavby. Komplexní detailní řešení LOP, oken a dveří a základní detaily napojení je třeba řešit už v prováděcím projektu. Při zadání výroby prosklených prvků už musí být definovány základní požadavky: -
geometrické členění, způsoby otevírání, materiál a povrchová úprava rámů;
-
třídy odolnosti na zatížení větrem, vodotěsnosti a průvzdušnosti výrobků;
-
osazení obvodového pláště, hloubka zasazení prvků do ostění, řešení vnějšího a vnitřního ostění;
-
tepelnětechnické parametry výrobků a světelné a energetické parametry zasklení;
-
vážená vzduchová neprůzvučnost výrobku;
-
požární odolnost a kouřotěsnost;
-
další zvláštní požadavky (bezpečnost, neprůstřelnost, odolnost proti výbuchu apod.).
Kritéria pro poptávku a nabídku rámových konstrukcí doporučená ČKLOP jsou uvedena v závěru této poblikace. Stavebník je podle § 152, odst. 2 zákona č. 183/2006 Sb. o územním plánování a stavebním řádu (Stavební zákon) povinen opatřit předepsanou dokumentaci pro účely projednání záměru. Za definici správných požadavků a za řešení napojovacích detailů je odpovědný autor projektu s příslušným opravněním (autorizace ČKAIT). Podle § 159 , odst. 2 zákona č. 183/2006 Sb. o územním plánování a stavebním řádu (Stavební zákon): „Projektant odpovídá za správnost, celistvost, úplnost a bezpečnost stavby provedené pod jím zpracované projektové dokumentace a proveditelnost stavby podle této dokumentace, jakož i za technickou a ekonomickou úroveň projektu technologického zařízení, včetně vlivu na životní prostředí.“ U staveb a činností, které podléhají pouze ohlášení, může dokumentaci zpracovat též osoba odborně způsobilá podle odst. 3, § 156. V současné době existuje řada projektových organizací, které se specializují přímo na projektování v oboru LOP a mohou převzít část prováděcího projektu složité stavby. Samotná kvalita výroby prvků (jednotlivých dílů LOP, oken a dveří), která probíhá u specializovaných výroben, je závislá na technické úrovni přípravy výroby, kvalitě pracovníků ve výrobě a kvalitě strojního vybavení. Mimo „garážových“ výrobců bez odpovídajícího strojního vybavení a bez vzdělaných přípravářů jsou české výrobny zpravidla schopny dodávat velmi kvalitní výrobky. Posouzení kvality přípravy a výroby je také jedním z kritérií přijetí výrobce za člena ČKLOP. Kvalitu výrobků před zabudováním rovněž ovlivňuje výběr použitého systému, při kterém doporučujeme posuzovat dodavatele z hlediska jakosti dodávaných profilů, kování a příslušenství. U výběru systému více než v jiných oborech platí přímá úměra kvalita = cena. Významným krokem je vlastní montáž. Je třeba si uvědomit, že funkce výrobku je ovlivněna kvalitou montáže zásadním způsobem. Montáž je posuzována jako stavební výroba a proto je nutné mít k výkonu této činnosti příslušné oprávnění (autorizace ČKAIT). Montážní organizace musí samozřejmě disponovat příslušnou technikou a její pracovníci dostatečnými znalostmi stavební fyziky, pokynů výrobce a montážních návodů dodavatele systému. Normy ČSN jsou citované a uveřejněné se souhlasem ÚNMZ. Plné aktuální znění je dostupné v citovaných normách ČSN, které jsou dostupné v Informačním centru ÚNMZ, nebo prostřednictvím ČSN Online (http://csnonlinefirmy.unmz.cz/ nebo http://csnonline.unmz.cz/.
10
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
2. Systémy – používané materiály 2.1.
Hliníkové systémy
Z hliníku jsou převážně používány protlačované profily vyrobené ze slitiny kovů Al–Mg–Si 0,5 F22 s minimální tahovou pevností 215 N/mm2. Povolené napětí pro namáhání tahem a tlakem v závislosti na kombinaci zatížení dosahuje hodnot 95 N/m nebo 105 N/m. Modul pružnosti je E = 7000 kN/cm2. Požadavky na hliníkové profily pro stavebnictví specifikují normy ČSN EN 12020 „Hliník a slitiny hliníku - Lisované přesné profily ze slitin EN AW–6060 a EN AW–6063“ [1].
2.1.1.
Ekologické aspekty
Hliník je po kyslíku a křemíku na zemi třetí nejčetněji se vyskytující prvek a tvoří zhruba 8% zemské kůry. Tento daný surovinový potenciál umožňuje využití hodnotného materiálu bez spotřeby omezených surovinových zdrojů příštích generací. Pro výrobu primárního – surového hliníku z bauxitu je zapotřebí elektrické energie. Výrazný tlak na ochranu životního prostředí a růst cen energií urychlily využití druhotného hliníku, získávaného z roztavení hliníkového odpadu. Proces přetavení potřebuje zhruba jen 5% energie, které je zapotřebí k výrobě hliníku surového. Ke zřejmé vysoké úspoře energie dochází tím, že energie spotřebovaná při prvovýrobě surového hliníku není v žádném případě ztracena, nýbrž že je předána – v rámci oběhu výroby s opětovným užitím materiálu – následným generacím výrobků. Po přetavení starého šrotu i nového odpadu z hliníku zůstávají zachovány všechny jeho dobré materiálové vlastnosti. Druhotný hliník může projít bez kvalitativních ztrát mnoha výrobními cykly. Hliníkový odpad ze stavebnictví se vyznačuje s ohledem na jakost a druh značnou stálostí. Důkazem rentability je vysoká míra recyklace hliníku – v současnosti se 85% materiálu vrací ke zpracování do výrobního oběhu. Ukládáním či likvidací hliníkového odpadu zároveň nedochází k žádné zátěži životního prostředí. Recyklace hliníkové slitiny z odřezků a obrobků z výroby hliníkových konstrukcí je téměř stoprocentní. Stejně tak i vysloužilé hliníkové profily z oken, dveří a fasád jsou předávány vzhledem ke své vysoké hodnotě téměř ve 100% sběru. Moderní technologií mechanického recyklačního zpracování vzniká jakostní hliníkový granulát použitelný k výrobě ingotů a tažení nových profilů. Vysoký podíl uplatnění druhotného hliníku ve stavebnictví je tím ještě zvyšován.
2.1.2.
Vlastnosti hliníkové slitiny
2.1.2.1. Nízká hmotnost, vysoká pevnost a tvarová stálost Hliník není pouze pevný a odolný, nýbrž je i lehký kov. Jeho měrná hmotnost činí 2,7 g/cm3 a dosahuje pouze třetiny měrné hmotnosti oceli. Malá hmotnost je přínosem při úsporách energie a nákladů při dopravě hliníkových výrobků. Snižují se náklady na provoz a údržbu dopravních zařízení a vozidel. Výrazně ulehčené jsou výroba a montáž velkých stavebních fasádních prvků a manipulace s nimi. Rovněž lze počítat s lehčími základovými konstrukcemi a s dispozicí nosných prvků s nižšími stavebními a materiálovými náklady. Pevnost hliníku lze zvýšit sléváním pomocí legovacích přísad. Hliníkové slitiny pak mohou dosáhnout až pevnosti v tahu srovnatelné s ocelí.
2.1.2.2. Dobrá tvárnost a mnohostranné uplatnění Díky nízkému bodu tání a dobré tekutosti v roztaveném stavu i s ohledem na nízkou měrnou hmotnost je možné hliník za studena i za tepla velmi dobře přetvářet. Známé je například ohýbání systémových profilů do obloukových prvků (obloukové prosklené fasády a stěny atd.), ohýbání plechů apod.
2.1.2.3. Vysoká odolnost proti korozi a dlouhá životnost Dobrá odolnost proti atmosférickému koroznímu účinku je dána ochrannou zoxidovanou povrchovou vrstvou, která se vždy vytváří při styku se vzduchem a která se po sejmutí vždy rychle spontánně obnoví. Odolnost proti korozi lze ještě zlepšit různými povrchovými úpravami. Oproti oceli vrstva oxidu nereaguje s hliníkovou slitinou a neurychluje korozi.
2.1.2.4. Zdravotní nezávadnost Hliník je nejedovatý a chuťově neutrální materiál. Zdravotně nezávadné jsou prakticky všechny hliníkové slitiny. Nejsou známy žádné předpisy, které by omezily použití hliníku ve stavebnictví, hliníkové slitiny je možné například používat i v potravinářském průmyslu.
www.cklop.cz
11
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
2.1.2.5. Riziko vzniku elektrochemické koroze Vlivem rozdílných elektropotenciálů dochází při kombinaci hliníku s jinými kovy bez izolačních mezivrstev ke vzniku kontaktní koroze (vznik elektrického článku). Korozní proces je ovlivněn mj. jakostí povrchu. Zdrsnění je třeba minimalizovat, poškrábání narušuje protikorozní ochranu. V zásadě bezproblémové je spojování hliníku s následujícími kovy: •
nerezová chrómová a chrómniklová ocel,
•
hliník, olovo, chróm, nikl, cín, zinek,
•
ocel s povlakem z hliníku, olova, chrómu, niklu, cínu či zinku,
•
ocel s povrchovou organickou vrstvou.
Vyloučit nebo pečlivě oddělit izolací je nutné spoje hliníku s následujícími kovy: •
nechráněná ocel,
•
měď, bronz, mosaz.
Hliník musí být zpracován s ohledem na ochranu proti korozi se zachováním konstrukčních zásad, uvedených v evropských a v českých normách. Je třeba se vyvarovat všech spár, dutin či ploch, kde by se mohla koncentrovat voda. Agresivní složky z atmosféry, chemické a mechanické zatížení, zvýšená teplota a vzdušná vlhkost způsobují urychlení korozního procesu. Hliník je během skladování, přepravy i montáže chráněn proti mechanickým a korozním vlivům samolepícími snímatelnými plastovými fóliemi, které jsou ochranou zejména proti omítkám, maltám, sádře, cementu, betonu i proti prostředkům na odstraňování cementu. K zajištění trvalé protikorozní ochrany hliníku je povrchová úprava prováděna následujícími způsoby: •
anodická oxidace (eloxování),
•
povrchová úprava nanesením práškového či tekutého laku,
•
ochranné povrchové vrstvy chemickým chromátováním a fosfátováním,
•
nátěry materiálů na bázi živic a dehtových smol.
Ve spojích jednotlivých hliníkových prvků jsou používány vložky z vhodných plastických hmot.
2.1.3.
Výroba hliníkových profilů
2.1.3.1. Výroba slitiny pro tlačení profilů Slitina pro výrobu hliníkových profilů je vyráběna zpravidla litím do svislých kokil a odlitky mají cylindrický tvar o průměru podle válce budoucího lisu, ve kterém se budou tlačit profily. Obvyklý je průměr 250 a 350 mm, ale může být i jiný. Svislé odlévání se provádí tak, že je přiváděna hliníková tavenina s příměsí křemíku, která má teplotu přes 720°C a více, do vodorovně umístěné manžety (hrdla), která je silně chlazená a těsně před zchlazením taveniny je do slévané taveniny přidáván hořčík, který má výrazně nižší objemovou hmotnost než hliník, a který se stačí těsně před utuhnutím slitiny pravidelně rozptýlit do taveniny. Po ztuhnutí v manžetě je odlitek posunován z manžety směrem dolů do kokily až do délky dané technologickými možnostmi slévárny, většinou do 6m délky. Po odlití je odlitek nařezán na přířezy dané typem stroje, na kterém se budou dále zpracovávat.
2.1.3.2. Výroba profilů Výroba profilů probíhá tlačením ve výkonném lisu, do kterého je vložen odlitek zpravidla ve slitině Al–Mg–Si 05 F22 zahřátý na teplotu 450°C i nižší. Hliníkový materiál odlitku se protlačuje přes ocelovou matrici, která je chlazena tekutým dusíkem. Matrice jsou vyrobeny z oceli kruhového průřezu, s dutinami pro protlačení hliníkové slitiny přes otvory požadovaného tvaru a zakřivení. Matrice jsou jednoúčelové a sestavené váží až 500 kg, jsou tedy náročné na manipulaci. Ocel k výrobě matrice musí být mimořádně kvalitní, s vysokým stupněm otěruvzdornosti. Materiál matrice je vystaven velmi vysokým tlakům a také místním zvýšením teploty daným protlačováním těstovité hliníkové hmoty náběhovými kanály v matrici. Tím
12
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
dochází i k opotřebení lisovacího nástroje. Před prvním tlačením profilů musí být nástroj vytvrzen (nitrace), vždy po určitém množství protlačeného hliníku se nástroj z lisu vyjímá, opravuje a vytvrzuje. Těmito procesy se zvyšují tolerance. Jakmile má matrice nevyhovující měrné tolerance, je nekompromisně vyřazena. Celý proces lisování je plně automatizován. Podle druhu a tvaru profilů lis pracuje s různými druhy tlaku, největší lisy protlačují silou 5 500 t na průřez odlitku 350 mm. Lis tlačí kontinuálně a v lisu je jeden odlitek nahrazován druhým až do vytlačení potřebného množství. Profily se vytlačí na délku, kterou umožní výrobní hala, a následně se mechanicky natahují. Tím dojde k vyrovnání profilu, mikroskopickému uspořádání materiálu a zlepšení mechanických vlastností. Hotové profily se řežou na expediční délku, obvyklá je 6 nebo 6,5 m, ale může být i delší. Někteří výrobci uvádějí maximální expediční délku přes 10 m i více. Po výrobě jsou hotové profily skládány do palet nebo kartónových krabic pro expedici do skladů a následně k povrchové úpravě nebo k finálnímu výrobci LOP (kovozpracovateli).
2.1.3.3. Profily s přerušeným tepelným mostem Profily s přerušeným tepelným mostem se převážně uplatňují v okenních (rámových) systémech, v systémech fasádních méně, ale také nejsou výjimkou, řešení vázaných profilů se například uplatňuje v systémech blokových (elementových) fasád. Řešení přerušení tepelného mostu v profilu ( vázání dvou profilů přes izolátor) se vyvíjelo od 70 let minulého století. Zpočátku se mezi dva profily nýtovaly a později lisovaly bodové izolátory z různých pryskyřic a umělých hmot, někdy se používaly celohliníkové profily vylité pryskyřicí, jimž se po vytvrdnutí odfrézovala stěna a pryskyřice tvořila izolační zónu a zároveň staticky držela profil pohromadě.
www.cklop.cz
13
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
Počátkem osmdesátých let se vývoj ustálil na průběžných izolátorech, zpravidla z polyamidu vyztuženého skelným vláknem, zalisovaných do dvou hliníkových profilů. Postupně se hledají i jiné materiály, například polythermid, v současné době ale převažuje u většiny dodavatelů systémů polyamid vyztužený skelným vláknem. Velikostí a tvarem izolátorů jsou dány mechanické a tepelné vlastnosti profilu. Možnost použití větších a větších izolátorů ale naráží nejen na technologické možnosti dosažení geometricky přesného profilu, ale zároveň přináší riziko vnášení průhybů do konstrukcí vlivem bimetalových efektů. Na obrázku v horní řadě jsou zobrazeny pro ilustraci různé izolátory a jejich zalisování do profilů:
V současné době se už u nejvyspělejších systémů nepoužívají samotné jednoduché polyamidové izolátory, ale je komplexně řešena celá tepelná zóna vázaného hliníkového profilu. Řešení celé zóny je vidět na pěti příkladech ve spodní části obrázku. Izolátory se používají komorové, často se do izolační komory vkládá vložka na bázi pěnového polystyrénu nebo jiných vysoceizolačních umělých hmot Funkční vlastnosti se posuzují podle ČSN EN 14024 „Kovové profily s přerušením tepelného mostu - Mechanické funkční vlastnosti - Požadavky, posouzení výpočtem a zkouškami“ [5], profily určené pro strukturálně lepené sklo se posuzují také podle části 3 řídícího pokynu ETAG 002 „Systémy zasklení s konstrukčním tmelem“ [6]. Součinitel prostupu tepla profilů (především oken a dveří) lze zjistit měřením podle ČSN EN 12412-2 „Tepelné chování oken, dveří a okenic - Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně - Část 2: Rámy“ [3] nebo výpočtem podle ČSN EN 10077-2 „Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla - Část 2: Výpočtová metoda pro rámy“ [4].
2.2.
Ocelové systémy
Pro ocelové profily dveřních a fasádních systémů se používá běžná konstrukční ocel řady S235 s mezí pevnosti 360 N/mm2 a mezí kluzu 235 N/mm2. V případě použití nerezových ocelí se používá dle expozice buď třída 1.4307 (AISI 304L) pro profily v interiéru nebo 1.4404 (AISI 316L) pro profily v exteriéru. Modul pružnosti je E = 21000 kN/cm2.
2.2.1.
Ekologické aspekty
Ocel je jeden z mála používaných materiálů, který je 100% bez dalších úprav recyklovatelný. Ocelové profily, které splnily svoji funkci, je možné zcela navrátit do procesu zpracování. Nezanechává tedy negativní dopady na životní prostředí.
14
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
2.2.2.
Mechanické vlastnosti
Se svým modulem pružnosti 21000 kN/cm2 je nejpevnějším materiálem dnes běžně používaným ve stavebnictví. Díky svým mechanickým vlastnostem umožňuje konstrukční řešení, která pro jiné materiály nejsou možná. Štíhlé filigránské profily, velké tabule skla, velké konstrukční díly s minimálními nároky na kotevní body popř. stěny bez dalších podpůrných konstrukcí – to jsou důsledky mechanických vlastností oceli.
2.2.3.
Tepelná roztažnost
Ocel je z hlediska tepelné roztažnosti optimálně kombinovatelný materiál s betonem i sklem. Všechny tyto materiály mají přibližně stejný koeficient tepelné roztažnosti, tudíž není třeba řešit někdy velmi složité detaily při spojení materiálů s výrazně rozdílným koeficientem tepelné roztažnosti. Navíc typy spojů ocel–ocel a ocel–beton jsou dostatečně známé a není třeba vymýšlet speciální kotevní detaily ocelových profilů.
2.2.4.
Konstrukční možnosti
U složitých prostorových konstrukcí se uplatní maximální míra volnosti ve spojování profilů svarem. Jednak lze bez ohledu na typovost spojů vytvořit libovolný úhel rovinné nebo prostorové konstrukce a jednak lze spojením svarem vytvořit tuhou samonosnou konstrukci, která již většinou nepotřebuje další podpůrnou konstrukci. Ocelové profily je možné jednoduchým způsobem dále zpevňovat. Zasunutím vhodné výztuhy (plochá ocel, uzavřený profil, I profil) se několikanásobně dá zvětšit průřezový modul i moment setrvačnosti profilu. Fasádní ocelové profily lze také libovolně kombinovat s profily nosných ocelových konstrukcí (příhradové sloupy či vazníky).
2.2.5.
Zpracovatelnost
Zpracováním a tvářením ocelí se člověk zabývá od jejího objevení. Zařízení pro zpracování ocelových profilů je dnes součástí každé i malé firmy zabývající se zámečnictvím popř. zpracováním kovů. Jak dělení tak spojování profilů jsou běžné výrobní operace. Ocelové profily se běžně spojují svarovým spojem nebo mechanicky (spojovníky). K výrobě fasádních prvků z ocelových systémů není třeba žádné složité technologie.
2.2.6.
Ochrana proti korozi
Nechráněná ocel podléhá atmosférickému koroznímu účinku. Proto je nutné všechny ocelové díly chránit. Ochrana je primární – opatření přímo na povrchu kovu a sekundární – kvalitní povrchová úprava. Optimální primární ochranou profilů je žárové zinkování. Dnes vyráběné profily se válcují z již předem zinkovaného plechu. Standardní zinková úprava (zaválcovaný žárový zinek) se provádí v množství 275 g/m2 oboustranně tj. 20 μm. Profily vyráběné technologií tažení za studena nelze vyrábět ze zinkovaného plechu, proto se upravují galvanickým zinkováním Sekundární ochrana je dána kvalitní povrchovou úpravou profilu.
2.2.7.
Zdravotní nezávadnost
Ocel je zdravotně nezávadný materiál. Použití ocelových profilů není v žádném odvětví limitováno. Nerezové oceli jsou naopak standardem pro určité aplikace např. potravinářský průmysl, prostředí se zvýšeným obsahem chlóru (bazény, lázně atd.).
2.2.8.
Profily s přerušeným tepelným mostem
Profily, kde přerušení tepelného mostu je realizováno přímo jako součást profilu, se užívají především jako rámy oken, dveří a stěn (nikoliv fasádních konstrukcí). Jako tepelný izolátor se dnes běžně používají materiály na bázi polyamidu, většinou vyztužené skleněnými vlákny. Izolátor musí splňovat takovou úroveň mechanických vlastností, aby neznehodnocoval mechanickou pevnost celého profilu. Kompozitní profily se zkouší z hlediska pevnosti spojů izolátorocel i z hlediska pevnosti vlastního izolátoru dle EN 14024 [5]. Nikdy nesmí být nejslabším místem profilu spoj izolátorocel. Vlastní technologie spojování je většinou technologickým tajemstvím výrobců. Jde však o studené zalisování izolátoru do ocelové části. Takto vyrobený profil je již nerozebíratelný a pracuje se s ním jako s celoocelovým profilem. S posledním vývojem tepelných norem lze i v této oblasti očekávat v blízké budoucnosti změnu technologických postupů a zejména náhradu polyamidu.
www.cklop.cz
15
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
V současné době probíhá testování použití pevnějších a pružnějších izolátorů na bázi polyuretanu zpevněného až ze 67% skleněnými vlákny. Tyto izolátory umožňují konstrukci extrémně štíhlých profilů, kde prakticky vlastní profil je izolátor „obtažený“ ocelovým plechem. Mechanické vlastnosti tohoto materiálu jsou o třídu lepší než dnes běžně používané polyamidy. Z hlediska tepelného se koeficient tepelné vodivosti lambda pohybuje na hranici 0,3 W/mK. Během jednoho až dvou let lze očekávat úprava izolátorů u současných profilů s polyamidy. Tato úprava současně se zvětšením hloubky profilu na 70 až 80 mm bude znamenat výrazný posun v parametru Uf ocelových izolovaných profilů.
2.3.
Plastové systémy
2.3.1.
Základní pojmy a termíny
Plasty, známé také pod názvem plastické hmoty nebo pod nesprávným názvem „umělé hmoty“, označují řadu syntetických, polymerních materiálů, jejichž společnou vlastností je přechod do plastického stavu působením tepla. Tato vlastnost se nazývá plasticita je podstatou jejich dalšího formování do předmětů, filmů nebo vláken působením tepla a tlaku. Po vychladnutí si podrží svůj tvar a vlastnosti pevné látky. Plasty se vyznačují velkou variabilitou vlastností, jako je např. tepelná odolnost, tvrdost, pružnost. Mezi jejich výhody patří nízká hustota, chemická odolnost, jednotnost složení a struktury a dobrá zpracovatelnost energeticky málo náročnými technologiemi vhodnými pro masovou výrobu (lisování, lisostřik, vstřikování, vyfukování, lití, vytlačování apod.). Díky tomu nalezly použití téměř ve všech průmyslových odvětvích i v domácnostech. Poznámka: Označení „Umělá hmota“ asi vzniklo nesprávným překladem z němčiny Kunststoffe (die Stoffe = látka, materiál) Umělou hmotu se zatím vyrobit nepodařilo. Velmi krkolomně působí novotvary, kterými je čeština zaneřáděna jako: umělohmotná okna, umělohmotné kelímky ap. i z úst reportérů na televizní obrazovce a přitom existuje výstižné a praktické vyjádření „plast, plastový“. Historicky se jedná v případě PVC o nejmladší rámový materiál i když na druhé straně PVC je jeden v praxi z nejdéle používaných polymerů. Polyvinylchlorid – PVC byl objeven již roku 1872 a od počátku minulého století je prakticky využíván pro výrobu různých předmětů, nejprve jako měkčený a teprve od konce 50–tých let jako neměkčený pro výrobu profilů pro okna a dveře.
2.3.2.
Obecné fyzikálně mechanické vlastnosti PVC
Jedná se o termoplastický polymer, bílý prášek – perličky, ve vodě nerozpustný, odolný prakticky vůči všem anorganickým chemikáliím, rozpouští se v některých organických rozpouštědlech. Tepelná odolnost je závislá na způsobu stabilizace. Nejlépe stabilizované směsi jako jsou například neměkčené profily, nebo roury jsou stabilní až do 65°C a začínají měknout nad 80°C. Měkčené PVC může přecházet do plastického stavu i při nižších teplotách. Zpracovatelská teplota PVC se pohybuje od 150° do 210°C. Při vyšších teplotách PVC se rozkládá (degraduje). Neměkčený PVC hoří jen přímém plameni.
2.3.3.
Výroba PVC
Polyvinylchlorid se vyrábí radikálovou polymerací vinylchloridu.
= (-CH2-CHCl-)n
Polymerace vinylchloridu může probíhat buď v suspenzi, emulzi, nebo v bloku a vznikající polymer – makromolekula vytváří řetězec o více než 60000 jednotkách (n). Výchozí surovinou pro výrobu PVC jsou zemní plyn a chlorid sodný. Ze zemního plynu se získává etylen, jehož chlorací se připraví vinylchlorid, látka, která poměrně snadno polymerizuje na polyvinylchlorid. Čisté vyrobené PVC je látka velmi tvrdá, která se bez přídavku dalších surovin dá zpracovávat jen velmi obtížně. Základní přísadou do PVC před zpracováním je stabilizátor, který v současné době nejčastěji bývá na bázi organocínu pro transparentní aplikace (fólie), na bázi kovů, především olova, anebo kombinace vápník–zinek. Další přísadou do PVC pro některé aplikace (fólie, hračky, obaly, koženka) jsou změkčovadla. Podle obsahu změkčovadla se dělí PVC na dvě kategorie:
16
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
•
PVC měkčené – obsahují změkčovadla a používá se na výrobu např. PVC obalů, hadic, izolace kabelů, plastizoly aj.)
•
PVC neměkčené – neobsahuje žádná změkčovadla, (nepřesně se často používá označení tvrdé PVC a nesprávně tvrzené PVC). Používá se převážně v technických výrobcích a výrobcích pro stavebnictví, kde nahrazuje tradiční materiály.
2.3.4.
Obecná receptura směsi neměkčeného PVC:
– PVC S o K hodnotě 64 – 68
100 váhových dílů
– Stabilizátor (olovnatý, nebo Ca–Zn)
5,2 v.d.
– Modifikátor houževnatosti
4 – 6 v.d.
– Plnivo (mikromletý vápenec)
5 – 6 v.d.
– Titanová běloba
4 – 5 v.d.
– Neutrální esterový vosk
cca 0,3 v.d.
PVC je suspenzní typ, zpracovatelný při teplotách 180 – 210°C Stabilizátor je směs solí olova (nebo Ca a Zn) v kombinaci s vnitřními mazadly jako jsou stearáty + plastifikátor na bázi akrylátu Modifikátor houževnatosti je látka zvyšující houževnatost jinak poměrně křehkého PVC většinou se jedná o akrylát Plnivo – uhličitan vápenatý reguluje tokové vlastnosti taveniny, musí být velmi jemně mletý, aby bylo dosaženo hladkého povrchu Titanová běloba je čistý oxid titaničitý plní funkci bílého pigmentu a stabilizátoru vůči UV záření Neutrální esterový vosk plní funkci vnějšího maziva, snižuje tření na povrchu zpracovatelského stroje.
2.3.5.
Fyzikálně mechanické vlastnosti neměkčeného PVC
Vlastnost Hustota Y. modul pružnosti Modul pružnosti v ohybu Pevnost v tahu Tažnost Vrubová houževnatost Teplota tavení Teplota zpracování Tepelná vodivost Měrné teplo Tep.součinitel roztažnosti
2.3.6.
Hodnota
Jednotka
Poznámka
1,16 – 1,45 1,12 – 4,83 1,24 – 4,69 14 – 80 3 – 120 0,3 – 12,9 200 – 212 180 – 210 0,15 – 0,29 1,355 – 1,445 45 – 125*10-6
kg/m3 GPa GPa Mpa % KJ/m °C °C W/m*K kJ/kg*K K-1
Profily 1,38 kg/m3
Záleží na době působení napětí a rychlosti
Výroba PVC profilů
PVC profily se vyrábí technologii vytlačování (extruze). Nejprve se ve fluidních míchačkách za teploty ca 120°C připraví směs PVC a přísad, tzv. dryblend. Po ochlazení a uležení se dryblend pneumaticky dopravuje do násypek vytlačovacích strojů, kde se působením tepla a hnětacího účinku šneků přetváří v plastifikovaný materiál, který se následně dvojicí šneků dopravuje až k hlavě vytlačovacího stroje, na niž je upevněn vytlačovací nástroj – matrice, v kterém se vytvaruje finální tvar profilu. Následně je profil ochlazen a zafixován do konečné podoby. Při vytlačování je důležitý kontinuální a plynulý odtah plastifikovaného materiálu přes chladící a kalibrační části linky. Na konci chladící dráhy je umístěno dělící zařízení, které profil řeže na požadované délky, zpravidla 6 m. Aby byla zajištěna a ochráněna kvalita povrchu vytlačeného profilu i při dalších operacích je oboustranně opatřován krycí fólií.
www.cklop.cz
17
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
Obrázek č. 2.1 – Vytlačovací linka PVC profilů
a - plnicí násypka b - extrudér, dvoušnekový vytlačovací stroj c - spínací, řídicí skříň d - vytlačovací nástroj, (tryska) e - kalibrační a chladicí stůl
2.3.7.
f - odtahovací zařízení g - dělicí zařízení h - odsavač pilin i - odkládací stůl k - stohovací zařízení
Koextruze
Koextruze je zvláštním případem vytlačování – extruze PVC spočívající v tom, že do jednoho vytlačovacího nástroje je soustředěn tok materiálů ze dvou vytlačovacích strojů. Vždy se musí jednat o materiály, které jsou mísitelné a mají podobné fyzikální vlastnosti, zejména smrštění a délkovou roztažnost. Technologie koextruze se využívá pro koextruzi barevného akrylátu na povrch tělesa z PVC nebo koextruzi regenerátu a primárního materiálu do jednoho profilu. V prvém případě je technologie využita k úpravě povrchu profilu pokrytím vrstvou akrylátu v požadovaném barevném provedení, který dává povrchu vyšší tvrdost a odolnost a také díky vyšší odrazivosti tepelného záření přispívá k nižšímu tepelnému zatížení profilů. V druhém případě se jedná o efektivní využití regenerátu. Z regenerátu je tvořeno jádro profilu a z primárního materiálu povrchová vrstva. Obrázek č. 2.2 – Koextruze PVC profilu
18
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
Obrázek č. 2.3 – PVC profil s jádrem z regenerátu
2.3.8.
PVC a ekologie
Výrobky z PVC profilů splňují požadavky moderní společnosti na ekologické aspekty výroby a její dopad na životní prostředí a na snižování nároků na energie. Především jde o schopnost opětovného zpracování PVC z odřezků i doslouživších výrobků do nových profilů a potom velký energetický přínos na poli snižování ztrát energií okny z PVC.
Obrázek č. 2.4 – Recyklace PVC profilu
www.cklop.cz
19
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
Technologicky lze regenerát přidávat po barevném vytřídění přímo do směsi na výrobu hlavních profilů, nebo bez barevného třídění do vnitřní části profilů, jež jsou pak obaleny v technologii koextruze primárním materiálem. V obou případech dochází k plnému zajištění fyzikálně mechanických vlastností profilů a jejich užitné hodnoty. Použití regenerátu do profilů je definováno i v normě ČSN EN 12608 [2] odstavec 5.1.2.1, ve kterém se uvádí, že „použití vlastního regenerovatelného materiálu pro výrobu profilů z PVC–U je přípustné bez omezení a s podmínkou, že stanovená receptura je stejná jako pro čistý materiál“.
2.3.9.
Základní vlastnosti plastových profilů
Základní vlastnosti a zkušební metody pro profily z neměkčeného PVC pro výrobu oken a dveří popisuje evropská norma ČSN EN 12608 [2]. Uvádí především požadavky na materiál a vzhled profilů, jejich rozměry a tolerance, odolnost profilů proti proražení, chování po tepelném namáhání, odolnost proti povětrnostním vlivům, stálobarevnost a svařitelnost profilů. Norma stanovuje zkušební metody pro ověřování těchto vlastností a předepisuje také způsob označování plastových profilů. Pro některé vlastnosti stanovuje rovněž klasifikační třídy pro profily. Hlavní profily, které mají v okně nosnou funkci, jsou mj. klasifikovány podle tloušťky jejich stěn. Rozlišují se klasifikační třídy A, B a C, přičemž do třídy A patří profily s tloušťkou pohledových stěn min. 2,8 mm a do třídy B s tloušťkou pohledových stěn min. 2,5 mm. Tato klasifikace neurčuje kvalitu profilů nebo vliv na funkční parametry výrobků z profilů. Hodnoty součinitele prostupu tepla pro plastové rámové konstrukce v současnosti běžné na českém trhu se pohybují zhruba v rozmezí Uf = 1,0 – 1,5 [W/m2.K], u speciálních konstrukci určených pro pasivní domy i méně. Další žádoucí snižování těchto hodnot lze u plastových rámových profilů dosáhnout např. použitím výplní komor plastových profilů tepelně izolačními materiály, nahrazením kovových výztuží jinými materiály nebo jinými technickými řešeními, nebo použitím alternativních materiálů pro profily samotné. Pouhé zvyšování počtu komor profilů nebo nevelké zvětšení stavební hloubky profilů obvykle podstatné zlepšení hodnot součinitele prostupu tepla rámové konstrukce Uf nepřináší. Z technického hlediska pak lze konstatovat, že malé rozdíly mezi hodnotami Uf různých konstrukcí na trhu bývají přeceňovány. Skutečnost, že u většiny otvorových výplní tvoří plocha rámové konstrukce méně než 30% z celkové plochy výplně, způsobuje poměrně malý reálný vliv nevelkých rozdílů hodnot Uf na tepelnou bilanci otvorových výplní.
2.3.10. Komorová skladba a stavební hloubka profilů V průběhu svého vývoje v důsledku tlaku na stálé snižování koeficientu prostupu tepla profilem vznikaly stále komplikovanější a složitější vnitřní struktury profilů. Samotný profil je v podstatě duté těleso, jehož tvar je držen vnějšími stěnami profilu, ale také vnitřními přepážkami. Tyto přepážky kromě zvyšování pevnosti profilu vytvářejí i vzduchové komory, jejichž pozitivní účinek zpomaluje prostup tepla profilem. První okenní profily byly převážně dvoukomorové. S tím, jak se rozvíjela dál technologie vytlačování a přesných nástrojů se dařilo profily dále dělit přepážkami, takže dnes běžným standardem jsou profily pětikomorové, ale je možné vidět i profily, které mají více jak 7 komor. Každá z těchto komor má nějakou funkci. Nejdůležitější je tzv. hlavní komora, ve které je uložena ocelová výztuž zajišťující statiku okna. První komora zase slouží k odvodu vody a zavzdušnění funkční spáry. Ostatní komory zvyšují strukturní pevnost profilu a zejména tepelně izolační vlastnosti. Vzduch uzavřený v každé z těchto komor představuje odpor vedení tepla. Účinnost komor se však s jejich počtem snižuje. Dalším důležitým parametrem, který má vliv na tepelně izolační vlastnosti profil je jeho stavební hloubka. Je zřejmé, čím větší bude tato stavební hloubka, tím větší je i odpor vůči vedení tepla. První okenní systémy se vyznačovaly stavební hloubkou i menší než 58 mm, v průběhu vývoje se přes stavební hloubku 60 – 62 mm dostaly na dnešní standard 70 – 76 mm a vývoj dále směřuje ke stavebním hloubkám 80, 90 až 115 mm.
2.3.11. Technologie zpracování profilů Plastové profily lze pokládat za polotovar, z nějž se vyrábějí okna použitím standardních mechanických obráběcích technologií. Řezání, vrtání, frézování. Jedinou jinde nepoužívanou technologií je svařování profilů. Při ní se využívá skutečnosti, že PVC při zahřátí nad 200°C se stává plastickým a po stlačení natavených konců profilů seříznutých pod úhlem 45° dojde k jejich propojení a následným zchladnutím se vytvoří spoj, který má stejnou pevnost jako samotný profil. Velmi důležitou operací při výrobě oken je vyztužování. Do hlavní komory se vkládá kovová výztuž, která zajišťuje tuhost a stabilitu okna. Na rozdíl od jiných rámových materiálů není PVC dostatečně tuhý, aby vyrobené elementy byly stabilní a samonosné (pouze do 80cm). To vyplývá z porovnání modulu jednotlivých materiálů: – ocel
21000 kN/cm2
– hliník
7000 kN/cm2
– dřevo
1200 kN/cm2
– PVC
240 kN/cm2
Tuhost výrobku lze ale zvýšit i vlepením skla – viz odstavec 4.9.4.
20
Vydáno 11/2011
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
2.3.12. Životnost, péče a údržba Současné plastové profily se vyznačují velmi dlouhou životností, jejíž skutečnou délku lze zatím jen těžko odhadnout, ale předpokládá se, že to bude více než 80 let. Po celou tuto dobu si profily ponechají svoje funkční a vzhledové vlastnosti za předpokladu pravidelné údržby. Pro ten účel je třeba používat pouze prostředky, které jsou k tomu účelu určené, v žádném případě nepoužívat rozpouštědla, která by mohla způsobit degradaci materiálu a stejně tak jsou nevhodné čisticí prostředky obsahující abrazivní látky. Ostatní komponenty plastového okna – těsnění, kování, sklo, jsou z hlediska údržby stejné jako v případě oken z jiných rámových materiálů.
2.4.
Doplňující ocelové prvky v konstrukcích LOP
2.4.1.
Prvky z nerezové oceli
Nerezová ocel má díky svým vlastnostem široké použití při konstrukci lehkých obvodových plášťů. Kromě uplatnění především své vysoké pevnosti na některých nejvíce namáhaných uzlových bodech konstrukce, používá se hlavně na spojovací materiál, jako jsou samořezné a metrické šrouby. Z nerezové oceli jsou vyráběny i vnější doplňkové prvky nebo kování, případně profily.
2.4.2.
Prvky z oceli a železa
Z běžné oceli, ať už upravené pozinkováním nebo jinak ochráněné proti korozi, se vyrábí převážně kotevní prvky, popřípadě i některé profily.
2.5.
Příslušenství systémů LOP z hliníku a oceli
2.5.1.
Izolátory
Na izolátory, resp. přerušení tepelných mostů se používají různě tvarované profily či pásky z tepelně izolujících umělých hmot (polyamidů vyztužených skelným vláknem, PVC, polytermidů, laminátů apod.). Izolátory, které nemají pevnostní funkci, mohou být v systémech bez požární odolnosti vyrobeny z materiálů na bázi polystyrenu, polyuretanu a pěnového polyetylénu.
2.5.2.
Těsnění
Na osazení zasklení, jeho utěsnění, pružné či dilatační spoje a těsnění mezi rámy a křídly se používají profily z tvárného materiálu na bázi EPDM (elastomer z EtylenPropylenDienu třídy M – syntetický kaučuk) nebo ze silikonu.
2.5.3.
Spojovací prvky
Převážnou část spojovacích prvků systémů ocelových a hliníkových lehkých obvodových plášťů tvoří šrouby z nerezové oceli. Použití pozinkovaného ocelového spojovacího materiálu zpravidla není vhodné pro exteriérovou část konstrukce.
2.5.4.
Prvky z plastů
Pro zakončující díly konstrukcí nebo součásti kování se používají součástky z plastů. Výhodou těchto dílů je možnost zjednodušení výroby. Prefabrikované díly mají často velmi složité tvary, které by se běžným obráběním namáhavě vyráběly. Nevýhodou je velmi omezená barevná škála těchto dílů a nižší odolnost na stárnutí či odolnost proti UV záření.
2.5.5.
Lepidla a tmely
Dodavatelé především hliníkových systémů předepisují v některých spojích (převážně okenních a dveřních profilů) lepení epoxidovou pryskyřicí případně lepidly a tmely jiného složení. Pro utěsnění spojů profilů se používají tmely na bázi silikonu, butylu, butylenkaučuku.
2.5.6.
Prvky připojovací spáry na stavební konstrukci
Připojovací spára je vyplněna tepelně–izolační hmotou, buď na bázi minerální nebo skelné vlny nebo na bázi polyuretanových výplňových pěn. V Kapitole „Napojení na stavební objekt“ jsou popsány tmely a fólie, které připojovací spáru uzavírají – ze strany interiéru parotěsné fólie nebo parotěsné tmely a ze strany exteriéru vodotěsné fólie nebo vodotěsné tmely, které jsou odolné UV záření.
www.cklop.cz
21
C 100, M 75, Y 2, K 17 Pantone 287 C
Ročenka ČKLOP
2.6.
Použitá literatura
[1] ČSN EN 12020–1
Hliník a slitiny hliníku – Lisované přesné profily ze slitin EN AW–6060 a EN AW–6063 – Část 1: Technické dodací předpisy, 2008
[1] ČSN EN 12020–2
Hliník a slitiny hliníku – Lisované přesné profily ze slitin EN AW–6060 a EN AW–6063 – Část 2: Mezní úchylky rozměrů a tvaru, 2008
[2] ČSN EN 12608
Profily z neměkčeného polyvinylchloridu (PVC–U) pro výrobu oken a dveří – Klasifikace, požadavky a zkušební metody, 2003
[3] ČSN EN 12412-2
Tepelné chování oken, dveří a okenic - Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně - Část 2: Rámy, 2004
[4] ČSN EN 10077-2
Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla - Část 2: Výpočtová metoda pro rámy, 2004
[5] ČSN EN 14024
Kovové profily s přerušením tepelného mostu - Mechanické funkční vlastnosti - Požadavky, posouzení výpočtem a zkouškami, 2005
[6] ETAG 002
Systémy zasklení s konstrukčním tmelem - Část 3: Systémy obsahující profily s přerušením tepelného mostu, 2002
22
Vydáno 11/2011
