Rosení oken. Proč vzniká a jak mu předcházet

Okno bývá nejslabším tepelněizolačním prvkem domu. Dnes standardní okenní dvojsklo U_g = 1,1 W/(m²K) i ve velmi kvalitním dřevěném či plastovém rámu se za tuhých mrazů může stát místem intenzivního srážení vody. Řešením je snížení vnitřní vlhkosti vzduchu anebo výměna dvojskla za trojsklo nebo dvojsklo s fólií Heat Mirror, případně další opatření.

V tomto článku budeme výhradně řešit rosení oken z vnitřní strany. Rosení okenního zasklení na venkovním povrchu není technickou závadou, je naopak průkazem o vysoké tepelněizolační účinnosti oken a budeme se mu věnovat v jiném příspěvku.

Jestliže se na vnitřní straně oken, tzn. na zasklení, rámech nebo obojím, sráží v chladném období rosa, je to jasné znamení, že vlhkost vnitřního vzduchu je příliš velká a povrch, který se rosí, je příliš chladný. Řešením je tedy zvýšit povrchovou teplotu vlhnoucích a rosících se okenních ploch na straně jedné a snížit vlhkost vnitřního vzduchu na straně druhé. O tom pojednává další text.

Rosí se nám okna. Proč tomu tak je a jak to řešit?

Rosení oken se týká jak rosení okenních výplní, tak křídla nebo rámu. U oken se slabší tepelnou izolací (dvojskla) se objevuje především na vnitřní straně okna a trápí nás…

Chladná okna – kdy a proč

Chladný povrch oken, jak zasklení, tak rámů, se vyskytuje v zimě a přechodném období, v létě tento problém nevnímáme. Na vině jsou jejich horší tepelněizolační vlastnosti. Povrchové teploty nejsou všude stejné: nejchladnějšími místy svislého okna jsou obvykle oba dolní rohy a po něm celý dolní okraj zasklení v blízkosti jeho dotyku s rámem. Než tato tvrzení rozebereme, udělejme si malé teoretické odbočení:

Odbočení 1

Povrchová teplota na ploše okna (zasklení nebo rám), u níž známe součinitel prostupu tepla U, je

kde
t_P je povrchová teplota ve °C,
t_I je vnitřní teplota ve °C,
t_E je venkovní teplota ve °C,
U je součinitel prostupu tepla ve W/(m²K),
R_P je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu v m²K/W a R_N = 0,13 m²K/W je normový odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu. Jde statisticky o nejpravděpodobnější hodnotu mezi všemi možnými hodnotami R_P.

Veličina U, součinitel prostupu tepla okna, je dán normou definovaným vztahem.

kde
R_K je tepelný odpor konstrukce v m²K/W a
r_N = 0,04 m²K/W je normový odpor při přestupu tepla na venkovní straně povrchu. Okamžité hodnoty r_P tohoto přestupového odporu závisejí na konkrétních klimatických podmínkách, hodnota r_N je (podobně jako R_N) statisticky nejpravděpodobnější hodnotou.

Vzorec (1) plyne z normové definice součinitele prostupu tepla konstrukce (2). Jako nezávisle proměnná vystupuje ve vzorci (1) veličina R_P, tzn. skutečný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu, zatímco v hodnotě proměnné U je vždy použita ve smyslu definice (2) normová hodnota R_N = 0,13 m²K/W. Více o tomto součiniteli se čtenář dozví v článcích Součinitel prostupu tepla a jak se počítá a Součinitel prostupu tepla. Co to je a jak se s ním pracuje. Konec odbočení.

Podrobnější pohled na vzorec (1) ukazuje, že povrchová teplota t_P na vnitřní straně okna se zvýší, když se

1. sníží součinitel prostupu tepla U okna,
2. zvýší vnitřní teplota,
3. zvýší venkovní teplota,
4. sníží odpor při přestupu tepla na povrchu okna.

Vlivy na povrchovou teplotu, které popisují body a) až d), demonstrují grafy na obr. 1 a 3, jejichž číselné hodnoty byly spočteny pomocí rovnice (1).

Dodejme, že odpor při přestupu tepla R_P na okně snížíme jednoduše tím, že okno ovíváme vnitřním vzduchem, např. pomocí ventilátoru. Je-li rychlost proudění vzduchu podél povrchu okna vysoká, tzn. že používáme silný ventilátor, můžeme považovat tento odpor za nulový, přesněji R_P → 0 m²K/W. Tímto opatřením většinou zcela odstraníme případné rosení.

Naopak když proudění úplně zastavíme, přiblížíme se k mezní hodnotě R_P → 0,25 m²K/W pro běžné, sálavé (vysokoemisivní) povrchy nebo až k R_P → 1,75 m²K/W pro povrchy tepelně reflexní (nízkoemisivní).

Vnitřní povrchové teploty oken nejsou všude stejné: nejchladnějšími místy svislého okna jsou (v zimě) obvykle oba dolní rohy a po něm celý dolní okraj zasklení v blízkosti jeho dotyku s rámem. Příčiny jsou dvě. Jednak v těchto místech bývají tepelné mosty, jednak právě zde je snížené proudění vzduchu, tudíž i nižší povrchová teplota a vyšší riziko rosení.

Pokud okna ovíváme, můžeme k tomu použít třeba teplovzdušný fén, který vzduch ohřívá. Tím snadno docílíme na povrchu okna vyšší teploty, než je vnitřní teplota, a rosení úplně odstraníme.

Poznámka: Příčinou chladných okenních ploch na vnitřní straně může být i studený venkovní vzduch, který proniká netěsnými okny a ochlazuje vnitřní povrch okna (zasklení i rámů). Takto ochlazovaná místa se mohou rosit a zejména v mrazech se zde může tvořit i led. Jinovatka či led je většinou důkazem tohoto typu ochlazování vnitřního povrchu okna.

Vlhkost vnitřního vzduchu a rosný bod

Když dokážeme odhadnout teplotu povrchu okna (zasklení i rámu, známe-li U_G i U_F), umíme i odhadnout, jestli se v daných podmínkách okno rosí, resp. kdy rosení nastane. K tomu potřebujeme znát rosný bod. To je teplota, na kterou musíme vzduch ochladit, aby se z něho začala srážet mlha či sníh. Více o tom v článcích Difuze vodní páry - veličiny, hodnoty a jednotky, Difuze vodní páry v konstrukci.

Bude-li rosný bod vnitřního vzduchu vyšší, než je teplota povrchu skel nebo rámů okna, bude se na povrchu srážet rosa.

Začínající rosení může oddálit, někdy i odstranit, zvýšené proudění vzduchu podél orosené plochy, které (vedle toho, že zvedne povrchovou teplotu, viz výše), urychlí odpar rosy.

Rosný bod se dá relativně jednoduše určit, pokud známe vnitřní teplotu a relativní vlhkost vzduchu. K tomu stačí běžný teploměr a vlhkoměr. Rosný bod pak stanovíme pomocí upraveného Magnusova vzorce, viz výpočtový program Relativní vlhkost vzduchu a rosný bod:

kde
t_R je rosný bod vnitřního vzduchu ve °C,
t_I je interiérová teplota ve °C a
RH je relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %.

Hodnoty rosného bodu v bytě při různých teplotách a různých relativních vlhkostech vzduchu ukazuje tabulka na obr. 4. Uveďme několik příkladů:

Příklad 1: Nechť je vnitřní teplota 20 °C a venkovní –15 °C. Okenní zasklení se součinitelem U_G = 1,7 W/(m²K) má podle vzorce (1) nebo podle grafu na obr. 1 při běžném povrchovém přestupovém tepelném odporu R_P = 0,13 m²K/W povrchovou teplotu 12,3 °C. Je-li relativní vlhkost vnitřního vzduchu 50 %, je podle Magnusova vztahu (3) nebo grafu na obr. 4 jeho rosný bod 10 °C; důsledkem je, že se okno nebude rosit. Stoupne li ale relativní vlhkost vzduchu na 60 %, rosný bod vzroste na 12,6 °C a zasklení okna se začne rosit.

Příklad 2: Může se stát, že noční venkovní teplota klesne v zimě na –25 °C, ostatní parametry zůstanou stejné jako v příkladě 1. Povrchová teplota zasklení klesne na 10 °C, rosný bod, viz výše, také. Okno se při relativní vlhkosti 50 % začíná rosit: nejprve na místech, kde je tepelný most anebo slabá přirozená cirkulace vzduchu, tzn. v dolních rozích a na dolní hraně styku zasklení s okenním rámem.

Příklad 3: V noci často v bytě snížíme teplotu. Pokud v předcházejícím příkladě klesne v noci i vnitřní teplota, dejme tomu na na 15 °C, povrchová teplota zasklení klesne na 6,2 °C. Kdyby po ochlazení zůstala stejná relativní vlhkost vzduchu 50 %, rosný bod by byl 5,3 °C. To vypadá velmi příznivě, okno by se nemělo rosit.
Ve skutečnosti však bývá noční pokles teploty doprovázen zvýšením relativní vlhkosti, zejména v nevětrané místnosti. Toto zvýšení je podle výpočtového programu Relativní vlhkost vzduchu a rosný bod podstatné, V tomto případě vzroste relativní vlhkost až na 70 %. Rosný bod je podle vzorce (3) nebo grafu na obr. 4 necelých 10 °C, tedy vysoko nad povrchovou teplotou skel; intenzitu rosení jsme tedy zvýšili.

Význam větrání

K rosení někdy paradoxně dochází až po výměně starých, nevyhovujících oken se zasklením U_G ≥ 1,7 W/(m²K) za nová, jejichž rám je podstatně lepší a zasklení na je úrovni U_G = 1,1 W/(m²K). Důvod je prostý: zatímco stará, netěsná okna zajišťovala dík vysoké infiltraci (pronikání vzduchu) vydatné větrání velmi suchým zimním vzduchem, nová a velmi těsná okna - pokud jsou zavřena - nevětrají. A tak i když nová a kvalitnější okna mají v zimě výrazně vyšší povrchovou teplotu, může se kvůli jejich těsnosti nahromadit ve vzduchu taková vlhkost z dýchání či pocení osob, vaření, mytí, praní atd., že se přesto orosí.

Větrání je v českých domácnostech vůbec, k dvojí škodě bydlících, podceňováno. V nevětrané novostavbě nebo rekonstruovaném domě, které jsou podle současných standardů velmi těsné, se při provozu a v přítomnosti obyvatel hromadí ve vzduchu vydechovaný oxid uhličitý CO₂ a vodní pára.
Např. čtyřčlenná rodina, jejíž členové váží dohromady 220 kg, vydýchá za 24 hodin při běžném provozu přibližně 3,7 kg CO₂ a 1,5 kg vodní páry, která pochází pouze z metabolického spalování cukrů. Minimálně dvojnásobné množství vodní páry se navíc uvolní vypocením zkonzumované vody, a další významný přírůstek páry se uvolní při vaření, mytí atd., tedy při provozu bytu.

Závěr

Článek s využitím technické argumentace ukazuje, že riziko tvorby kondenzátu (rosení) na sklech a rámech oken je vyšší při nižší tepelně izolační kvalitě oken a vyšší vlhkosti vnitřního vzduchu. Zároveň jsou podány početní nástroje, se kterými lze riziko rosení okem předpovědět a navrhnout taková řešení, že při předpokládané vlhkosti vnitřního vzduchu a minimálních zimních teplotách se rosení oken vyhneme. Důležitou roli hraje vedle vysokých, tepelně technických vlastností oken také správné větrání tak, aby se relativní vlhkost vnitřního vzduchu v zimě pohybovala do 50 %.

Související články

• Rosí se nám okna. Proč a jak to řešit?
• Difúze vodní páry v konstrukci
• Součinitel prostupu tepla a jak se počítá
• Součinitel prostupu tepla. Co to je a jak se s ním pracuje
• Aktivní domy, CO₂ neutrální. Jaké jiné? (Nízkoenergetický dům, který čerpá „zelenou energii“)