Ústav základního zpracování dřeva DIPLOMOVÁ PRÁCE. Konstrukční varianty oken a jejich vliv na tepelně technické vlastnosti v historických budovách

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA Ústav základního zpracování dřeva

DIPLOMOVÁ PRÁCE Konstrukční varianty oken a jejich vliv na tepelně technické vlastnosti v historických budovách

2008/2009

Bc. Petr USVALD

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci na téma: „Konstrukční varianty oken a jejich vliv na tepelně technické vlastnosti v historických budovách“ 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 Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.

V Brně dne 14. dubna 2009

……………………………… Bc. Petr Usvald

Autorský závazek 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 příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně dne 14. dubna 2009

……………………………… Bc. Petr Usvald

Poděkování Děkuji tímto vedoucímu své diplomové práce panu prof. Ing. Josefu Poláškovi, Ph.D., za vedení, cenné rady a podnětné připomínky při tvorbě této práce. Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Miroslavu Zapletalovi za jeho pomoc a ochotu, za užitečné rady a připomínky při tvorbě této práce.

Autor: Petr Usvald

Název práce: Konstrukční varianty oken a jejich vliv na tepelně technické vlastnosti v historických budovách.

Abstrakt: Předmětem této práce je stanovení a porovnání hodnot součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukčních variant historických oken, jež má vliv na velikost tepelných ztrát budov způsobených prostupem přes výplně okenních otvorů. Dále pak navrhnout konstrukční varianty, vedoucí ke snížení hodnoty součinitele prostupu tepla historických oken. Hlavními částmi práce je rozbor tepelně technických vlastností, tepelně technické výpočty a výběr konstrukční varianty oken pro specifický objekt.

Klíčová slova: -

historické okno

-

součinitel prostupu tepla

-

tepelná ztráta

-

historická budova

Autor: Petr Usvald

Title work: Constructional variations of windows and theirs influence on thermal technical properties in historical buildings.

Abstract: The main task of the thesis is specification and comparison of heat passage coefficient on a particular construction of historical windows, which influence buildings’ heat losses caused by heat passage in pane windows. The thesis is focused also on propose of constructional variations, which will lead to decrease of value of heat passage coefficient in historical windows. Main parts of the thesis are represented by analysis of heat-technical characteristics, heat-technical calculations and selection of constructional variations of windows for particular building.

Key words: -

historical window

-

heat passage coefficient

-

heat loss

-

historical building

OBSAH 1.

Úvod......................................................................................................................... 1

2.

Cíl práce................................................................................................................... 3

3.

Metodika .................................................................................................................. 4 3.1

Tepelně technické požadavky na historické budovy ........................................ 4

3.2

Základní požadavky na stavby a stavební výrobky .......................................... 5

3.3

Památková péče o výplně okenních otvorů ...................................................... 7

3.4

Související legislativa ....................................................................................... 9

4.

Konstrukční varianty historických oken ................................................................ 10 4.1

Okno románské architektury........................................................................... 10

4.2

Okno gotické architektury .............................................................................. 10

4.3

Okna renesanční architektury ......................................................................... 11

4.4

Okna barokní architektury .............................................................................. 12

4.5

Okna klasicistní architektury .......................................................................... 13

4.6

Okna v druhé polovině 19. století................................................................... 14

5.

Rozbor tepelně technických vlastností .................................................................. 16 5.1

Tepelná ztráta budov prostupem přes okenní konstrukce............................... 16

5.2

Rozbor tepelně technických vlastností okenních konstrukcí .......................... 19

5.2.1

Součinitel prostupu tepla (U).................................................................. 19

5.2.2

Požadovaná a doporučená hodnota (UN) se stanoví: .............................. 21

5.2.3

Součinitel spárové průvzdušnosti (iLV) ................................................... 23

6.

Tepelně technické výpočty .................................................................................... 24 6.1

Návrhové hodnoty tepelně technických vlastností výplní otvorů a jejich

části

………………………………………………………………………………. 25

6.2

Výpočtové metody.......................................................................................... 26

6.2.1

Součinitel prostupu tepla - jednoduché okno.......................................... 26

6.2.2

Součinitel prostupu tepla - dvojité okno ................................................. 28

6.2.3

Součinitel spárové průvzdušnosti ........................................................... 29

6.2.4

Výpočet tepelné ztráty prostupem (podle ČSN 06 0210) ....................... 30

6.3

Tepelně technické výpočty historických oken................................................ 32

6.3.1

Konstrukční varianty oken pro výpočet.................................................. 33

6.3.2

Výpočet součinitele prostupu tepla jednotlivých oken ........................... 35

6.3.3

Výsledky výpočtů hodnot součinitele prostupu tepla jednotlivých oken41

6.4

Výpočet součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken ......................... 42

6.4.1

Varianty zlepšení oken............................................................................ 42

6.4.2

Výpočet ................................................................................................... 45

6.4.3

Výsledky výpočtu součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken . 53

6.5

Vliv snížení tepelných ztrát prostupem na snížení nákladů na vytápění ........ 54

6.5.1 7.

Vypočtené náklady u jednotlivých paliv ................................................ 55

Analýza výsledků................................................................................................... 58 7.1

Analýza výsledků výpočtu součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken ………………………………………………………………………………. 58

7.2

Analýza vlivu snížení tepelných ztrát prostupem na snížení nákladů na

vytápění....................................................................................................................... 60 8.

Výběr konstrukční varianty oken pro specifický objekt ........................................ 61

9.

Závěr ...................................................................................................................... 66

Resumé............................................................................................................................ 68 10.

Literatura................................................................................................................ 69

11.

Seznam obrázků a tabulek ..................................................................................... 71

12.

Seznam příloh ........................................................................................................ 73

1. Úvod Okno je nejvíce exponovaným prvkem obvodových konstrukcí budov. Svými funkcemi se výrazně podílí na tvorbě optimálního vnitřního prostředí a v rozhodující míře na energetických ztrátách objektu. Další významnou funkcí okna je jeho vliv na architektonický výraz budovy. Je tedy ideálem, pokud se všechny tyto funkce pozitivně projeví ve výběru okna použitého do konkrétně řešené stavby. U historických staveb je tento výběr složitější v tom, že je nutno zachovat stávající konstrukce oken, které mnohdy nevyhovují právě tepelně technickým požadavkům potřebným k udržení optimálního

vnitřního

prostředí

a

„rozumné“

míry

energetických

ztrát.

Po architektonické stránce historické okenní konstrukce v daném objektu ve většině případech vyhovují. Co se týče tepelně technických vlastností jsou tato okna většinou zcela nevyhovující. Dalším problémem u historických staveb je skutečnost, že se v mnoha objektech nachází rozmanité konstrukce oken, a to rozdílné konstrukční varianty a také konstrukce z různých období. Nabízí se zde několik možnosti řešení od zachování rozdílných konstrukcí, které vypovídají o postupném vývoji stavby až po sjednocení oken na celé stavbě. Toto je vždy složitá otázka, a proto je důležité posuzovat jednotlivé objekty zvlášť ve spolupráci s památkovými ústavy.

Stavba nových objektů, ale také rekonstrukce starších a historických budov se musí řídit podle legislativních požadavků. V České republice to je mj. zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky, ve znění pozdějších předpisů, zákon č. 20/1987 Sb., o státní památkové péči, ve znění pozdějších předpisů a v neposlední řadě NV č. 163/2002 Sb., ve znění NV č. 312/2005 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky.

V roce 2004, kdy Česká republika vstoupila do Evropské unie nastalo mnoho změn také ve stavebnictví. Základním dokumentem týkajících se staveb je Směrnice rady 89/106/EHS o stavebních výrobcích a její prováděcí předpisy. Posuzování se také provádí podle NV č. 190/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky označované CE, ve znění NV č. 251/2003 Sb. a NV č. 128/2004 Sb.

1

Jak již bylo řečeno, veškeré prováděné stavební práce a s tím související úkony se musí řídit výše uvedenými legislativními požadavky, tedy i rekonstrukce výplní otvorů v historických budovách.

Kritériem pro splnění základních legislativních norem je dodržení šesti základních požadavků (tzv. mandátových vlastností): • • • • • •

mechanická odolnost a stabilita požární bezpečnost hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí bezpečnost při užívání ochrana proti hluku úspora energie a ochrana tepla

2

2. Cíl práce Cílem práce je analýza tepelně technických vlastností vybraných konstrukčních variant oken pro historické stavby. Porovnání velikosti součinitele prostupu tepla (U), mezi jednotlivými variantami. Navrhnout možnosti zlepšení tepelně technických vlastností u vybrané varianty konstrukce historického okna. Vzájemné srovnání jednotlivých zlepšených konstrukcí. Na konkrétním příkladu prokázat snížení součinitele prostupu tepla použitím nejlepší navrhnuté zlepšené varianty konstrukce okna.

3

3. Metodika 3.1 Tepelně technické požadavky na historické budovy Závazná povinnost dodržet požadavky na budovy a jejich konstrukce z hlediska nízké spotřeby energie a tepelné ochrany se vztahuje kromě nových budov i na stavební úpravy, udržovací práce, změny v užívání budov a jiné změny dokončených budov.

Tepelně technické vlastnosti stavebních konstrukcí a budov včetně energetické náročnosti se prokazují pro normové či vyhláškové požadavky platné v době podání žádosti o stavební povolení nebo v době podání ohlášení stavby. Při provádění podle stavebního povolení se podle zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií ve znění pozdějších

předpisů, vyžaduje doložení

plnění

těchto

požadavků

písemným

dokumentem s uvedením konkrétních hodnot vlastností. Provádění stavebních úprav, udržovacích prací a drobných staveb může povolit příslušný stavební úřad na ohlášení. Obecné technické požadavky na výstavbu podle vyhlášky č. 137/1998 Sb. musí být i v tomto případě splněny. Stavební úřad nemusí jejich dokladování při ohlášení vyžadovat, pokud si je ze zkušenosti jist jejich splněním, za což nese svou odpovědnost ze Stavebního zákona. Dodržení tepelně technických požadavků se požaduje pro dobu ekonomicky přiměřené životnosti konstrukcí a budov, a to při jejich běžné údržbě a při působení běžně předvídatelných vlivů. Kromě tepelně technických požadavků musí stavby splňovat další požadavky, kterými jsou základní požadavky na stavby a stavební výrobky uvedené v Příloze č. 1 NV č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky, ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb. Tato příloha obsahuje šest stěžejních požadavků, (tzv. mandátových vlastností), které musí realizátor stavby dodržet. Pro téma této práce je nejdůležitější níže uvedený požadavek číslo 6 – Úspora energie a ochrana tepla.

4

3.2 Základní požadavky na stavby a stavební výrobky Výrobky musí být vhodné pro stavby, aby tyto byly (jako celek i jejich jednotlivé části) při respektování hospodárnosti vhodné k jejich určenému použití a zároveň plnily níže uvedené základní požadavky na stavby. 1. Mechanická odolnost a stabilita Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby zatížení, která na ni budou pravděpodobně působit v průběhu stavění a užívání, neměla za následek: a) zřícení celé stavby nebo její části, b) větší stupeň nepřípustného přetvoření, c) poškození jiných částí stavby nebo technických zařízení nebo instalovaného vybavení následkem deformace nosné konstrukce, d) poškození událostí v rozsahu neúměrném původní příčině (otvorové výplně jsou většinou deklarovány se zákazem dodatečného zatížení ze stavby, není požadavek).

2. Požární bezpečnost Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby v případě požáru: a) byla po určitou dobu zachována nosnost a stabilita konstrukce, b) byl omezen vznik a šíření požáru a kouře ve stavebním objektu, c) bylo omezeno šíření požáru na sousední objekty, d) mohly osoby a zvířata opustit stavbu nebo být zachráněny jiným způsobem, e) byla brána v úvahu bezpečnost záchranných jednotek (požadavky jsou na výplně s použitím pro dělení požárních úseků staveb a na únikových cestách).

3. Hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby neohrožovala hygienu nebo zdraví jejích uživatelů nebo sousedů, především v důsledku: a) uvolňování toxických plynů, b) přítomnosti nebezpečných částic nebo plynů v ovzduší, c) emise nebezpečného záření, d) znečistění nebo zamoření vody nebo půdy,

5

e) nedostatečného zneškodňování odpadních vod, kouře a tuhých nebo kapalných odpadů, f) výskytu vlhkosti v částech stavby nebo na površích uvnitř stavby (zde jsou zařazeny požadavky na vodotěsnost otvorových výplní, vnitřní povrchové teploty).

4. Bezpečnost při užívání Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby při jejím užívání nebo provozu nevznikalo nepřijatelné nebezpečí úrazu, například uklouznutím, smykem, pádem, nárazem, popálením, zásahem elektrickým proudem a zraněním výbuchem (většina

mechanických

požadavků:

odolnost

proti

zatížení

větrem,

odolnost

bezpečnostních zařízení a další).

5. Ochrana proti hluku Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby hluk vnímaný obyvateli nebo osobami poblíž stavby byl udržován na úrovni, která neohrozí jejich zdraví a dovolí jim spát, odpočívat a pracovat v uspokojivých podmínkách.

6. Úspora energie a ochrana tepla Stavba a její zařízení pro vytápění, chlazení a větrání musí být navrženy a postaveny takovým způsobem, aby spotřeba energie při provozu byla nízká s ohledem na klimatické podmínky místa a požadavky uživatelů. (součinitel prostupu tepla, průvzdušnost).

Tyto požadavky musí být při běžné údržbě plněny po dobu ekonomicky přiměřené životnosti za předpokladu působení běžně předvídatelných vlivů na stavby. Výrobek musí udržet technické vlastnosti po dobu jeho ekonomicky přiměřené životnosti, to je po dobu, kdy budou ukazatele vlastností stavby udržovány na úrovni slučitelné s plněním uvedených požadavků na stavby.

6

3.3 Památková péče o výplně okenních otvorů Vývoj výplní okenních otvorů dosti úzce souvisí s celkovým vývojem stavitelství a architektury. Nejen okna a dveře, ale i vrata, výkladce, okenice a mříže jsou cennou součástí exteriéru i interiéru stavebních památek, výrazně se podílí na jejich architektonickém výrazu a mají velkou vypovídací schopnost. Zajímavé původní detaily těchto stavebních prvků značně přispívají k zachování věrohodnosti starších staveb. Přesto výplně okenních otvorů patří mezi ne zcela doceněné historické stavební konstrukce. Za památku zasluhující důslednou ochranu zdaleka nelze považovat jen vzácně dochovaná renesanční nebo barokní okna, dveře a mříže. Cennou součástí historického stavebního fondu jsou i výplně otvorů pocházející z mladších období včetně některých konstrukcí z dvacátého století. Zejména starší okna jsou bez ohledu na svou kulturněhistorickou hodnotu a skutečný technický stav vesměs odsouzena k likvidaci. Tyto prvky bývají mnohdy nahrazovány odlišně řešenými konstrukcemi. Argumentem pro výměnu jsou často pouze celkem snadno odstranitelné závady, například chybějící nebo uvolněné části kování, svěšení křídel, dílčí poškození rámu, zárubně nebo křídla. Stejně jako při péči o jiné historické stavební konstrukce je třeba i v případě historických oken vycházet ze soudobého pojetí památkové péče, které se vyznačuje zvýšeným důrazem kladeným na autenticitu památek. V minulosti byly často v zájmu navrácení architektonické památky do staršího stavu likvidovány mnohé hodnotné stavební prvky z mladších historických období. Mylná představa, že je nutné fasádu nebo interiér historické budovy stylově sjednotit a očistit od všech mladších součástí, vedla kromě jiného například k nahrazování klasicistních dovnitř a ven otvíravých oken zdvojenými okny odsazenými od líce fasády, napodobujícími členění a profilaci oken barokních. Historická stavba je však zpravidla postupně rostlým organismem, a není proto nutné snažit se o sjednocení vzhledu všech výplní okenních otvorů, zvláště kdyby tomuto záměru měly být obětovány dochované starší konstrukce, z hlediska památkové péče hodnotné a dokumentující vývoj stavby.

7

Péče o architektonickou památku spočívá především v důsledné ochraně památkově hodnotné dochované hmoty stavebního díla a zachování jeho věrohodné podoby s respektováním jeho historického vývoje a proměn1.

1

SCHUBERT A., Péče o výplně historických okenních a dveřních otvorů. 1. vydání. Praha: Národní památkový ústav, 2004. 93 s. ISBN: 80-86234-56-8

8

3.4 Související legislativa Problematika rekonstrukcí, úprav a oprav historických budov za účelem snížení tepelných ztrát, a s tím spojené snížení nákladů je obsažena v řadě zákonů, vyhlášek a norem, které spolu úzce souvisí či navazují na sebe. Aby nedošlo v průběhu realizace k nesrovnalostem je potřeba tuto problematiku znát. Předmětné požadavky jsou zakotveny v následujících předpisech: o Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu. o Zákon č. 20/1987 Sb., o státní památkové péči ve znění pozdějších předpisů o Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů o Zákon č. 102/2001 Sb., o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů o Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů • • •

Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov Vyhláška č. 291/2001 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách Vyhláška č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích na výstavbu

o NV č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky, ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb. o NV č. 190/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky označované CE, ve znění pozdějších předpisů. • •

Směrnice Evropského parlamentu a Rady č. 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov Směrnice Rady č. 89/106/EHS o sbližování správních a právních předpisů členských států tykajících se stavebních výrobků

9

4. Konstrukční varianty historických oken Okno prošlo od svého vzniku vývojem od první jednoduché konstrukce dřevěného rámu, který byl vyplněn zvířecí blánou přes perforované kamenné desky až po uplatnění vynálezu skla. Tvar okna vždy reprezentoval architektonický sloh byl jeho charakteristickým prvkem. Tvar okna je proto vhodné respektovat při rekonstrukci budov a při jeho umístění do blízkosti památkově cenných objektů. V opačném případě by byla narušena harmonie historické architektury.

4.1 Okno románské architektury 11. – 13. století Okno románské architektury je malých rozměrů a je umisťované ve velkých výškách, co nejvýše pod stropem nebo obloukem klenby. Charakteristické je jednoduché úzké okno se širokým oboustranně rozevřeným ostěním se strmě klesajícím prahem a do půlkruhu klenutou klenbou. Vzácně se vykytují také okna s přímým překladem. Sloup ve sdružených oknech měl bohatě zdobenou hlavici. Ostění oken

stejně

jako

všechny

ostatní

detaily

byly

komponovány

v souladu

s architektonickými prvky průčelí. Zasklení oken nejstarších stavebních památek přichází do úvahy jen ojediněle (klášterní budovy). Eventuální skleněná výplň je osazená přímo do drážky kamene a vyztužená železnými tyčemi. Okna jsou převážně bez výplně, případně se zakrývají zvířecími blanami, pergamenem, tkaninou nebo hustými dřevěnými mřížemi a řezanými kamennými respektive mramorovými deskami.

4.2 Okno gotické architektury 12. – 16. století Okenní otvor jako součást architektury je zajímavý zvlášť v období gotiky, kdy dochází k jeho zasklení. Skleněná výplň je složena z malých tabulek různých tvarů navzájem spojených olověným páskem profilu „H“. Tabule jsou vloženy do drážky, aby nedocházelo k ohnutí pásku. Při úzkém nečleněném okně se skleněná výplň osazuje do vysekané pravoúhlé polodrážky v ostění z venkovní strany. Zasklení je zpevněné 10

horizontálně nebo vertikálně železnou výztuhou zachycenou do kamenného ostění. Koncem období gotiky se neželezná výztuž zachycuje do dřevených rámů, ty se pak vkládají do okenního otvoru.

Obr. 1 Ukázka konstrukce gotického okna [4]

4.3 Okna renesanční architektury 14. – 17. století V renesanční architektuře je okenní otvor rozdělený sloupkem a příčníkem, které tvoří pevný kříž v polovině nebo třetině výšky otvoru. Přidáním sloupku nebo příčníku, případně obou současně, vzniká složené okno. Novým prvkem renesančního okna je dřevěný rám, který se osazuje do předem omítnutého otvoru, případně do kamenného rámu. Šířku dřevěného rámu vymezují svislé prvky a příčníky kamenné konstrukce. Ty se postupně vytrácí a dřevěný rám tvoří obložení otvoru. Již se začínají používat okna s pohyblivými křídly. Otvíravá okna jsou osazována přímo do rámu okenního otvoru nebo tak, že v architektonickém výrazu exteriéru tvoří niku. Ve velké míře se již používá zasklení. Skleněná výplň se sestává z různých geometrických tvarů a velikostí navzájem spojených olověným páskem. Vlysy dřevěného okenního rámu se v rané renesanci přibližují obdélníkovému průřezu. Vyznačují se s poměrně malými rozměry v porovnání s profily současných vlysů. Vlysy se v rozích spojují na čep a dlab. Spoj se pojistí dřevěným kolíkem. Ve středu tloušťky horního a dolního vlysu rámu se nachází drážka pro skleněnou výplň. Drážka v bočních vlysech se nachází zřídka.

11

4.4 Okna barokní architektury 1600 - 1750 V období baroka se používá okenní výplň z období renesance a gotiky. Členění barokních okenních výplní je přímo závislé jednak na velikosti otvoru a taktéž na slohovém architektonickém průčelí.

Základní členění okenních výplní: -

okno dělené pevným křížem uprostřed nebo ve dvou třetinách výšky okenního otvoru

-

pevný dřevěný rám horizontálně členěný na třetiny a vertikálně ve středu tak, že vzniká šest rovných polí

-

pevný dřevěný rám s dvěma křídly, která mají ve středu dřevěný příčník

Typický pro baroko je pevný kříž, plasticky ukončený jehlanem nebo kočkou (seřízly hrot jehlanu). Rozměry průřezu příčníku jsou menší než sloupku, ale u oken otevíratelných do exteriéru oba prvky lícují s okenními křídly. Okenní křídla jsou osazena do polodrážky rámu, ale i profil křídla už má polodrážku, čímž dochází ke snižování ztráty tepla až ve dvou rovinách. U některých konstrukcí barokních oken dochází k anulování sloupku a jeho funkci v rovině přebírá sraz křídel překrytých klapačkou. Sraz křídel je rovný a později má tvar vlnovky. Skleněná výplň a způsob zasklení je stejný jako v renesanci.

Obr. 2 Ukázka konstrukce barokního okna [4]

12

4.5 Okna klasicistní architektury 17. – 1. pol. 19. století Období klasicismu zpočátku ještě v mnohém připomíná svým vnějším výrazem baroko, je však více strohé. Kromě běžných obdélníkových oken se stále více používají vysoká okna polokruhovitých zakončení a objevují se také nová obdélníková okna s horními zaoblenými rohy. Postupně se začínají používat dvojitá okna a způsob osazení venkovních oken vzhledem k architektuře je různý. Záleží zda se okna osazují dodatečně nebo se s nimi počítá již při architektonickém členění průčelí. Ze začátku se dvojitá okna vyráběla jako dvě samostatná okenní křídla, přičemž se jedno osazovalo (bylo již osazené) z vnitřní a druhé z vnější strany fasády. Venkovní okna, která tvoří architektonický výraz, tj. okna osazená v ostění, tvořila niku v průčelí nebo jsou vysazená před fasádu. Ostění mezi vnitřním a vnějším oknem se omítá, natírá nebo obkládá dřevem. Dvojité okno vytvořené najednou s vnitřním dřevěným obložením, tzv. špaletové okno, se vkládá do vyzděného okenního otvoru. Vnitřní křídla se otvírají dovnitř a vnější ven. Profil okenního rámu a křídel se v přechodném období vcelku neodlišuje od typu barokních oken s oblým prutem na pevném kříži. Časem dochází ke změně profilu sloupku, kde oblý dřevěný prut dřevěného rámu je nahrazený kanelovaným dřevěným sloupkem nebo je sloupek hladký, jen na stranách má zaoblení. Profil příčníku ve formě okapnice se skládá ze dvou tvarů – ze čtvrtválce a čtvrtžlabku. Okapnice příčníku není příliš vysunutá před líc fasády. Zdokonalení uskutečněné již u barokních oken sestávající se z polodrážky v okenním křídle a rámu přetrvává také u dvojitých oken. Pravoúhlé skleněné tabule z barokního období přetrvávají také v klasicismu s tím, že se zvětšují formáty tabulí. Olověné pásky ve skleněné výplni se nahrazují dřevěnými příčkami. Skleněná výplň se vkládá do polodrážky příčky okenního křídla a následně se vytmelí. Další způsob uchycení skleněné výplně je pomocí kolíčku nebo pomocí dřevěné lišty. Zasklení pomocí tmelu tvoří v dějinách velký přelom, vycházející nejen z odbourání pracnosti při zasklívání, ale také z vytvoření určitého plastického efektu. Hustý čtvercový rastr v okně je brzy nahrazen jen dvěmi příčkami procházející přes celou šířku křídla.

13

Obr. 3 Ukázka konstrukce klasicistního okna [4]

4.6 Okna v druhé polovině 19. století Všechny okna jsou již dvojitá a základní okenní otvor je členěný: -

do tvaru „T“, přičemž horní část je nadále členěná horizontálními a vertikálními příčníky na menší tabulky

-

na dvě poloviny do kterých se zavírají křídla se subtilním dřevěným rámem a příčníky

-

na dvě poloviny – výsuvné

Na přelomu druhé poloviny 19. století se již dvojitá okna otvírají dovnitř. Tím se naskytla možnost výtvarného zpracování dřevěných částí okna a to profilováním detailů rámu a klapačky v křídle. Začátkem 20. století se začala používat okna zdvojená, dovnitř otvíravá, která upustila od bohaté profilace a členění oken. Zároveň se měnil také způsob otvírání křídel. Okno s otvíratelnými křídly okolo svislé osy je nahrazeno výsuvnými nebo vyklápěcími křídly. Všechny vlysy (sloupky a příčníky) jsou spojené okenním rámem na čep a dlab. Samostatné vlysy okenního křídla nebo rámu jsou navzájem spojeny na jeden, případně dva čepy. Profily okenního křídla mají na venkovním obvodu polodrážku, která odpovídá polodrážce rámu. Na vnitřním obvodu křídla je polodrážka pro sklo obrácená zpravidla na venkovní stranu. Okapnice, u oken otvíravých dovnitř tvoří součást dolního vlysu křídla. Přesahuje přes venkovní líc. V některých případech je okapnice vyrobená samostatně a s křídlem spojena na pero a drážku. Spoj se působením vody a slunečního záření uvolní a do spáry lehce vniká voda. Toto nevhodné řešení je brzy nahrazeno odtokovými otvory ve vlysu okenního rámu, který se směrem dole k vnější straně zužuje.

14

Obložení dvojitých oken bývá zpravidla v rozích spojené na rybinu nebo ozuby. Má tepelný a hlavně dekorativní význam. Obložení je na okenní rám napojeno na pero a drážku nebo polodrážku. Minimalizace tepelné ztráty a zabránění nadměrnému průniku studeného vzduchu do interiéru je v konstrukci oken ve styku rámu a křídla řešené pomocí těsnícího materiálu a ve styku rámu a ostění pomocí krycí lišty. Vlysy křídel jsou spojeny na jednoduchý nebo dvojitý čep2.

Obr. 4 Okno 19. století [4]

2

PUŠKÁR A., FUČILA J., SZOMOLÁNYIOVÁ K., Konštrukcie pozemných stavieb V. 2. přepracované vydání. Bratislava: STU, 2002. 466 s. ISBN: 80-227-1727-4

15

5. Rozbor tepelně technických vlastností 5.1 Tepelná ztráta budov prostupem přes okenní konstrukce V době zvyšování cen energií se klade stále větší důraz na snižování její spotřeby. Jednou z oblastí, kde dochází k velké spotřebě energie je vytápění budov a to i budov historických. Snahou majitelů je dosáhnout různými opatřeními snížení nákladů na vytápění. Je známa celá řada způsobů, jak tohoto snížení dosáhnout. A to, změnou celé technologie výroby tepla spalováním drahých paliv jako plynu či elektrické energie za technologii spalování méně nákladných paliv – dřeva, peletek či bio odpadu nebo využíváním solární energie k vytápění a výrobě elektrické energie. Další možností je zateplování budov, což je však u historických objektů problémem v souvislosti se zachováním autenticity a historického odkazu fasády. V neposlední řadě to je snížením prostupu tepla přes výplně okenních otvorů. Z výzkumu vyplývá, že značné množství tepla z budovy uniká přes konstrukční výplně umístěné v obvodovém plášti budov.(viz. obr. 5, 6) Výše této ztráty se udává v rozmezí 30 – 45 % celkové spotřeby tepelné energie dodané ze zdroje tepla pro vytápění budovy. Na základě této skutečnosti je jedním z opatření na snížení tepelných ztrát budovy snížení tepelných ztrát okny. U novodobých staveb a rekonstrukcí objektů nezapadajících do památkové péče je možností na snížení tepelné ztráty oknem celá řada. Opačně to je u oken zabudovaných v památkově chráněných objektech, kde je kladen důraz na zachování autenticity. V následujícím textu se budeme zabývat pouze možnostmi snížení prostupu tepla přes okna zabudována v historických objektech.

16

12,5 % střecha třecha

31,6 % okna uvnitř 9,1 %

obvodová stěna 34 %

podlaha 12,8 % Obr. 5 Tepelné ztráty v rodinném domě

střecha 10,6 %

okna 41 %

obvodová stěna 29 %

uvnitř 10 %

Obr. 6 Tepelné ztráty v panelovém domě

podlaha 9,4 %

17

Základními prvky oken je rám a zasklení. Přes tyto dvě části dochází k úniku tepla prostupem. Tento únik se vyjadřuje součinitelem prostupu tepla. (Uf – součinitel prostupu tepla rámu, Ug – součinitel prostupu tepla zasklením). Pokud chceme hodnotit okno a jeho účinky jako celek, musíme ve výpočtu zohlednit obě tyto části. K omylu dochází u některých výrobců oken, kteří uvádějí součinitel prostupu tepla zasklení jako součinitel prostupu tepla celého okna, čímž uvádí zákazníka v omyl. Při zlepšení prostupu tepla u historických oken je potřeba brát v úvahu skutečnost, že prioritou je zachování původního výrazu okna. Z toho vyplývá, že není možnost velkých úprav okenního rámu, které by vedly k nedodržení této skutečnosti. Zbývá tedy zlepšení vlastnosti okna pomocí zasklení. K tomu v poslední letech napomáhá značný posun u výrobců skla vedoucí ke zlepšení tepelně technických vlastností u jejich výrobků.

18

5.2 Rozbor tepelně technických vlastností okenních konstrukcí Z tepelně technického hlediska představují okna složenou konstrukci. Jejich vlastnosti jsou určené vlastnostmi průhledných ploch (zasklívacích systémů), neprůhledných ploch (vlysů křídla a rámu, výplní) a konstrukcemi styků (druhů těsnění). Ve smyslu ČSN 73 0540-2/2007 jsou u tepelných ztrát přes okenní výplně rozhodující tyto veličiny: -

součinitel prostupu tepla (U) součinitel spárové průvzdušnosti (iLV) Celková tepelná bilance ztrát otvorové výplně se skládá ze ztrát tepla prostupem

přes zasklení a rámy (součinitele prostupu tepla U) a ze ztrát tepla větráním (konvekcí; při kvantifikaci této ztráty se vychází ze součinitele spárové průvzdušnosti)

5.2.1 Součinitel prostupu tepla (U) Součinitel prostupu tepla Uw (W/(m2.K)) vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými otvorovými výplněmi. Pro zjednodušení uvažujeme jen hodnoty zjištěné pro svislou polohu konstrukcí. Součinitel Uw nezahrnuje tepelnou ztrátu přirozeným větráním netěsnostmi, která je vyjadřována součinitelem spárové průvzdušnosti iLV (m3/(s.m.Pa0,67)). Hodnota Uw nezahrnuje vliv ostění, způsobu osazení do budovy. Dřívější předpisy zvyšovaly tuto hodnotu o 15 % k zahrnutí ztrát obvodu zabudování a vlivu nízké tepelné setrvačnosti.

Hodnota U pro celé konstrukce otvorových výplní, pro rámy i pro zasklení lze určit: -

měřením z tabulek a nomogramů výpočty

Při použití tabulek, nomogramů a výpočtů vzniká otázka, nakolik jsou zjištěné hodnoty blízké skutečné hodnotě používaných výrobků. Při standardním postupu stanovení součinitele prostupu tepla konstrukce (např. výpočtem) by se měl výsledek pohybovat vždy na vyšší hodnotě než naměřené.

19

Další nedostatky výpočtu spočívají v uvažování podmínek, které měření ověřuje. Jedná se například o dodržení skutečné emisivity pokovení zasklení, správnou hodnotou Uf rámu podle skutečně použité výztuže plastových rámů nebo o vliv tepelného mostu obvodového kování. Konstrukce podle (3) vytápěných nebo klimatizovaných budov musí mít v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60 %, součinitel prostupu tepla U, ve W/(m2.K) takový, aby splňoval podmínku: U ≤ UN kde UN je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla, ve W/(m2.K)

Splnění této podmínky pro doporučenou hodnotu UN je vhodné pro energeticky úsporné budovy.

Požadovaná normová hodnota XN,rq – hodnota dané fyzikální veličiny, vlastnosti stavebního výrobku, konstrukce, budovy apod. stanovená normou, zajišťující přípustnou (základní) úroveň pro bezpečné, technicky a ekonomicky vhodné plnění požadavků technických předpisů, zejména základního požadavku č. 6 na úsporu energie a tepelnou ochranu a základního požadavku č. 3 na hygienu, ochranu zdraví a životního prostředí.

Doporučená normová hodnota XN,rc – hodnota dané fyzikální veličiny, vlastnosti stavebního výrobku, konstrukce, budovy apod. stanovená normou, zajišťující nadstandardní, obvykle ekonomicky přijatelnou a technicky možnou úroveň plnění požadavků technických předpisů, zejména základního požadavku č. 6 na úsporu energie a tepelnou ochranu a základního požadavku č. 3 na hygienu, ochranu zdraví a životního prostředí, např. zajišťující velmi úsporné energetické řešení budov pro trvale udržitelný rozvoj.

3

Stavební konstrukce a výplně otvorů se v normě ČSN 73 0540 souhrnně označují jako „konstrukce“.

20

5.2.2 Požadovaná a doporučená hodnota (UN) se stanoví: a) pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C a pro všechny návrhové venkovní teploty podle tabulky 1; Převažující návrhová vnitřní teplota θim ve °C, odpovídá návrhové vnitřní teplotě θi většiny prostorů v budově. Za budovy s převažující

návrhovou vnitřní teplotou

θim = 20 °C, pro které platí tabulka 1, se považují všechny budovy obytné (nevýrobní bytové), občanské (nevýrobní nebytové) s převážně dlouhodobým pobytem lidí (např. školské, administrativní, ubytovací, veřejně správní, stravovací, většina zdravotnických) a jiné budovy, pokud vypočítaná převažující návrhová vnitřní teplota je v intervalu od 18 °C do 22 °C včetně. Tab. 1 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN,20 pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C (ČSN 730540-2:2007)

Součinitel prostupu tepla UN = [W/(m2.K)] Požadované Doporučené hodnoty hodnoty

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 Uf ≤ 2,0 W/(m2.K), ostatní rámy těchto výplní otvorů musí mít Uf ≤ 1,7 (W/m2.K) Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve stěně a strmé střeše, z vytápěného do částečně vytápěného prostoru nebo z částečně vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu)

1,7

1,2

3,5

2,3

Požadované a doporučené hodnoty UN ze vztahů v tabulce 1 se do 0,4 W/(m2.K) zaokrouhlují na setiny a od 0,4 W/(m2.K) výše na pět setin. b) pro ostatní budovy ze vztahu: U N = U N , 20 ⋅ e1 ⋅ kde

35 ∆θ ie

UN,20 je e1 20 e1 −

θ im

∆θie ∆θ ie = θ im θae

(1) součinitel prostupu tepla z tabulky 1, ve W/(m2.K) součinitel typu budovy; stanoví se ze vztahu: (2)

základní rozdíl teplot vnitřního a vnějšího prostředí, ve °C, který se stanoví ze vztahu: − θ ae (3) návrhová teplota venkovního vzduchu podle ČSN 73 0540-3, ve °C.

21

Požadované a doporučené hodnoty UN ze vztahu v bodě b) se do hodnoty 0,4 W/(m2.K) zaokrouhlují na setiny, od 0,4 W/(m2.K) včetně do 2,0 W/(m2.K) na pět setin a nad 2,0 W/(m2.K) včetně na desetiny.

V současnosti se vyrábějí otvorové výplně s obvodovým kováním a účinným těsněním. Vysoká těsnost vede k nižší spotřebě energie pro vytápění, ale snižuje tradiční funkci okna – přirozené větrání netěsnostmi. U námi zkoumaných historických oknech bez použitého obvodového kování jsou netěsnosti mnohem vyšší a dochází tak k intenzivnějšímu přirozenému větrání. V nedostatečně větraných prostorách se hromadí škodliviny, zvyšuje se relativní vlhkost. Zdrojem těchto emisí jsou lidé, prováděné činnosti, případně materiály obsahující škodliviny nebo vyšší množství rostlin, které způsobuje zvyšování vlhkosti aj.

22

5.2.3 Součinitel spárové průvzdušnosti (iLV) Lze definovat jako množství metrů krychlových vzduchu, které projde za jednu vteřinu jedním metrem spáry při rozdílu tlaků na opačné straně konstrukce jeden pascal (Pa). Součinitel spárové průvzdušnosti funkčních spár iLV, v m3/(s.m.Pa0,67), stanovený podle ČSN 73 0540-3, musí u výplní otvorů a lehkých obvodových plášťů splňovat podmínku: iLV ≤ iLV,N kde iLV,N je požadována hodnota součinitele 3 v m /(s.m.Pa0,67), která se stanoví podle tabulky 2.

spárové

průvzdušnosti,

Tab. 2 Požadované hodnoty součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N (ČSN 730540-2:2007)

Funkční spára ve výplni otvoru

Vstupní dveře do zádveří budovy při celkové výšce nadzemní části budovy do 8 m včetně Ostatní vstupní dveře do budovy Dveře oddělující ucelené části budovy - do 8 m včetně Ostatní vnější výplně - nad 8 m, do 20 m včetně otvorů při celkové výšce - nad 20 m, do 30 m včetně nadzemní části budovy - nad 30 m včetně Lehký obvodový plášť včetně oken a dveří

Požadovaná hodnota součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N [m3/(s.m.Pa0,67)] Budova s větráním Budova s větráním přirozeným nebo pouze nuceným kombinovaným nebo s klimatizací 1,60 . 10-4

0,87 . 10-4

0,87 . 10-4

0,30 . 10-4

0,87 . 10-4 0,60 . 10-4 0,30 . 10-4 0,10 . 10-4 0,05 . 10-4

0,10 . 10-4 0,05 . 10-4

23

6. Tepelně technické výpočty Součinitel prostupu tepla výplně otvoru (okna Uw) Celková výměna tepla v ustáleném stavu mezi dvěma prostředími vzájemně oddělenými výplní otvoru, zahrnuje vliv všech tepelných mostů, které jsou součástí výplně otvoru a nezahrnuje výměnu tepla mezi prostředími vlivem proudění vzduchu funkčními spárami a dutinami ani výměnu tepla mezi výplní otvoru a přilehlou konstrukcí.

Lineární činitel prostupu tepla ψ [W/(m.K)], vliv lineárního tepelného mostu na lineární tepelnou propustnost L2D, je přídavným tepelným tokem charakterizujícím vliv lineárního tepelného mostu délky, l, na tepelnou vodivost – lineární tepelnou propustnost.

Součinitel spárové průvzdušnosti iLV [m3/(m.s.Pa0,67)], průměrná průvzdušnost při referenčních podmínkách vztažená na 1 m funkční spáry. Udává průměrný objemový průtok vzduchu, který proudí funkční spárou výplně otvoru délky 1 m při rozdílu tlaku vzduchu ∆p = 1 Pa.

24

6.1 Návrhové hodnoty otvorů a jejich části

tepelně

technických vlastností výplní

Výplně otvorů sestávají z jednotlivých částí s definovanými vlastnostmi, které jsou výrobky s vlastnostmi určenými výrobci a jako celek (sestava) výplně otvoru vykazují výsledné vlastnosti určené výrobci výplní otvorů při jejich uvedení na trh. Znalost dále uvedených vlastností výplní otvorů je podmínkou pro posouzení vhodnosti výplně otvoru pro dané užití ve stavbě podle požadavků ČSN 73 0540-2. Znalost tepelných vlastností jednotlivých částí sestavy podmiňuje výpočtové stanovení součinitele prostupu tepla výplně otvoru jako celku.

Součinitel prostupu tepla Návrhové hodnoty součinitele prostupu tepla oken Uw,u ve W/(m2.K), používaných v budovách původní zástavby se stanoví pro okna jakýkoliv rozměrů z tabulky 3. Tab. 3 Návrhové hodnoty součinitele prostupu tepla oken původní zástavby (ČSN 730540-3:2005) Návrhové hodnoty Součinitel spárové Druh okna Součinitel prostupu tepla průvzdušnosti Uw,u ILV,u.10-4 2 W/(m .K) 3 m /(m.s.Pan) Okna a balkónové dveře dřevěné, plastové a kombinované dřevo; plast Jednoduchá okna s jedním sklem, netěsněná Jednoduchá okna s jedním čirým sklem s přídavným čirým sklem v rámečku z plastu; kovu, netěsněná Jednoduchá okna s izolačním čirým dvojsklem, netěsněná Zdvojená okna s dvěma čirými skly, netěsněná Dvojitá, špaletová okna s dvěmi čirými skly, netěsněná

4,5

1,9

2,6

1,9

2,5

1,9

2,4

1,4

2,35

1,2

Návrhová hodnota součinitele prostupu tepla jednoduchého okna se výpočtově stanoví ze vztahu: Ag ⋅ U g + A f ⋅ U f + I g ⋅ψ g U w ,u = (4) Ag + A f kde Ag je plocha viditelné části zasklení (m2) Ug součinitel prostupu tepla zasklení (W/(m2.K)) Af plocha okenního rámu a rámu křídla (m2) Uf součinitel prostupu tepla rámu (W/(m2.K)) lg délka viditelného obvodu zasklení (m) ψg lineární činitel prostupu tepla styku rám/zasklení, včetně vlivu distančního rámečku izolačního skla (W/(m2.K))

25

6.2 Výpočtové metody 6.2.1 Součinitel prostupu tepla - jednoduché okno

1 – rám 2 – křídlo 3 – zasklení Součinitel prostupu tepla výplní otvorů Uw pro jednoduchá okna, ve W/(m2.K), se stanoví podle ČSN EN ISO 10077-1 ze vztahu:

Uw =

∑A

g

⋅ U g + ∑ A f ⋅ U f + ∑ l g ⋅ψ g

∑A +∑A g

kde

Ug

1

Ug = Rsi + ∑ kde

součinitel prostupu tepla zasklení stanovený výrobcem, nebo ze vztahu:

je

dj, λj Rs,k Uf Ag Af lg

ψg

dj

λj je

(5)

f

(W/(m2.K)),

většinou

(6)

+ ∑ Rs ,k + Rse tloušťka, součinitel tepelné vodivosti j-té hmotné vrstvy zasklení (m, W/(m.K)) tepelný odpor k-té vzduchové vrstvy (m2.K/W), stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1 součinitel prostupu tepla rámu, popř. rámu s izolačním obkladem (W/(m2.K)), stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1 plocha zasklení (m2) stanovená podle ČSN EN ISO 10077-1 plocha rámu (m2) stanovená podle ČSN EN ISO 10077-1 celkový viditelný obvod zasklení (m) stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1 lineární činitel prostupu tepla zasklení (W/(m.K)), způsobený tepelnou vazbou mezi zasklením, distančním rámečkem a rámem podle ČSN EN ISO 10077-1

26

Sumy zahrnuté ve vztahu (5) se uplatňují, když se berou v úvahu různé části zasklení nebo rámu, např. několik hodnot, Af, je zapotřebí, jestliže platí různé hodnoty, Uf, pro dolní díl rámu, horní díl rámu, svislé díly rámu a příčle V případě jednoduchého zasklení se poslední člen v čitateli ve vztahu (5) uvažuje nulový (bez vlivu distančního rámečku), protože jakákoliv korekce je zanedbatelná.

27

6.2.2 Součinitel prostupu tepla - dvojité okno

1 – rám 2 – křídlo 3 – zasklení a – vnější b – vnitřní Součinitel prostupu tepla, Uw, systému skládajícího se ze dvou oddělených oken, se vypočítá s použitím vztahu: Uw =

kde

1 1 1 − Rsi + Rs − Rse + U w1 U w2 Uw1, Uw2 Rsi Rse Rs

je

(7)

jsou součinitele prostupu tepla vnějšího a vnitřního ona; jednotlivě vypočítané podle vztahu (1) (W/(m2.K)) odpor při přestupu tepla na vnitřní straně vnějšího okna v případě jeho samostatného použití (m2.K/W), stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1 odpor při přestupu tepla na vnější straně vnitřního okna v případě jeho samostatného použití (m2.K/W), stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1 tepelný odpor vrstvy vzduchu mezi zasklením obou oken (m2.K/W), stanovený podle ČSN EN ISO 10077-1

28

6.2.3 Součinitel spárové průvzdušnosti Součinitel spárové průvzdušnosti je vypočten ze vztahu:

i LV = kde

(∆p

0 , 67

QV L ∆p 0,67

QV ⋅ L ⋅ 3600 je

)

(8)

objemový tok vzduchu při rozdílu tlaků ∆p (m3/h) délka spáry vzorku (m) rozdíl tlaků, které působí na obou stranách otvorové výplně (Pa) tlakový exponent, který vyjadřuje normativní závislost QV a ∆p

Součinitel spárové průvzdušnosti je veličina, se kterou se počítá při stanovení tepelné ztráty větráním. Jde o veličinu, která je při stanovení výpočtovou metodou ne příliš přesná, neboť pro její výpočet se používá mnoha zaokrouhlených hodnot z výpočtové normy. K přesnému stanovení hodnoty součinitele spárové průvzdušnosti dojde pouze při experimentální zkoušce na konkrétním zkušebním vzorku. Z těchto důvodů se dále touto veličinou práce nezabývá.

29

6.2.4 Výpočet tepelné ztráty prostupem (podle ČSN 06 0210) Tepelná ztráta místnosti prostupem tepla, Qp, ve W, se určí podle vztahu: Q p = Q0 ⋅ (1 + p1 + p 2 + p3 ) kde

Q0 p1 p2 p3

je

(9)

základní tepelná ztráta prostupem tepla (W) přirážka na vyrovnání vlivu chladných konstrukcí přirážka na urychlení zátopu přirážka na světovou stranu

Základní tepelná ztráta prostupem, Q0, ve W, se rovná součtu tepelných toků prostupem tepla v ustáleném tepelném stavu jednotlivými konstrukcemi ohraničujícími vytápěnou místnost do venkovního prostředí nebo sousedních místností. i−n

Q0 = U 1 ⋅ S1 ⋅ (t i − t e1 ) + U 2 ⋅ S 2 ⋅ (t i − t e 2 ) + ... + U n ⋅ S n ⋅ (t i − t en ) = ∑ U 1 ⋅ S1 ⋅ (t i − t e1 ) (10) i =1

kde

S1, S2...Sn U1, U2…Un ti te1, te2…ten

je

ochlazována část stavební konstrukce (m2) součinitel prostupu tepla (W/(m2.K)), podle ČSN 73 0540-4:2005 výpočtová vnitřní teplota (°C) výpočtová teplota prostředí na vnější straně konstrukce (°C)

Je-li u některé ze stavebních konstrukcí teplota na vnější straně vyšší než teplota ve vytápěné místnosti, má tepelný tok prostupující touto konstrukcí zápornou hodnotu; v tomto případě jde o tepelný zisk, který zmenšuje základní ztrátu místnosti prostupem tepla, Q0. Přirážkou na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí, p1, se umožňuje zvýšení teploty vnitřního vzduchu tak, aby i při nižší povrchové teplotě ochlazovaných konstrukcí bylo ve vytápěné místnosti dosaženo požadované výpočtové vnitřní teploty, ti, pro kterou se počítá základní tepelná ztráta, Q0. Přirážka na vyrovnání vlivu chladných konstrukcí, p1, závisí na průměrném součiniteli prostupu tepla všech konstrukcí místnosti, kc, který se stanoví ze vztahu: kc =

Q0 ∑ S ⋅ (t i − t e )

(11)

30

kde

ΣS

je

ti te

celková plocha všech konstrukcí ohraničujících vytápěnou místnost (m2) výpočtová vnitřní teplota (°C) (viz. tabulka A.3 ČSN 06 0210) výpočtová venkovní teplota (°C) (viz. tabulka A.1 ČSN 06 0210)

Přirážka na vyrovnání vlivu chladných konstrukcí, p1, se pak stanoví ze vztahu: p1 = 0,15 ⋅ k c

(12)

S přirážkou na urychlení zátopu se v našem případě nepočítá. O výši přirážky na světovou stranu, p3, rozhoduje poloha nejvíce ochlazované stavební konstrukce místnosti. Při více ochlazovaných konstrukcích, poloha společného rohu. U místnosti se třemi nebo čtyřmi ochlazovanými konstrukcemi se počítá s přirážkou největší. Hodnota přirážky p3 (viz. tabulka A. 8 ČSN 06 0210)

31

6.3 Tepelně technické výpočty historických oken Otvorové výplně zůstávají ve středu pozornosti nejenom uživatelů, neboť zde se nejdříve projeví nedostatky ve vnitřním mikroklimatu, ale i památkářů, pro které je tento prvek z architektonického a také historického hlediska velice zajímavý. Jde však také o prvek, který při provozu stavby zásadní měrou ovlivní dnes velmi sledovaný ukazatel energetické náročnosti budovy. Při realizaci oprav historických budov dochází právě v problematice výplní okenních otvorů k dosti velkým konfliktům mezi památkáři a investory. Na jedné straně bojují památkáři za zachování okenních konstrukcí, na straně druhé investoři za zlepšení tepelně technických vlastností oken, z čehož plyne snížení spotřeby energie na vytápění a tím snížení nákladů. Prioritním zájmem památkářů je ochrana dochovaných historických prvků, konstrukcí a prvků včetně okenních rámů. Velkým problémem je pro památkáře změna vzhledu okenní výplně. Názor většiny památkářů je ten, že by se měla okna zachovat v původním stavu a nedělat další úpravy. Tento názor nerespektuje požadavky na snížení tepelných ztrát objektů, přičemž jsou tyto požadavky zakotveny v mnoha zákonných nařízeních. Tento názor lze chápat u objektů, které nejsou komerčně využívány, jako jsou zámky, kláštery atd., kde nejsou náklady na vytápění na přednějším místě oproti zachování autenticity. Na druhou stranu, u komerčně využitelných historických objektů, jako jsou např. bytové domy jsou náklady na vytápění podstatnou a nezanedbatelnou části rozpočtu na provoz. Zde je prioritním zájmem investora a taky následně uživatele, snížení tepelných ztrát budovy na co nejnižší míru, což zahrnuje také snížení tepelných ztrát okenních konstrukcí, přes které uniká nezanedbatelné množství tepla. Nejlepším řešením je nalezení kompromisu mezi oběma stranami, což je zachování stávající konstrukce a přitom zlepšení tepelně technických vlastností historického okna.

Řešením této problematiky se zabývá následující část práce.

32

6.3.1 Konstrukční varianty oken pro výpočet Pro výpočet byla vybrána nejčastěji se vyskytující okna na historických objektech a jejich modifikace. Vzhledem ke skutečnosti, že na výpočet ani na výslednou hodnotu součinitele prostupu tepla nemá vliv způsob otevírání okenních křídel (otevírání ven, dovnitř), a jejich kombinace, budeme se dále zabývat, až na jednu výjimku, jen okny otevíranými dovnitř. Konstrukce oken se liší v jejich členění. Pro výpočet jsou použity okna stejných rozměrů. Rozměr je daný výpočtovou normou (ČSN EN ISO 10077-1) a to 1480 x 2180 mm.

Podrobné znázornění jednotlivých variant oken je uvedeno v příloze 1 – 5. Vzorek č. 1 - dvojité okno čtyřkřídlové - složené ze dvou jednoduchých - bez deštění - v horní třetině dělené poutcem - vnější křídla ven otvíravé - vnitřní křídla dovnitř otvíravé - spodní křídla v polovině dělená příčníkem

Vzorek č. 2 - dvojité okno čtyřkřídlové - s deštěním - v horní třetině dělené poutcem - vnější i vnitřní křídla dovnitř otvíravé - spodní křídla v polovině dělená příčníkem

33

Vzorek č. 3 - dvojité okno tříkřidlové - s deštěním - v horní třetině dělené poutcem - vnější i vnitřní křídla dovnitř otvíravé - spodní křídla v polovině dělená příčníkem

Vzorek č. 4 - dvojité okno dvoukřidlové - s deštěním - nedělené poutcem - vnější i vnitřní křídla dovnitř otvíravé - křídla dělená na třetiny příčníky

Vzorek č. 5 - jednoduché okno jednokřídlové - nedělené poutcem - křídlo otvíravé dovnitř - typ dřevěné EURO

34

6.3.2 Výpočet součinitele prostupu tepla jednotlivých oken V následující tabulce jsou uvedeny hodnoty potřebné pro výpočet součinitele prostupu tepla jednotlivých variant historických oken. Dále jsou zde uvedeny hodnoty pro výpočet součinitele prostupu tepla u novodobé konstrukce okna, a to jednoduchého dřevěného okna typu EURO zaskleného dvojsklem 4-16-4. Výpočet hodnoty tohoto okna je zde pro následné porovnání hodnot mezi historickým oknem a možnou alternativou novodobé konstrukce.

Tab. 4 Rozměry a hodnoty Ag, Af, lg Rozměry v m Vz. 1 2 3

Okno

Šířka okna

Výška okna

Vnitřní Vnější Vnitřní Vnější Vnitřní Vnější

1,48 1,48 1,48 1,36 1,48 1,36

2,18 2,18 2,18 2,06 2,18 2,06

Vnitřní

1,48

2,18

Vnější

1,36

2,06

1,48

2,18

4 5

Šířka zasklené plochy 1,214 1,214 1,150 1,050 1,150 1,050 1,150 1,274 1,050 1,174 1,242

Výška zasklené plochy 1,890 1,890 1,864 1,774 1,942 1,862 1,242 0,624 1,178 0,594 1,923

Zasklená plocha Ag v m2

Plocha rámu Af v m2

2,2945 2,2945 2,1436 1,8627 2,2333 1,9551

0,9319 0,9319 1,0828 0,9389 0,9931 0,8465

Délka viditelného obvodu zasklení lg v m 14,844 14,844 14,356 13,396 14,668 13,748

2,2233

1,0031

13,364

1,9343

0,8673

12,448

2,3884

0,8380

6,330

35

Vzorek č. 1 Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K) Uf – 2,36 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 51 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 4 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 5 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, vz. č. 1

Hodnoty pro výpočet Ag - zasklená plocha v m2 Ug - součinitel prostupu tepla zasklení ve W/(m2.K) Af - plocha rámu v m2 Uf - součinitel prostupu tepla rámu ve W/(m2.K) lg - celkový viditelný obvod zasklení v m ψg - lineární činitel prostupu tepla ve W/(m.K) Uw1 - vypočítaný součinitel prostupu tepla ve W/(m2.K)

vz. č. 1 2,2945 5,8 0,9319 2,36 14,844 0 4,81

Tab. 6 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, vz. č. 1


vz. č. 1 2,2945 5,8 0,9319 2,36 14,844 0 4,81

Tab. 7 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, vz. č. 1

Uw1 - součinitel prostupu tepla vnitřního okna ve W/(m2.K) Uw2 - součinitel prostupu tepla vnějšího okna ve W/(m2.K) Rsi - odpor při přestupu tepla na vnitřní straně vnějšího okna v m2.K/W Rse - odpor při přestupu tepla na vnější straně vnitřního okna v m2.K/W Rs - tepelný odpor vrstvy mezi zasklením v m2.K/W Uw - vypočítaný součinitel prostupu tepla ve W/(m2.K)

4,81 4,81 0,13 0,04 0,17 2,41

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 1 má celkový součinitel prostupu tepla U = 2,41 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno nesplňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K).

36



vz. č. 2 2,1436 5,8 1,0828 2,6 14,356 0 4,73



vz. č. 2 1,8627 5,8 0,9389 2,6 13,396 0 4,73



4,73 4,73 0,13 0,04 0,17 2,37


37



vz. č. 3 2,2333 5,8 0,9931 2,6 14,668 0 4,82



vz. č. 3 1,9551 5,8 0,8465 2,6 13,748 0 4,83



4,82 4,83 0,13 0,04 0,17 2,41


38



vz. č. 4 2,2233 5,8 1,0031 2,6 13,364 0 4,81



vz. č. 4 1,9343 5,8 0,8673 2,6 12,448 0 4,81



4,81 4,81 0,13 0,04 0,17 2,41


39

Vzorek č. 5 Ug – 1,1 W/(m2.K), izolační dvojsklo 4-16-4, dle výrobce Uf – 2,13 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 68 mm ψg – 0,06 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2, pro dvojsklo s nízkou emisivitou a plynnou výplní Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 4 Tab. 17 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, vz. č. 5

Hodnoty pro výpočet Ag - zasklená plocha v m2 Ug - součinitel prostupu tepla zasklení ve W/(m2.K) Af - plocha rámu v m2 Uf - součinitel prostupu tepla rámu ve W/(m2.K) lg - celkový viditelný obvod zasklení v m ψg - lineární činitel prostupu tepla ve W/(m.K) Uw - vypočítaný součinitel prostupu tepla ve W/(m2.K)

vz. č. 5 2,3884 1,1 0,838 2,13 6,33 0,06 1,49

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že jednoduché okno typu EURO vz. č. 5 má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,49 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Nesplňuje však doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K).

40

6.3.3 Výsledky výpočtů hodnot součinitele prostupu tepla jednotlivých oken Tab. 18 Vyhodnocení součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí oken

Součinitel Součinitel prostupu tepla prostupu tepla Vzorek W/(m2.K) W/(m2.K) před zaokrouhlením po zaokrouhlení č. 1 2,41 2,40 č. 2 2,37 2,40 č. 3 2,41 2,40 č. 4 2,41 2,40 č. 5 1,49 1,50

Z výpočtů vyplývá, že se hodnoty součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukčních variant dvojitých oken od sebe po zaokrouhlení neliší. S ohledem na tuto skutečnost, se práce dále zabývá zlepšením hodnoty součinitele prostupu tepla jen u nejpoužívanější konstrukční varianty historického dvojitého okna a to varianty č. 2. Jednotlivé dále uvedené možnosti zlepšení součinitele prostupu tepla se dají úspěšně použít u všech uvedených variant oken. Varianta č. 5 je novodobá alternativa k historickým konstrukcím oken. Z uvedeného vyplývá, že požitím novodobé konstrukce dosáhneme snížení součinitele prostupu tepla o 0,9 W/(m2.K), použití této konstrukce v historických budovách je však neopodstatněné.

41

6.4 Výpočet součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken 6.4.1 Varianty zlepšení oken Úpravou okna vedoucí ke zlepšení jeho tepelně technických vlastností je výměna stávající skelní výplně za sklo s lepšími tepelnými vlastnostmi. Rozhodujícím faktorem je hodnota součinitele prostupu tepla skla (Ug). Jednotlivé varianty jsou znázorněny níže. Specifickou změnou konstrukce vedoucí ke zlepšení tepelných vlastností je výměna skla ve vnějších křídlech okna za izolační dvojsklo. Musí však dojít ke změně profilu vnějších křídel a to jeho rozšíření o tloušťku skla a vzduchové mezery (viz. obr. 7). Tato změna povede k náhradě stávajícího křídla za nové, ale pokud se zachová stávající profilace nedojde k viditelné změně okna z vnějšího pohledu.

Obr. 7 Rozdíl v profilu vnějšího křídla dvojitého okna zaskleného dvojsklem a jednoduchým sklem

42

Skla se zvýšenou tepelnou izolací vhodná pro historické konstrukce

1. Sklo s pokovením Jde o sklo s tenkou napařenou kovovou vrstvou na povrchu – nízkoemisivní selektivní pokovení. Zpočátku byl problém u těchto skel s barevnou stálostí neboť kysličníky kovů měnily své fyzikální vlastnosti. Zlepšení došlo po objevu bezbarvé kovové vrstvy, která nemění barevné spektrum světla. tento druh skel snižuje, podle zvolené technologie, prostup tepla o 15 až 40 %. Tepelně izolační schopnosti základního prosklení oken zvyšuje také použití velmi tenkých, lehkých, průsvitných tepelně odrazivých fólií, které se lepí na povrch skla.

2. Izolační dvojskla Jde o sklo složené ze dvou skleněných tabulí skla spojeného prostřednictvím dutého, tuhého rámečku (kov, plast). Prostor mezi dvěma tabulemi skla je vyplněn suchým vzduchem. Další možností je nahrazení suchého vzduchu ušlechtilým plynem (argon), který má lepší tepelnou izolaci než vzduch. Náhradou jednoho ze skel lze přidat různé další doplňující funkce, jako je zesílená tepelná izolace, protisluneční funkce, akustická izolace, bezpečnost atd.

43

Varanta I – původní okno vz. č. 2

Varianta II

Varianta III

Varianta IV

Varianta V

Varianta VI

44

Varianta VII

Varianta VIII

6.4.2 Výpočet V následující tabulce jsou uvedeny hodnoty původního okna (vz. č.2) potřebné pro výpočet součinitele prostupu tepla jednotlivých zlepšených variant historických oken. Tab. 19 Rozměry a hodnoty Ag, Af, lg vz. č. 2 Rozměry v m Vz.

Okno

Šířka okna

Výška okna

2

Vnitřní Vnější

1,48 1,36

2,18 2,06

Šířka zasklené plochy 1,150 1,050

Výška zasklené plochy 1,864 1,774

Zasklená plocha Ag v m2

Plocha rámu Af v m2

2,1436 1,8627

1,0828 0,9389

Délka viditelného obvodu zasklení lg v m 14,356 13,396

45

Vzorek č. 2 – varianta II Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,7 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K) Uf – 2,6 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 40 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 20 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta II


vz. č. 2-I 2,1436 3,7 1,0828 2,6 14,356 0 3,33

Tab. 21 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta II


vz. č. 2-I 1,8627 5,8 0,9389 2,6 13,396 0 4,73

Tab. 22 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta II


3,33 4,73 0,13 0,04 0,17 1,95

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-II má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,95 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno nesplňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K).

46

Vzorek č. 2 – varianta III Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,2 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K) Uf – 2,6 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 40 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 23 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta III


vz. č. 2-III 2,1436 3,2 1,0828 2,6 14,356 0 3,00

Tab. 24 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta III


vz. č. 2-III 1,8627 5,8 0,9389 2,6 13,396 0 4,73

Tab. 25 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta III


3,0 4,73 0,13 0,04 0,17 1,84

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-III má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,84 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno nesplňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K).

47

Vzorek č. 2 – varianta IV Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,7 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 3,7 W/(m2.K) Uf – 2,6 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 40 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 26 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta IV


vz. č. 2-IV 2,1436 3,7 1,0828 2,6 14,356 0 3,33

Tab. 27 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta IV


vz. č. 2-IV 1,8627 3,7 0,9389 2,6 13,396 0 3,33

Tab. 28 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta IV


3,33 3,33 0,13 0,04 0,17 1,67

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-IV má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,67 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Nesplňuje však doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K).

48

Vzorek č. 2 – varianta V Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,2 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 3,2 W/(m2.K) Uf – 2,6 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 40 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 29 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta V


vz. č. 2-V 2,1436 3,2 1,0828 2,6 14,356 0 3,00

Tab. 30 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta V


vz. č. 2-V 1,8627 3,2 0,9389 2,6 13,396 0 3,00

Tab. 31 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta V


3,00 3,00 0,13 0,04 0,17 1,50

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-V má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,50 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Nesplňuje však doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K).

49

Vzorek č. 2 – varianta VI Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K), vnější dvojsklo tl. 4-12-4 mm, plněno 90 % argonem = 1,3 W/(m2.K) Uf – vnitřní rám 2,60 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 40 mm, vnější rám 2,40 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 48 mm, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, ψg – 0,06 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera190 mm Tab. 32 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta VI


vz. č. 2-VI 2,1436 5,8 1,0828 2,60 14,356 0 4,73

Tab. 33 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta VI


vz. č. 2-VI 1,8627 1,3 0,9389 2,40 13,396 0,06 1,96

Tab. 34 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta VI


4,73 1,96 0,13 0,04 0,17 1,39

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-VI má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,39 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Nesplňuje však doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K). 50

Vzorek č. 2 – varianta VII Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,7 W/(m2.K), vnější dvojsklo tl. 4-12-4 mm, plněno 90 % argonem = 1,3 W/(m2.K) Uf – vnitřní rám 2,60 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 40 mm, vnější rám 2,40 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 48 mm, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, ψg – 0,06 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 35 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta VII


vz. č. 2-VII 2,1436 3,7 1,0828 2,60 14,356 0 3,33

Tab. 36 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta VII


vz. č. 2-VII 1,8627 1,3 0,9389 2,40 13,396 0,06 1,96

Tab. 37 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta VII


3,33 1,96 0,13 0,04 0,17 1,23

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-VII má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,23 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Splňuje také doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K). 51

Vzorek č. 2 – varianta VIII Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,2 W/(m2.K), vnější dvojsklo tl. 4-12-4 mm, plněno 90 % argonem = 1,3 W/(m2.K) Uf – vnitřní rám 2,60 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 40 mm, vnější rám 2,40 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 48 mm, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, ψg – 0,06 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 38 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, varianta VIII


vz. č. 2-VIII 2,1436 3,2 1,0828 2,60 14,356 0 3,00

Tab. 39 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, varianta VIII


vz. č. 2-VIII 1,8627 1,3 0,9389 2,40 13,396 0,06 1,96

Tab. 40 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, varianta VIII


3,00 1,96 0,13 0,04 0,17 1,19

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno vz. č. 2-VIII má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,19 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Splňuje také doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K). 52

6.4.3 Výsledky výpočtu součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken Tab. 41 Vyhodnocení součinitele prostupu tepla zlepšených variant okenních konstrukcí

Zasklení mm, W/(m2.K)

Varianta

Vnější okno 4 5,8 4 5,8 4 5,8 4 3,7 4 3,2 4-12-4 1,3 4-12-4 1,3 4-12-4 1,3

Součinitel prostupu tepla pro celé okno W/(m2.K) 2,37 1,95 1,84 1,67 1,50 1,39 1,23 1,19

.

I II III IV V VI VII VIII

Vnitřní okno 4 5,8 4 3,7 4 3,2 4 3,7 4 3,2 4 5,8 4 3,7 4 3,2

Součinitel prostupu tepla W/(m2.K) Vnitřní Vnější okno okno 4,73 4,73 3,33 4,73 3,00 4,73 3,33 3,33 3,00 3,00 4,73 1,96 3,33 1,96 3,00 1,96

Hodnota - U W/(m2.K)

2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Varianta Obr. 8 Grafické vyhodnocení součinitele prostupu tepla zlepšených variant okenních konstrukcí

Legenda:

53

6.5 Vliv snížení tepelných ztrát prostupem na snížení nákladů na vytápění Postup výpočtu tepelné ztráty prostupem je znázorněn v kapitole 8.2.4. Výpočty tepelné ztráty prostupem (podle ČSN 06 0210)

V následujícím textu je znázorněn vliv snížení tepelných ztrát na snížení nákladů na vytápění. Je nutno podotknout, že jde jen o informativní příklad. Hodnoty tepelných ztrát jsou vypočteny jako ztráty fiktivní místnosti osazené třemi historickými okny, jejichž hodnoty součinitele prostupu tepla byly vypočteny v předešlé části práce, jako hodnoty zlepšených variant oken (kap. 6., čl. 6. 4.). Konkrétní výpočty jsou uvedeny v příloze 8 – 11.

Vstupní hodnoty pro výpočet nákladů na vytápění: - charakteristické číslo místnosti /M/

0,5 (ČSN 06 0210)

- charakteristické číslo budovy /B/

8 (ČSN 06 0210)

- množství výměny vzduchu /n/

0,6 (ČSN 06 0210)

- počet dnů topné sezóny /d/

230 dní

- druh provozu OS /e1/

0,8

- typ regulace OS (plyn, el. energie) /e2/

1

- typ regulace OS (peletky) /e2/

0,9

- stupeň útlumu OS /e3/

0,8

- opravný koeficient (plyn, el. energie) /e/

0,64 (Σ e1, e2, e3)

- opravný koeficient (peletky) /e/

0,58 (Σ e1, e2, e3)

- účinnost el.

0,98

- účinnost zem. plyn

0,90

- účinnost peletky

0,85

- výhřevnost peletky

5 kWh/MJ

- cena el. energie

2,72 Kč/kWh (přepočet z TZB.info)

- cena zem. plyn

1,89 Kč/kWh (přepočet z TZB.info)

- cena peletky

4,45 Kč/kg

54

6.5.1 Vypočtené náklady u jednotlivých paliv 6.5.1.1

Plyn

Tab. 42 Vypočtené náklady – plyn Okno

Snížení nákladů k původní kon. (Kč/rok) - plyn 0 613 761 987 1 212 1 356 1 564 1 616

Náklady - plyn (Kč/rok)

Procentuální vyjádření snížení nákladů – plyn (%) 0 9 11 14 18 20 23 24

Náklady - plyn

.

I II III IV V VI VII VIII

Náklady - plyn (Kč/rok) 6 819 6 206 6 059 5 832 5 607 5 463 5 255 5 203

7 000 6 500 6 000 5 500 5 000 4 500 4 000 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

VII

VIII

Varianta okna Obr. 9 Grafické vyjádření nákladů - plyn

.

Procentuální vyjádření snížení nákladů - plyn Náklady - plyn (%)

25 20 15 10 5 0 I

II

III

IV

V

VI

Varianta okna Obr. 10 Grafické procentuální vyjádření snížení nákladů - plyn

55

6.5.1.2

El. energie

Tab. 43 Vypočtené náklady – el. energie Náklady – el. (Kč/rok) 8 900 8 251 8 094 7 854 7 617 7 464 7 244 7 189

Okno I II III IV V VI VII VIII

Snížení nákladů k původní kon. (Kč/rok) – el. energie 0 649 806 1 045 1 283 1 436 1 656 1 711

Náklady - el. energie

. Náklady - el. (Kč/rok)

Procentuální vyjádření snížení nákladů – el. (%) 0 7 9 12 14 16 19 19

9 500 9 000 8 500 8 000 7 500 7 000 6 500 6 000 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Varianta okna Obr. 11 Grafické vyjádření nákladů – el. energie

Náklady - el. energie (%)

.

Procentuální vyjádření snížení nákladů - el. energie 25 20 15 10 5 0 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Varianta okna Obr. 12 Grafické procentuální vyjádření nákladů – el. energie

56

6.5.1.3

Peletky

Tab. 44 Vypočtené náklady – peletky Okno I II III IV V VI VII VIII

Náklady - peletky (Kč/rok) 3 078 2 772 2 699 2 586 2 474 2 402 2 298 2 272

Snížení nákladů k původní Procentuální vyjádření kon. (Kč/rok) - peletky snížení nákladů – peletky (%) 0 0 306 10 380 12 493 16 605 20 677 22 780 25 806 26

Náklady - peletky (Kč/rok)

.

Náklady - peletky 3 500 3 100 2 700 2 300 1 900 1 500 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Varianta okna Obr. 13 Grafické vyjádření nákladů - peletky

Náklady - peletky (%)

.

Procentuální vyjádření snížení nákladů - peletky 30 25 20 15 10 5 0 I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Varianta okna Obr. 14 Grafické procentuální vyjádření snížení nákladů - peletky

57

7. Analýza výsledků 7.1 Analýza výsledků výpočtu zlepšených variant oken

součinitele

prostupu

tepla

Z výpočtů součinitele prostupu tepla zlepšených variant oken vyplývá, že použití skel se zvýšenou tepelnou izolací se pozitivně projeví na hodnotě součinitele prostupu tepla celého okna.

Varianta I – původní konstrukce, obě křídla zasklena jednoduchým sklem o hodnotě U = 5,8 W/m2.K; [Uw = 2,37 W/(m2.K)] Varianta II – v porovnání s původní konstrukcí dojde použitím skla o hodnotě U = 3,7 W/(m2.K) na vnitřních křídlech, ke snížení celkové hodnoty součinitele prostupu tepla o 18 %; [Uw = 1,95 W/(m2.K)] Varianta III – při použití skla o hodnotě U = 3,2 W/(m2.K) na vnitřních křídlech se celková hodnota sníží o 22 %; [Uw = 1,84 W/(m2.K)] U varianty II a III se však celková hodnota součinitele prostupu tepla pohybuje nad hranicí 1,7 W/(m2.K), což je požadována normová hodnota podle ČSN 73 0540-2, tyto dvě varianty tedy nevyhovují požadavkům normy.

Varianta IV – použití skla se zlepšenými tepelnými vlastnostmi na vnějších i vnitřních křídlech (3,7 – 3,7 W/(m2.K)). Hodnota součinitele prostupu tepla se sníží o 30 %; [Uw = 1,67 W/(m2.K)] Varianta V – zlepšená skla na vnějších i vnitřních křídlech (3,2 – 3,2 W/(m2.K)). Zde je celková vypočtená hodnota okna nižší o 37 %; [Uw = 1,50 W/(m2.K)] Hodnoty u varianty IV a V jsou již pod hranicí požadované normové hodnoty. Nesplňují však doporučené normové hodnoty. Tyto konstrukce se tedy dají s úspěchem použít u rekonstrukcí historických objektů, kde se vyžaduje splnit požadované normové

58

hodnoty. Úpravou stávajících oken na okna těchto varianty nedojde k žádné viditelné změně jejich konstrukce ani vzhledu. U následujících konstrukcí je použito na vnějším křídle okna namísto jednoduchého skla izolační dvojsklo 4-12-4 plněné argonem U = 1,3 W/(m2.K). Vnitřní křídla mají stále skleněné výplně tvořeny jednoduchým sklem. Právě tepelnými vlastnostmi vnitřních skel se jednotlivé varianty od sebe liší.

Varianta VI – izolační dvojsklo na vnějším křídlu, jednoduché sklo s hodnotou U = 5,8 W/(m2.K) na vnitřním křídle. Hodnota součinitele prostupu tepla se k variantě I sníží o 41 %; [Uw = 1,39 W/(m2.K)]. Tato hodnota splňuje požadovanou normovou hodnotu, nesplňuje však doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K).

Varianta VII – izolační dvojsklo na vnějším křídlu, jednoduché sklo s hodnotou U = 3,7 W/(m2.K) na vnitřním křídle. Hodnota součinitele prostupu tepla se k variantě I sníží o 48 %; [Uw = 1,23 W/(m2.K)]. Tato hodnota splňuje doporučenou normovou hodnotu.

Varianta VIII - izolační dvojsklo na vnějším křídlu, jednoduché sklo s hodnotou U = 3,2 W/(m2.K) na vnitřním křídle. Hodnota součinitele prostupu tepla se k variantě I sníží o 50 %; [Uw = 1,19 W/(m2.K)]. Tato hodnota splňuje doporučenou normovou hodnotu.

U variant VI, VII a VIII již nastane změna stávající konstrukce, a to tím, že musí dojít ke změně profilu vnějších křídel. Je-li průřez profilu dostatečné dimenze, postačí vyfrézování drážky pro sklo hlubších rozměrů (hloubka drážky se zvětší o tloušťku skla a vzduchové mezery; 16 mm) a osazení dvojskla do této drážky. Tím dojde k zachování stávajícího rámu vnějších křídel. Nemá-li stávající rám křídla dostatečný průřez, musí se křídlo vyměnit za nové. Důležité ovšem je zachování stejné profilace jako u původního rámu, dále také zachování materiálu, povrchové úpravy, kování, členění okna atd. Co se týká vzhledu okna, nedojde k žádné změně. Z výpočtu dále vyplývá, že varianty VI – VIII, mají lepší tepelně izolační vlastnosti než vzorek č. 5 – novodobá konstrukce. Z architektonického hlediska, z hlediska památkářů a taky z hlediska snížení úniku tepla je tedy výhodnější použití upravené stávající konstrukce okna než okna novodobé konstrukce. 59

7.2 Analýza vlivu snížení tepelných ztrát prostupem na snížení nákladů na vytápění Vypočtené hodnoty ukazují, že se použitím oken se zlepšenými tepelně technickými vlastnostmi zásadně ovlivní ztráta tepla prostupem. Výpočty zabývající se náklady na vytápění použitím různých paliv ukazují, jak ovlivňuje tepelná ztráta prostupem hodnotu těchto nákladů. Prvotním výsledkem je skutečnost, že jako nejvýhodnější palivo pro vytápění se ukazují peletky (granulovaný dřevní odpad). Ve výpočtech všech tří paliv nejsou zahrnuty pořizovací náklady spalovacího zařízení. Analýza hodnot ukazuje další skutečnost, a to, že snížením tepelných ztrát prostupem, za použití zlepšených okenních konstrukcí má zásadní vliv na snížení nákladů za vytápění. Při spalování zemního plynu dojde u varianty VIII (nejnižší součinitel prostupu tepla) ke snížení nákladů o 24 %, u elektrické energie o 19 % a u peletek o 26 %. V konečném důsledku snížení ztráty tepla nebude mít vliv jen na snížení nákladů, ale také na snížení emisí oxidu uhličitého vznikajícího při spalování, protože nebude nutné spalovat takové množství paliv jako při nesnížených tepelných ztrátách budovy. Nutno připomenout, že jde jen o orientační výpočet. Pro výpočet snížení tepelných ztrát použitím zlepšených variant oken u konkrétních řešených budov musí dojít k novým, celkovým výpočtům za konkrétních podmínek panujících u těchto budov. Při celkovém řešení konkrétních budov se do výpočtu zahrnují další tepelné ztráty nejen prostupem přes okenní konstrukce, ale také prostupem přes dveřní konstrukce, větráním apod.

60

8. Výběr konstrukční varianty oken pro specifický objekt Nájemní dům Františka Pawlu, Jirásková 48, Brno

Obr. 15 Nájemní dům Františka Pawlu

Jde o prostřední dům, ze skupiny tří dvoupatrových nájemních domů, jeden z nejranějších příkladů tvorby brněnského stavitele Františka Pawlu. Trojice domů umožňovala symetrické řešení, v jehož rámci zaujímal osový objekt roli akcentu. Společným motivem se zde stala neomítaná cihelná plocha, na níž byl uplatněn bohatý štukový dekor manýristické orientace. Průčelí obou krajních domů jsou zrcadlově shodná. Zatímco oba krajní domy jsou orientovány horizontálně, u prostřední stavby převažuje díky osovému rivalitu a atikovému štítu orientace vertikální.

61

V průčelí domu jsou zabudovaná historická okna z druhé poloviny 19. století. Ze zadní strany to jsou novodobá plastová okna. Zabýváme se tedy jen okny z průčelí domu.

Typ: dvojitá (deštěná) Počet křídel: čtyřkřídlové Členění: v horní třetině dělené poutcem Otvírání: vnější i vnitřní křídla dovnitř otvíravé Počet: 14 ks

Podrobné znázornění okna je uvedeno v příloze 7.

62

Stávající stav Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K), vnější sklo tl. 4 mm = 5,8 W/(m2.K) Uf – 2,40 W/(m2.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, pro tloušťku rámu 47 mm ψg – 0,00 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 4 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 57 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, stávající stav


1,8635 5,8 1,0933 2,40 11,672 0 4,54

Tab. 58 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, stávající stav


1,582 5,8 0,925 2,40 10,872 0 4,55

Tab. 59 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, stávající stav


4,54 4,55 0,13 0,04 0,17 2,27

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno stávající stav má celkový součinitel prostupu tepla U = 2,27 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno nesplňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K).

63

Zlepšená varianta Ug – vnitřní sklo tl. 4 mm = 3,2 W/(m2.K), vnější dvojsklo tl. 4-12-4 mm, plněno 90 % argonem = 1,3 W/(m2.K) Uf – vnitřní rám 2,40 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 47 mm, vnější rám 2,30 W/(m2.K), pro tloušťku rámu 55 mm, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka D2, ψg – 0,06 W/(m.K), dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka E2 Ag, Af, lg – stanoveny měřením konkrétních rozměrů, viz. tabulka 19 Rsi – 0,13 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rse – 0,04 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka A1 Rs – 0,170 m2.K/W, dle ČSN EN ISO 10077-1, tabulka C1, vzduchová mezera 190 mm Tab. 60 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw1 vnitřního okna, zlepšená varianta


1,8635 3,2 1,0933 2,40 11,672 0 2,90

Tab. 61 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw2 vnějšího okna, zlepšená varianta


1,582 1,3 0,925 2,30 10,872 0,06 1,93

Tab. 62 Vypočítaný součinitel prostupu tepla Uw, zlepšená varianta


2,90 1,93 0,13 0,04 0,17 1,16

Na základě uvedených výpočtů lze konstatovat, že dvojité okno zlepšená varianta má celkový součinitel prostupu tepla U = 1,16 W/(m2.K), z čehož vyplývá, že toto okno splňuje požadavky normy ČSN 730540-2, viz. tab. 1. Požadovaná normová hodnota činí 1,7 W/(m2.K). Splňuje také doporučenou hodnotu, která činí 1,2 W/(m2.K). 64

Podle výpočtu (ze strany 64), bylo zjištěno, že současná okna zabudovaná v průčelí domu, mají součinitel prostupu tepla Uw = 2,27 W/(m2.K). Tato hodnota již nevyhovuje požadovaným ani doporučeným normovým hodnotám (ČSN 73 0540-2). Z tohoto důvodu je nutná jejich úprava, zaměřená na snížení hodnoty součinitele prostupu tepla. Jako nejvhodnější možnost úpravy, byla stanovena výměna původního skla ve vnitřních i vnějších křídlech za sklo s lepšími tepelnými vlastnostmi. vnitřní křídla – sklo nízkoemisivní vrstvou Ug = 3,2 W/(m2.K) vnější křídla – izolační dvojsklo 4-12-4 plněno argonem Ug = 1,3 W/(m2.K) Při použití skla s lepšími tepelnými vlastnostmi, se součinitel prostupu tepla sníží na hodnotu Uw = 1,16 W/(m2.K). Tato hodnota již splňuje požadované normové hodnoty a také splňuje doporučené normové hodnoty.

65

9. Závěr V úvodu jsou prezentovány tepelně technické požadavky na historické budovy a základní požadavky na stavby a stavební výrobky. [str. 4, kap. 3., čl. 3. 1., 3. 2.] Dále se práce pozastavuje nad přístupem památkářů k památkové péči o výplně okenních otvorů. Jejich cílem je zachování okenních výplní bez ohledu na jejich tepelně technické vlastnosti. [str. 7, kap. 3., čl. 3. 3.] V další části se práce zabývá legislativou, která řeší problematiku památkové péče, rekonstrukcí staveb, vlastností stavebních výrobků a v neposlední řadě nakládaní s energiemi. [str. 9, kap. 3., čl. 3. 4.] V následující kapitole je uveden historický vývoj tvaru a konstrukcí oken od období románské architektury až po okna druhé poloviny 19. století. Postupný vývoj nejen konstrukce dřevěných rámů, ale také zasklení, kování

a materiálu.

[str. 10, kap. 4.] Zabývá se také tepelnou ztrátou budov prostupem přes okenní konstrukce. Okno je prvek, který je součástí obvodové konstrukce budov. Chrání tedy interiér budovy před vnějšími vlivy, ale také udržuje teplo uvnitř budovy v chladném období. Nejen u historických budov jde o prvek, přes který značné množství tepla uniká. Únik tepla přes okenní konstrukce se pohybuje v rozmezí 30 – 45 %. Jde o nezanedbatelné množství, v další části práce se tedy řeší možnostmi jak tyto ztráty v historických budovách snížit. [str. 16, kap. 5.1.] Práce dále uvádí veličiny, které jsou rozhodující pro stanovení tepelných ztrát přes okenní výplně. Je to součinitel prostupu tepla (U) a součinitel spárové průvzdušnosti (iLV). Jsou zde také uvedeny požadované a doporučené normové hodnoty těchto veličin. Základní normou, která řeší tuto problematiku je ČSN 73 0640 – Tepelná ochrana budov. [str. 19, kap. 5., čl. 5. 2.] Nechybějí zde postupy výpočtu jednotlivých veličin, které vedou ke stanovení prostupu tepla přes okenní konstrukce. Výpočtové metody pro stanovení součinitele prostupu tepla dvojitých oken (ČSN EN ISO 10077-1 – Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla, Část 1: Všeobecně), pro stanovení spárové průvzdušnosti (ČSN 73 0640 – Tepelná ochrana budov, Část 4: Výpočtové metody) a výpočet tepelné ztráty prostupem (ČSN 06 0210 – Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění). [str. 26, kap. 6., čl. 6. 2.] 66

Stěžejní část publikace je věnována tepelně technickým výpočtům historických oken a následné analýze vypočtených hodnot. Jsou zde znázorněny vybrané vzorky historických oken, u kterých byl následně spočítán součinitel prostupu tepla. Bylo zjištěno, že se hodnota tohoto součinitele u jednotlivých vzorků neliší, a proto byl vybrán jeden (vzorek č. 2), u kterého se srovnávaly varianty úprav pro zlepšení tepelně technických vlastností historických oken. Byl také proveden výpočet u novodobé konstrukce, pro následné srovnání vlastností této konstrukce s historickou. [str. 32, kap. 6., čl. 6. 3.] Dále byly provedeny úpravy konstrukce historického okna vedoucí ke zlepšení tepelně technických vlastností. Vzhledem k tomu, že u historických oken není možné velkých úprav konstrukce, jednalo se tedy o záměnu původního zasklení oken za skla s lepší tepelnou izolací (sklo s pokovením, izolační dvojsklo). Následnou analýzou bylo zjištěno, že nejlepší variantou je náhrada původního skla vnějších křídel za izolační dvojsklo (U = 1,3 W/(m2.K)) a zasklení vnitřních křídel za sklo s vrstvou pokovení (U = 3,2 W/(m2.K)). Součinitel prostupu tepla (U = 1,17 W/(m2.K)), dosahuje požadovaných normových hodnot. Je zde však nutno povést změnu konstrukce vnějšího rámu křídel, aby bylo možno zasklít dvojsklo, které má větší tloušťku než původní zasklení. Jde o změnu, při které dojde k výměně vnějšího křídla za křídlo se zvětšenou tloušťkou profilu, a to o tloušťku skla + tloušťku vzduchové mezery. Tato změna nemá na vzhled okna žádný vliv. [str. 42, kap. 6., čl. 6. 4.] Jednou z částí této diplomové práce je výpočet nákladu na vytápění u třech různých paliv (zemní plyn, elektrická energie a peletky). Bylo zjištěno, že použitím konstrukce okna s nejnižším součinitelem prostupu tepla, klesnou náklady na vytápění až o 26 %. Vztaženo na celou budovu, jde tedy o úsporu mnoha tisíc korun. [str. 54, kap. 6., čl. 6. 5.] Práci uzavírá kapitola, zabývající se výběrem vhodné konstrukční varianty oken pro nájemní dům Františka Pawlu v Brně. Jako nejvhodnější byla vybrána varianta se sklem se zlepšenými tepelnými vlastnostmi ve vnitřních křídlech a dvojsklem (4-12-4 plněný argonem) ve vnějších křídlech. Součinitel prostupu tepla se sníží z hodnoty 2,27 na 1,16 W/m2.K. [str. 61, kap. 8.]

67

Resumé Publication is focused on thermo-technical calculation of historical windows and following analysis of calculated values. For chosen samples of historical windows which are demonstrated in the text heat passage coefficient was calculated. It was discoverd that the value of the coefficient didn’t differentiate from each other, thus the sample no. 2 was chosen. For this sample different modifications were confrontated in order to reveal improvement in thermo-technical properties of historical windows. Calculation for modern construction have been done as well, so as to compare character of this construction with historical one. Furthermore construction modifications of historical window have been done, in order to improve thermo-technical character. Taking into account limitation of modifications for historical windows, only original glass in window was replaced by glass with better thermo isolation (electroplated glass, double glazing unit). Following analysis discovered, that the best variation is a replacement of former glass of external wings by double glazing unit (Uw2 = 1,3 W/(m2.K)) and replacement of internal wings by electroplated glass (Uw1 = 3,2 W/(m2.K)). Heat passage coefficient (Uw = 1,17 W/(m2.K)) of all window reaches required standard values than. In comparison with former construction, heat passage coefficient decreased by 50 %. It is important to mention, that change in construction of external wings frame has to be done, in order to glaze in double glazing unit, which is wider than former glassing. External wing is replaced by wing with wider profile, thickness is bigger by one more glass and size of air gap. The change mentioned above doesn’t influence look of window. Heat loss is calculated in relation to concrete costs of heating for 3 different types of fuel (natural gas, electric power and pellets). It was discovered that using construction with lowest heat passage coefficient, costs of heating decrease by 26 %. Applying this idea to whole building, savings represent several thousands Czech crowns. The final chapter is concerned on choosing of ideal construction variation of windows for Frantisek Pawlu’s house in Brno. As the most suitable variation, variation with improved thermal characteristics of glass in internal wings and double glazing unit (4-12-4 filled with argon) in external wings was chosen. Heat passage coefficient decreases for this combination from value 2,27 to 1,16 W/(m2.K). 68

10. Literatura Seznam použité odborné literatury: [1] Kolektiv autorů, 2005. Tepelná ochrana Praha: TAURIS, 76 s. ISBN: 80-02-01752-8

historických

budov

2005.

[2] KŘÍŽ M., 1997. Obnova a rekonstrukce památek. 2. vydání. Brno: PC - DIR, 165 s. ISBN: 80-214-0862-6 [3] POLÁŠEK J., 2005. Technická normalizace a posuzování shody. 1. vydání. Brno: MZLU, 200 s. ISBN: 80-7157-876-2 [4] PUŠKÁR A., FUČILA J., SZOMOLÁNYIOVÁ K., 2002. Konštrukcie pozemných stavieb V. 2. přepracované vydání. Bratislava: STU, 466 s. ISBN: 80-227-1727-4 [5] PUŠKÁR A., FUČILA J., SZOMOLÁNYIOVÁ K., MRLÍK J., 2003. Okna, dveře, prosklené stěny. 1. české vydání. Bratislava: Jaga, 255 s. ISBN: 80-88905-47-8 [6] RIEGL A., 2003. Moderní památková péče. Praha: Národní památkový ústav, 172 s. ISBN: 80-86234-34-7 [7] RŮŽIČKA R., 2008. Sborník k odbornému celostátnímu semináři – Otvorové výplně stavebních konstrukcí. 1. vydání. Praha: ČVUT, 123 s. ISBN: 978-80-904112-0-3 [8] ŘEHÁNEK J., 2002. Tepelně-technické a energetické vlastnosti budov. 1. vydání. Praha: GRADA, 248 s. ISBN: 80-7169-582-3 [9] SCHNECK A., 2001. Okna dřevěná a kovová. 1. české vydání. Brno: ERA, 145 s. ISBN: 80-86517-03-9 [10] SCHUBERT A., 2004. Péče o výplně historických okenních a dveřních otvorů. 1. vydání. Praha: Národní památkový ústav, 93 s. ISBN: 80-86234-56-8 [11] ŠKARBADA J., 2003. Konstrukce historických Praha: Argo, 395 s. ISBN: 80-7203-548-7

staveb.

1.

vydání.

[12] ŠTORM B., 2007. Základy péče o stavební památky. 2. vydání. Praha: STOPRO, 190 s. ISBN: 978-80-87104-13-2 [13] VAVERKA J., 2006. Stavební tepelná technika a energetika budov. 1. vydání. Brno: VUTIUM, 637 s. ISBN: 80-214-2910-0 [14] ČSN 06 0210 – Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění, 1994. [15] ČSN 73 0540-1 – Tepelná ochrana budov, Část 1: Terminologie, 2005. 69

[16] ČSN 73 0540-2 – Tepelná ochrana budov, Část 2: Požadavky, 2007. [17] ČSN 73 0540-3 – Tepelná ochrana budov, Část 3: Návrhové hodnoty veličin, 2005. [18] ČSN 73 0540-4 – Tepelná ochrana budov, Část 4: Výpočtové metody, 2005. [19] ČSN 74 6101 – Dřevěná okna. Základní ustanovení, 1991. [20] ČSN EN ISO 10077-1 – Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla, Část 1: Všeobecně, 2001.

Seznam použitých internetových odkazů [1] [2] [3] [4] [5]

www.npu.cz – Národní památkový ústav www.yourglass.cz – AGC Flat Glass Czech a.s. www.saint-gobain-sklo.cz – SG Sklo ČR spol. s.r.o. www.tzb-info.cz – tzbinfo www.mvcr.cz – Ministerstvo vnitra České republiky

70

11. Seznam obrázků a tabulek Obrázky: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Ukázka konstrukce gotického okna Ukázka konstrukce barokního okna Ukázka konstrukce klasicistního okna Okno 19. století Tepelné ztráty v rodinném domě Tepelné ztráty v panelovém domě Rozdíl v profilu vnějšího křídla dvojitého okna zaskleného dvojsklem a jednoduchým sklem 8. Grafické vyhodnocení součinitele prostupu tepla zlepšených variant okenních konstrukcí 9. Grafické vyjádření nákladů – plyn 10. Grafické procentuální vyjádření snížení nákladů – plyn 11. Grafické vyjádření nákladů – el. energie 12. Grafické procentuální vyjádření nákladů – el. energie 13. Grafické vyjádření nákladů – peletky 14. Grafické procentuální vyjádření nákladů – peletky 15. Nájemní dům Františka Pawlu

Strana 11 12 14 15 17 17 42 53 55 55 56 56 57 57 61

Tabulky: 1. Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN,20 pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C 2. Požadované hodnoty součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N 3. Návrhové hodnoty součinitele prostupu tepla oken původní zástavby 4. Rozměry a hodnoty Ag, Af, lg 5. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, vz. č. 1 6. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, vz. č. 1 7. Vypočítané Uw, vz. č. 1 8. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, vz. č. 2 9. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, vz. č. 2 10. Vypočítané Uw, vz. č. 2 11. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, vz. č. 3 12. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, vz. č. 3 13. Vypočítané Uw, vz. č. 3 14. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, vz. č. 4 15. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, vz. č. 4 16. Vypočítané Uw, vz. č. 4 17. Vypočítané Uw, vz. č. 5 18. Vyhodnocení součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí 19. Rozměry a hodnoty Ag, Af, lg vz. č. 2 20. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta II

21 23 25 35 36 36 36 37 37 37 38 38 38 39 39 39 40 41 45 46 71

21. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta II 22. Vypočítané Uw, varianta II 23. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta III 24. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta III 25. Vypočítané Uw, varianta III 26. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta IV 27. Vypočtené Uw2 vnějšího okna, varianta IV 28. Vypočítané Uw, varianta IV 29. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta V 30. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta V 31. Vypočítané Uw, varianta V 32. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta VI 33. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta VI 34. Vypočítané Uw, varianta VI 35. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta VII 36. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta VII 37. Vypočítané Uw, varianta VII 38. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, varianta VIII 39. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, varianta VIII 40. Vypočítané Uw, varianta VIII 41. Vyhodnocení součinitele prostupu tepla zlepšených variant okenních konstrukcí 42. Vypočtené náklady – plyn 43. Vypočtené náklady – el. energie 44. Vypočtené náklady – peletky 45. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, stávající stav 46. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, stávající stav 47. Vypočítané Uw, stávající stav 48. Vypočítané Uw1 vnitřního okna, zlepšená varianta 49. Vypočítané Uw2 vnějšího okna, zlepšená varianta 50. Vypočítané Uw, zlepšená varianta

46 46 47 47 47 48 48 48 49 49 49 50 50 50 51 51 51 52 52 52 53 55 56 57 63 63 63 64 64 64

72

12. Seznam příloh Příloha č. 1 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 1 Příloha č. 2 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 2 Příloha č. 3 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 3 Příloha č. 4 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 4 Příloha č. 5 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 5 Příloha č. 6 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 2, zasklení dvojsklem Příloha č. 7 – Nákres dvojitého okna, Nájemní dům Františka Pawlu Příloha č. 8 – Výpočet nákladů na vytápění varianta I, II Příloha č. 9 – Výpočet nákladů na vytápění varianta III, IV Příloha č. 10 – Výpočet nákladů na vytápění varianta V, VI Příloha č. 11 – Výpočet nákladů na vytápění varianta VII, VIII

73

Příloha č. 1 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 1





Příloha č. 6 – Nákres dvojitého okna, vzorek č. 2, zasklení dvojsklem

Příloha č. 7 – Nákres dvojitého okna, Nájemní dům Františka Pawlu

Příloha č. 8 – Výpočet nákladů na vytápění varianta I, II

Příloha č. 9 – Výpočet nákladů na vytápění varianta III, IV

Příloha č. 10 – Výpočet nákladů na vytápění varianta V, VI

Příloha č. 11 – Výpočet nákladů na vytápění varianta VII, VIII

Ústav základního zpracování dřeva DIPLOMOVÁ PRÁCE. Konstrukční varianty oken a jejich vliv na tepelně technické vlastnosti v historických budovách

Recommend Documents