Slabá místa izolačních skel

V minulém vydání DM jsme s Michalem Bílkem ze společnosti Energy IN s.r.o. detailně rozebrali problematiku zvukového útlumu oken. V tomto dílu se zaměříme na známé i méně známé slabiny izolačních skel, s nimiž se v praxi bohužel vždy nepočítá a ani se o nich veřejně příliš nehovoří. Přitom často mají zásadní vliv na funkci oken jako celku, a proto mohou být důvodem rozčarování zákazníků a následným zdrojem reklamací. Téma souvisí s naším seriálem o izolačních sklech, uveřejněným v DM 7-8, 9 a 10/2018.

Únik plynu a deformace odrazu

Unikání inertních plynů (Argon, Krypton, Xenon) z meziskelního prostoru izolačních skel není nijak nové ani neznámé téma. Méně známé mezi výrobci oken jsou ale skutečnosti, které k těmto únikům vedou, a nejsou tudíž vždy dostatečně řešena opatření, díky kterým by bylo možné tyto úniky výrazně omezit.

Hlavní vliv na postupný únik plynů mají netěsnosti mezi skly a distančními rámečky. A to přesto, že při výrobě jsou komory izolačních skel hermeticky uzavřeny, aby z nich plyn neunikal. Jak tedy tyto netěsnosti vznikají? Hlavně vlivem permanentního namáhání těsnicích materiálů, často až za hranicí únosnosti. V létě se plyn vlivem oslunění v komoře ohřívá, tím zvětšuje svůj objem a roste jeho tlak a izolační skla se díky tomu nafukují. Viditelně se to projevuje na velkých prosklených plochách zkresleným odrazem. Michal Bílek k tomu říká: „Bohužel hlavní vinu mají samotní výrobci izolačních skel, kteří doprostřed trojskel dávají levná neodbarvená skla, která více absorbují sluneční energii, čímž se zahřívají (až k 60 °C), a tím ohřívají i plyn. A pokud svítí slunce jen na část plochy zasklení, vzniká v prostředním skle díky velkému rozdílu teplot výrazné pnutí, takže pak často i samovolně praskne. Řešením je používat doprostřed trojskel buď dražší odbarvená skla (při stejných podmínkách se ohřejí jen ke 40 °C), nebo lépe namísto skla použít průhlednou fólii. Jednak u ní nehrozí žádné riziko samovolného prasknutí při částečném oslunění, ale hlavně absorbuje ještě méně sluneční energie než odbarvené sklo (při stejných podmínkách se ohřeje jen na 30 °C), tedy přispívá i k menšímu rozpínání plynu.“

Dalším zdrojem problému jsou dnes hodně žádané tmavé rámečky. „Jeden metr osluněného černého rámečku o tl. 18 mm vytápí komoru výkonem až 14 W. U běžně velkých trojskel dopadají paprsky na cca 2 m délky rámečku, avšak do obou komor, takže černý rámeček představuje srovnatelný topný výkon, jako má asi 1 m² levného neodbarveného skla umístěného uprostřed,“ doplňuje Michal Bílek s tím, že v zimě, když slunce nesvítí, jsou skla naopak prohnutá dovnitř, protože plyn je studený a jeho objem je tedy mnohem menší. „Když ale slunce vyjde, sklo se nafoukne. Tímto velmi častým prohýbáním skel na obě strany dochází k namáhání těsnění u rámečků, a přestože jej tvoří trvale pružný butylový tmel, plyn z komory uniká. Výsledek se obvykle projeví až po letech – tedy po záruce – nejčastěji v zimě, kdy se tabule k sobě přiblíží natolik, že izolační schopnost je uprostřed plochy výrazně nižší než jinde. A pokud se plyn nedoplní, tak po čase se tabule opřou o sebe, až jedna z nich většinou praskne.“

Protože výrobci izolačních skel nebyli schopni zajistit, aby jim z izolačního skla plyn neunikal, schválili si normu, která únik plynu povoluje, takže dnes je jako „standardní výrobek“ akceptované izolační sklo s úbytkem plynu 1 % ročně.

U vícekomorových řešení, tvořených pouze skly (trojskla a čtyřskla), je nejvíce namáhaná venkovní komora, kde je rozdíl teplot i tlaku vždy větší, než v komoře nejblíže interiéru. Čím je butyl od průhybů skel namáhán více, tím rychleji plyn uniká. I proto se čtyřskla standardně nevyrábějí. Jejich schopnost udržet plyn ve vnější komoře je příliš malá.

Izolační skla s fóliemi jsou technicky dokonalejší. A to jednak díky již zmíněnému menšímu zahřívání při oslunění, ale i proto, že všechny komory jsou navíc díky malé dírce ve foliích tlakově propojené, takže narůstající tlak ve vnější komoře se postupně vyrovnává s tlakem v ostatních komorách. Nafukování a sfukování skel se buď neděje vůbec, nebo s výrazně menší intenzitou. Tím se i butylové těsnění nenamáhá tolik a plyn tolik neuniká, jako když je zasklení tvořeno pouze skly.

„Dnes už ale existuje řešení i pro trojsklo, které zajišťuje propojení obou komor. Díky speciálnímu rámečku, do kterého je prostřední sklo pouze vložené, se pak i trojsklo chová podobně jako sklo s fólií. Bohužel využití tohoto speciálního rámečku je zatím pro většinu výrobců nedostupné – vyžaduje totiž koupi velmi drahého zařízení, které automaticky nasazuje na prostřední sklo rámeček a opatřuje je butylem a pak takto připravený soubor kompletuje s oběma krajními skly zcela bez zásahu člověka. Standardní postup, kdy se na rámeček nanese butyl a pak se ručně na lince přikládá na krajní sklo, by totiž byl, pokud by v rámečku již bylo vložené tenké sklo 2 mm, velmi nebezpečný,“ dodává Michal Bílek.

Tepelný most u okraje

U rámečků, resp. u okrajů skel se ještě chvíli zdržíme, protože tvoří další slabinu, která má vliv na vlastnosti celého okna. Kromě distančního rámečku je okraj tvořen i obvodovým tmelem, který pevně a trvale fixuje skla k sobě. Oba tyto komponenty jsou totiž tepelně mnohem vodivější než plynem naplněné komory i než rámy oken a de facto tvoří celoobvodový tepelný most. A protože i samotné sklo je dobrý tepelný vodič, ovlivňuje zvýšený prostup tepla u okraje i docela velkou plochu zasklení – až 10 cm od kraje – což může představovat významný podíl plochy, zvláště u menších oken. Pro okrajové podmínky používají oknaři řecké písmeno Ψ („psí“) a při výpočtech jej většina z nich rozhodně nezanedbává, protože dokáže ovlivnit výsledné parametry celého okna až o 0,2 W/m²K. Tedy dosti významně.

Výrobci rámečků se snaží vyvíjet řešení, které by únik tepla okrajem zasklení snížilo, ale nemohu se soustředit jen na izolační účinek, protože musí brát v potaz i mechanické vlastnosti, které mají zase dopad na případný únik plynu. Dnes je na trhu tak velké množství typů rámečků, že jít do hloubky a popsat vše podrobně, by vydalo na samostatný článek. Proto se pokusíme problematiku maximálně zjednodušit.

Tabulka 1 Porovnání vlastností distančních rámečků

Tabulka 1 porovnává běžně používané rámečky ze dvou hledisek – rozdílu tepelné roztažnosti oproti sklu a prostupu tepla. Čím je roztažnost rámečku oproti sklu větší, tím více se v zimě a v létě namáhá butylový tmel a tím větší je riziko úniku plynu. Tabulku komentuje Michal Bílek: „L-value vyjadřuje koeficient lineárního prostupu tepla (a je to ekvivalentní srovnávací hodnota). Čím je menší, tím lépe okraj izoluje. I když nejlépe izoluje plastový, jeho tepelná roztažnost je vůči sklu natolik rozdílná, že se výrobci ‚teplých‘ rámečků dnes soustředí raději na kompozity nebo jejich kombinaci s tenkostěnným nerezem.“

Tabulka 2 Tepelná vodivost obvodových tmelů

Jako poslední je mezi dvě skla aplikován celoobvodový tmel, který po zatvrdnutí drží tabule u sebe, aby se v létě vlivem velkých tlaků od sebe neodtrhly. Používají se k tomu 4 materiály – viz. tabulka 2. Výška tmelu bývá od 3 do 10 mm (podle požadavku na pevnost), proto ovlivňuje vlastnosti okraje izolačního skla mnohdy více, než 6 mm vysoký rámeček, a je tedy i u něj velmi důležité, jaké má izolační vlastnosti. Nejlépe izolující Hotmelt má však nejhorší mechanické vlastnosti, takže je třeba chybějící pevnost nahnat větší výškou, která pak zase přenáší více tepla. Navíc má nejmenší teplotní odolnost. Proto se častěji používají ostatní tmely, které lze díky jejich větší pevnosti aplikovat v menších výškách, protože čím je tmelení nižší, tím hlouběji se hůře izolující okraj skla může schovat v zasklívací polodrážce rámu okna, který přece jen izoluje lépe.

V posledních letech se ale objevují technická řešení, která nejen že zamezují úniku plynu, ale hlavně velmi významně zlepšují tepelné vlastnosti u okrajů zasklení (viz obrázky rámečků).

Autor: Radomír Čapka s využitím technických informací Energy IN s.r.o.
Kontakt: radomir.capka@gmail.com
Foto: archiv autora a Energy IN