Využití norem ke stanovení tepelných hodnot otvorových výplní

Úvod

Při užívání zkušebních a výpočtových norem se získá hodně informací a zkušeností při stanovení tepelných hodnot okenních, dveřních konstrukcí, střešních světlíků a jejich komponentů. Z těchto zkušeností se nabízí následující možnosti:

1a) Zjištění nepřímou metodou celkového součinitele prostupu tepla izolačního skla /dále jen IS/ U_g,tot (celé plochy IS včetně distančního profilu) nebo U_g (centrální plochy IS, tj. plochy mimo vliv distančního profilu) metodou teplé skříně uvedenou ve zkušební normě ČSN EN ISO 12567-1: „Tepelné chování oken, dveří – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 1: Celková konstrukce oken a dveří“. Nutnost tohoto zjištění vyplývá např. buď přímo po zkoušce součinitele prostupu tepla touto zkušební normou určitého okna U_w nebo určitých dveří U_D, a to při zjištění pochybu o deklarované hodnotě U_g použitého IS, nebo při ověření hodnoty U_g IS vybraného přímo ze stavby.

1b) Zjištění přímou metodou stanovení součinitele prostupu tepla centrální plochy IS U_g kontaktním přístrojem podle interního postupu CSI a.s., Zlín. U obou variant 1a) a 1b) je IS osazeno ve zkušebním rámu svisle podle ČSN EN ISO 12567-1, obrázek B.1 v příloze B a v případě osazeného okna – viz obrázek B.2 normy.

Výhoda zkoušení hodnoty součinitele prostupu tepla IS – viz 1a) a 1b) je na rozdíl od zkušební normy EN 674, že se může vyzkoušet jiný rozměr než rozměr uvedený v této normě, kde je rozpětí rozměrů vzorků od 750 mm × 750 mm do 850 mm × 850 mm.

2) Stanovení součinitele prostupu tepla U_f profilů vchodových dveří včetně použitého prahu podle ČSN EN 12412-2 a U_f profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2. Dosavadní norma EN 12412-2 zatím neuvádí konkrétní příklad na stanovení hodnoty U_f profilů vchodových dveří včetně použitého prahu a ani neuvádí stanovení U_f profilů střešních oken.

3) Nabídka zjednodušeného výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků. Dosavadní normy výrobku střešních světlíků z hlediska výpočtu nenabízí jasný a srozumitelný odpovídající postup, jak vypočítat tuto hodnotu, což toto vyvolá nemalý zmatek při deklarace této hodnoty výrobcem a to ve srovnání s deklarací této hodnoty zjištěné zkušební normou ČSN EN ISO 12567-2, kde se při výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků jednoznačně dosazuje plocha otvoru a nikoliv skutečná rozvinutá plocha světlíku, kterou projde celkový tepelný tok. V současné době probíhá návrh revidované normy výrobku bodových světlíků prEN 1873, ve kterém jsou rozpracovány k posuzování a připomínkování nové postupy výpočtu celkové hodnoty součinitele prostupu tepla těchto světlíků.

Ad 1a) Nepřímé stanovení součinitele prostupu tepla IS, U_g,total a U_g pomocí metody teplé skříně

Vysvětlivka:
1 dělicí stěna /zkušební rám/;
2 zkušební vzorek /IS/;
3 studená strana;
4 teplá strana

 

Obrázek 1: Osazení zkušebního vzorku ve zkušebním rámu /dělicí stěně/

Zkušební vzorek IS se osazuje podle ČSN EN ISO 12567-1, obrázku 5 nebo B.1 normy stejným způsobem, jak se osazuje kalibrační panel, tj. vložením vzorku 40 mm od vnitřního líce dělící stěny. Při stanovení lineárního činitele prostupu tepla, Ψ_edge okrajů /styku/ zkušebního vzorku a zkušebního rámu /dělicí stěny/ se pro takto montovaný zkušební vzorek vychází z tabulky B.1 ČSN EN ISO 12567-1 nebo z tabulky B.1 ČSN EN 12412-2.

Poznámka: Kalibrační panely, jejichž specifikace a další vlastnosti jsou uvedeny v normě, jsou oboustranně zaskleny a mezi skly je tepelně izolační jádro s různou tloušťkou a rozsah jejich tepelných hodnot kryje rozsah tepelných hodnot zkoušených vzorků.

Naměřený celkový součinitel prostupu tepla IS U_m,g,tot [W/(m².K)] se stanoví z následující rovnice:

Normalizovaný součinitel prostupu tepla IS U_st,g,tot, se pak určí ze vztahu:

kde je

Δθ_n

– rozdíl mezi okolními teplotami na každé straně zkušebního vzorku, [K];

R_s,t

– celkový odporu při přestupu tepla na teplé a studené straně při měření, [m²×K/W];

R_(s,t),st

– normalizovaný celkový odpor při přestupu tepla na teplé a studené straně, jehož hodnota činí 0,17 m².K/W;

q_sp

– hustota tepelného toku zkušebním vzorkem [W/m²], která se stanoví ze vztahu:

kde je

A_sp

– návrhová plocha zkušebního vzorku [m²];

Φ_in

– tepelný výkon měřicí skříně [W];

Φ_edge

– tepelný tok okrajů [W];

Φ_sur

– tepelný tok dělicí stěnou [W], daný vztahem:

kde je

A_sur

– návrhová plocha dělicí stěny [m²];

Δθ_s,sur

– rozdíl průměrných povrchových teplot dělicí stěny [K];

R_sur

– tepelný odpor dělicí stěny [m²·K/W];

tepelný tok okrajů Φ_edge se stanoví ze vztahu:

kde je

L_edge

– obvodová délka mezi dělicí stěnou a vzorkem [m];

Ψ_edge

– lineární činitel prostupu tepla okrajovou částí mezi dělicí stěnou a vzorkem [W/(m·K)]; hodnoty Ψ_edge uvádí tabulka B.1 příloha B, nebo se může vypočítat podle ISO 10211.

Δθ_c

– rozdíl teplot vzduchu mezi teplou a studenou stranou [K]

Pro stanovení hodnoty součinitele prostupu tepla U_g centrální plochy IS, tj. plochy mimo vliv distančního profilu se použije základní vztah v ČSN EN ISO 10077-1 „Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 1: Všeobecně“, který je upravený tak, že ze základního vztahu je vyloučen člen pro rámové profily:

kde je

A_g = A_sp

– návrhová plocha zkušebního vzorku [m²];

ℓ_g = L_edge

– délka obvodu skla [m];

Ψ_g

– lineární činitel prostupu tepla distančního profilu použitého v IS [W/(m·K)].

Ad 1b) Přímá metoda součinitele prostupu tepla U_g centrální plochy IS kontaktním přístrojem podle interního postupu CSI a.s., Zlín

Obrázek 2: Snímek z průběhu měření součinitele prostupu tepla U_g centrální plochy IS kontaktním přístrojem

Pomocí tohoto speciálního kontaktního přístroje se měření provádí na IS dvěma způsoby:

• Samostatné IS osazeno ve zkušebním rámu /dělicí stěně/;
• nebo IS součástí zkoušeného okna nebo zkoušených dveří, které jsou osazeny rovněž ve zkušebním rámu.

U obou případů se ověřuje hodnota součinitele prostupu tepla centrální plochy IS U_g.

Zkušební přístroj o měřicí ploše A_m = 0,5 m × 0,5 m = 0,25 m² má z teplé strany kontaktní topnou desku a ze studené strany je chladicí skříň. Je opatřeno na obou stranách vzorku čtyřnásobný termočlánek na měření povrchových teplot na teplé a studené straně. Rozdíl teplot Δt_s [K] na teplé a studené straně se snímá současně. Měření se provádí za ustáleného teplotního a tepelného stavu za stejných podmínek, jak při zkoušení IS deskovou metodou. Oba rozměry zkoušeného IS musí být minimálně o 150 mm větší než rozměry měřicí plochy zkušebního kontaktního přístroje k vyloučení vlivu distančního profilu.

Tepelný odpor R_g [m².K/W] centrální plochy IS se stanoví z následujícího vztahu:

Celkový tepelný tok zkušebním vzorkem Φ_tot [W] se skládá ze součtu hodinového výkonu snímaného elektroměrem a z korigovaného tepelného toku snímaného termotransitometrem.

Součinitel prostupu tepla U_g centrální plochy IS se stanoví z následujícího vztahu:

Ad 2) Stanovení součinitele prostupu tepla U_f profilů vchodových dveří včetně použitého prahu podle ČSN EN 12412-2 a U_f profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2

a) Vchodové dveře s dveřní izolační výplní s použitým dveřním prahem

Zkouší se obvykle jednokřídlové dveře určitého systému s dveřní izolační výplní o typickém rozměru, např. 900 mm × 2100 mm nebo 1000 mm × 2100 mm včetně použitého prahu. Vyskytnou se zde dvě možnosti:

První možnost je stanovení celkové hodnoty součinitele prostupu tepla U_D dveří pro danou použitou dveřní výplň obvyklým postupem podle ČSN EN ISO 12567-1:

kde je

U_m

– naměřená hodnota

U_st

– normalizovaná hodnota /podobně stanovena jako u vztahu (2)/.

Poznámka: Pro účel zkoušky se používá dveřní tepelně izolační výplň o tepelné vodivosti λ ≤ 0,035 W/(m.K).

Obrázek 3 – Snímek osazeného zkušebního vzorku v dělicí stěně

Rozměry v mm

Celková šířka mezery jak mezi horní, tak i dolní hranou vzorku a dělicím panelem nesmí překračovat 5 mm. Musí být utěsněna nekovovým páskem nebo tmelem. Celková mezera na obou stranách mezi vzorkem a dělicí stěnou nesmí překračovat 5 mm.

Vysvětlivka:
1 hranice měřicí plochy
2 dělicí stěna, λ ≤ 0,04 W/(m·K)
3 výplň (sklo, deska „dveřní výplň“)
4 studená strana
5 teplá strana
6 dveřní křídlo
7 lícující rám/práh

a Měřicí plocha se doporučuje umístit v dělicí stěně centrálně

b Použít plný materiál se stejnými tepelnými vlastnostmi jako má jádro dělicí stěny

 

Obrázek 4 – Dveřní systém v dělicí stěně – Vložené osazení

Druhá možnost je stanovení hodnoty součinitele prostupu tepla U_f dveřních profilů podle ČSN EN 12412-2, odst. 5.3.1 „Tepelné chování oken, dveří a okenic – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 2: Rámy – Celé rámy oken a dveří“ na základě následujícího vztahu:

kde je

U_m,t

– naměřený součinitel prostupu tepla izolační výplně a rámu, [W/(m².K)];

A_f

– plocha rámu; uvažuje se plocha rámu, která je větší ze dvou návrhových viditelných ploch na obou stranách vzorku, [m²];

A_fi

– zbývající plocha izolační výplně (A_fi = A_t − A_f), [m²];

A_t

– návrhová měřící plocha, [m²];

Δθ_n

– rozdíl mezi teplotami okolí na každé straně vzorku při zkoušce, v K;

Λ_fi

– tepelná propustnost izolační výplně, [W/(m².K)];

Δθ_s,fi

– rozdíl povrchových teplot izolační výplně, [K].

Poznámka: Odchylka od postupu v odst. 5.3.1 normy je zkoušení skutečného /typického/ rozměru vchodových dveří s konkrétním použitým prahem. Výhodou této zkoušky je možnost stanovení výpočtem podle ČSN EN ISO 10077-1 celkové hodnoty součinitele prostupu tepla U_D vchodových dveří pro jakýkoli rozměr a pro jakoukoli deklarovanou izolační výplň nebo IS.

b) Stanovení součinitele prostupu tepla U_f profilů střešních oken podle ČSN EN 12412-2 ve smyslu ČSN EN ISO 12567-2

Dosavadní norma EN 12412-2 zatím neuvádí konkrétní příklad na stanovení hodnoty U_f profilů střešních oken, ale z principu je možno tuto zkoušku provést, pokud se dodržuje způsob osazení okna podle ČSN EN ISO 12567-2: „Tepelné chování oken, dveří – Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně – Část 2: Střešní okna a ostatní přečnívající okna“. Norma ČSN EN ISO 12567-2 uvádí dva způsoby osazení střešního okna vzorku ve zkušebním rámu: vložený způsob /„insert-mounted“/ a čelný způsob /Kerb-mounted/. Obvykle se střešní okno osazuje metodou vloženého osazení „insert-mounted“ do otvoru dělicí stěny. Pro stanovení lineárního činitele prostupu tepla, Ψ_edge, se vychází z přílohy B, tabulky B.2 zkušební normy ČSN EN ISO 12567-2. Postup stanovení hodnoty U_f je stejný, jak je popsán v ČSN EN 12412-2, tj. vychází z aplikací vztahů (11) a dále (9), (3), (4) a (5), kde místo U_m se dosazuje U_m,t a označení dolního indexu „sp“ odpovídá „t“.

Obrázek 5 – Schéma zkušebního zařízení pro vložené osazení

Obrázek 6 – Snímky osazeného zkušebního vzorku v dělicí stěně – zleva studená strana a zprava teplá strana

Ad 3) Zjednodušený výpočet celkové hodnoty součinitele prostupu tepla střešních světlíků

Obrázek 7 – Schematické označení části bodového světlíku s podsadou
1 vícevrstvá kopule; 2 jednovrstvá kopule; 4 tepelně izolovaná podsada; 5 podsada bez izolace

Tento zjednodušený výpočet je založen na základě stanovení tepelného toku Φ_Act,RL, který projde celkovou skutečnou /rozvinutou/ plochou světlíku, která je obvykle výrazně větší než plocha otvoru ve střešní konstrukci.

Celkový součinitel prostupu tepla U_RL [W/(m².K)] světlíku s podsadou – (viz obrázek 7 převzatý z normy ČSN EN 1873) se stanoví podle vztahu:

kde je

Φ_Act,RL

– aktuální (celkový) tepelný tok [W];

Δθ

– rozdíl teplot vzduchu na obou stranách světlíku [K], jeho hodnota činí 20 K viz ČSN EN ISO 12567-1 a 12567-2;

A_Aperture

– plocha otvoru ve střešní konstrukci [m²].

Hodnota Φ_Act,RL se stanoví použitím následujícího vztahu:

kde je

Φ_Act,Tr

– aktuální (skutečný) tepelný tok průsvitnou částí světlíku [W];

Φ_Act,Up

– aktuální (skutečný) tepelný tok podsady /podstavce/ světlíku [W];

Φ_Joints

– součet tepelných toků spojů a styků průsvitné konstrukce s podsadou [W].

Hodnota Φ_Act,Tr se stanoví podle vztahu:

a hodnota Φ_Act,Up se stanoví ze vztahu:

Hodnota Φ_Joints se stanoví použitím dvojrozměrného teplotního pole metodou sítí podle ČSN EN ISO 10211,

kde je

A_Act,Tr

– aktuální (skutečná) plocha průsvitné částí světlíku [m²];

A_Act,Up

– aktuální (skutečná) plocha podsady světlíku [m²];

U_Tr

– součinitel prostupu tepla průsvitné částí světlíku [W/(m².K)], stanoví se podle ČSN EN 673, nebo 674, nebo 675;

U_Up

– součinitel prostupu tepla podsady [W/(m².K)], stanovený buď měřením podle ČSN EN 12664, ČSN EN 12667, ČSN EN 12939, ISO 8302 a ČSN EN ISO 8990 nebo výpočtem podle ČSN EN ISO 6946 a EN ISO 10456;

Δθ

– rozdíl teplot vzduchu na obou stranách světlíku [K], jeho hodnota činí 20 K viz ČSN EN ISO 12567-1 a 12567-2.

Poznámka: Tento zjednodušený výpočet není převzatý z žádné normy a je vytvořený jen na základě laboratorní praxe spojené s problematikou zkoušení tepelné hodnoty světlíků podle ČSN EN ISO 12567-2.

Zdroje literatury

• [1] ČSN EN ISO 12567-1;
• [2] ČSN EN ISO 12567-2;
• [3] ČSN EN ISO 10077-1;
• [4] ČSN EN 12412-2;
• [5] ČSN EN 1873;
• [6] Můj příspěvek z předcházejícího semináře