Zkoušky a posuzování oken

Tomu, abyste místo okna neměli pouze zasklený otvor ve zdi nebo ve střeše, slouží, kromě snahy výrobců vyrábět v rámci konkurenčního boje okna s lepšími parametry, systém certifikací a průkazů o splnění konkrétních požadavků na otvorové výplně. Vydání certifikátů či jiných ověření vlastností předchází složité a náročné zkoušení.

Na okna jsou kladeny vysoké, často protichůdné požadavky jak ze strany zákona a technických i hygienických norem, tak i ze strany samotných uživatelů. Pro okna, ať už jsou fasádní, tzn. svisle zabudovaná, nebo střešní, se aplikují stejné postupy zkoušení na stejných zařízeních. Až připravovaná novela tepelně technické normy ČSN 73 0450 bude pamatovat na to, že svisle a šikmo osazená okna (tedy střešní) mají kvůli jiné geometrii vzduchových proudnic v mezeře dvojskla znatelně vyšší prostup tepla. Svislé proudění vzduchu, které u svislých oken probíhá podél roviny skla, se u šikmých a vodorovných oken mění v cirkulaci napříč mezerou, což vede k výraznému zvýšení sdílení tepla v mezeře prouděním. Prostup tepla u šikmých oken se ale nejspíš nebude měřit, ale stanoví se početně pomocí „zhoršujícího“ součinitele. Ten bude nabývat hodnot od 1,0 pro svislé okno do 1,2 pro vodorovné okno a bude se jím násobit součinitel prostupu tepla stanovený pro svislé okno.


Okenní profily jsou vyráběny ze dřeva, plastů, hliníku nebo z kombinací těchto materiálů. Zkoušky dřevěných oken se provádějí například ve Zkušebně stavebně truhlářských výrobků Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně se sídlem ve Zlíně. Tato zkušebna a zároveň AO 209 vydává podklady pro prohlášení o shodě, provádí zkoušení oken, dveří, podlahovin, desek ze dřeva, obkladů a dalších výrobků podle ČSN i EN, dále provádí výrobkovou certifikaci včetně certifikace a kontroly zavedení vybraných prvků systému řízení jakosti podle norem řady ISO 9000. Zkušebna spolupracuje s firmami při řešení technických problémů, zavádění nových výrobků na trh, provádí technologický dohled při výrobě a montáži a mnoho dalších aktivit. Zajišťuje informační servis, spolupráci při vzdělávání odborníků v rámci univerzity i mimo ni, publikační činnost a další aktivity.
Zkušebna stavebně truhlářských výrobků úzce spolupracuje s Centrem stavebního inženýrství (CSI - AO 212), které má pobočky v Praze a ve Zlíně a které se zaměřuje v oblasti oken na zkoušky nedřevěných oken. Měření všech typů oken se provádí podle totožné metodiky a stejných měřicích postupů, obě pracoviště se v některých měřících metodách doplňují.

Posuzované vlastnosti oken
Okna a světlíky určené pro svislé zabudování nebo pro zabudování do střech se měří, zkouší a hodnotí podle následujících šesti základních kritérií:

1. Posouzení výrobku s technickou dokumentací, kontrolují se rozměry a pravoúhlost rámu a křídla – interní předpis AO 209 č. 6;
2. Průvzdušnost podle ČSN EN 1026, vztažená na celkovou plochu (m³.h^-1.m^-2) a na délku spáry (m³.h^-1.m^-1);
2b. Průvzdušnost po zkoušce zatížení větrem, vztažená na celkovou plochu (m³.h^-1.m^-2) a na délku spáry (m³.h^-1.m^-1);
3. Vodotěsnost podle ČSN EN 1027, jsou používány rozdílné postupy pro výrobky nechráněné a částečně chráněné;
4. Odolnost proti zatížení větrem podle ČSN EN 12211, zde se hodnotí čelní změna polohy, čelní průhyb a relativní čelní průhyb, a to ve třech krocích – např. při tlaku 1600 Pa, při opakovaném tlaku 800 Pa a na bezpečnost při tlaku 2400 Pa (hodnoty pro třídu 4, viz Tab. 4). Součástí zkoušky je zjištění průvzdušnosti po zkoušce zatížení větrem, vztažené na celkovou plochu (m³.h^-1.m^-2) a na délku spáry (m³.h^-1.m^-1);
5. Únosnost omezovačů otevření a odolnost proti statickému kroucení podle ČSN EN 14609;
6. Prostup tepla výpočtem podle ČSN EN ISO 10077-1 nebo měřením podle prEN ISO 12567-2 – požadavky na okna v ČSN 73 0540-2;

Měření a hodnocení oken
Vlastní měření jsou často komplikované a časově náročné postupy, vyžadují navíc nákladnou přístrojovou a výpočetní techniku, jejíž přesnost a spolehlivost musí být pravidelně ověřována. Na základě výsledků měření lze hodnotit a posuzovat okna podle jejich základních vlastností a zkoušené výrobky, které většinou slouží jako vzor pro větší sérii stejným způsobem vyrobených výrobků, zařadit do tříd.

Posouzení výrobku s technickou dokumentací
Nezbytný krok, prvotní posouzení výrobku, zda odpovídá technické dokumentaci.

Průvzdušnost
Tato důležitá vlastnost oken, které se také říká infiltrace, vypovídá, jaké množství vzduchu zevnitř ven či opačně může procházet spárami a jinými netěsnostmi okenní konstrukce při rozdílných tlacích, které působí z obou stran na okno. U oken vyrobených podle současných přísných požadavků je infiltrace výrazně menší než např. u starých oken. Tím se myslí samozřejmě uzavřené okno. Uvádí se, viz např. [1], že nová plastová okna mají infiltraci 12 krát a nová dřevěná okna 8 krát menší, než tomu je u starých dřevěných oken panelových domů.
Moderními okny, pokud jsou plně uzavřená, nelze zajistit přirozené větrání obytných místností. Výrobci oken se snaží o co nejvyšší těsnost proto, aby zvýšili tepelně-izolační a zvukově-izolační vlastnosti okna. Hygienické větrání je tedy třeba zajistit pravidelným otevíráním oken nebo okenní větrací klapky (je-li součástí okna) nebo jinými technickými prostředky. Je dobře známo, že prostup tepla oknem roste při jeho rostoucí průvzdušnosti (tedy v důsledku proudění, kdy je teplo unášeno s teplým vzduchem). Pro navrhování je podstatné, že při výpočtu ztrát tepla dle zjednodušené metody podle ČSN EN ISO 10077-1 není průvzdušnost (uzavřeného) okna zahrnuta - neboli se předpokládá, že je zanedbatelná. Ti, kteří volí cestu aktivní výměny vzduchu, například rekuperací, záměrně požadují minimální hodnoty průvzdušnosti, neboť s její zvýšenou hodnotou logicky klesá energetická účinnost rekuperačního větrání.
Velikost a směr proudění vzduchu, který v důsledku průvzdušnosti prostupuje okny, závisí na rozdílu tlaků po obou stranách okna. Za větru podle toho, jestliže jeho směr je rovnoběžný s rovinou okna respektive kolmý na rovinu okna, vzniká na vnější straně ve srovnání s vnitřním tlakem podtlak resp. přetlak a to tím větší, čím je větší rychlost větru. V souladu s tím prostupuje vzduch netěsnostmi v okně - v prvním případě zevnitř ven a v druhém z venku dovnitř. Doplňme, že ani při rovnosti tlaků výměna vzduchu neustane. Teplý vzduch putuje netěsnostmi okna ven a studený dovnitř v důsledku statisticky nahodilých pohybů molekul vzduchu, což je známý a spontánní proces difúze, který vede k ustavení termodynamické rovnováhy. Výměna hmoty difúzí je ale ve srovnání s infiltrací poháněnou velkým rozdílem tlaků malá. Díky tomu, že rychlosti molekul teplého vzduchu jsou větší, probíhá difúze teplejšího vzduchu rychleji. To má za následek, že v budově s velmi nízkou infiltrací se za bezvětří ustálí menší tlak vzduchu než venku, pokud je venku chladněji, nebo větší, pokud je venku tepleji. Měření průvzdušnosti se provádí v hermeticky uzavřené komoře, pomocí ventilátoru se vytváří požadovaný tlak a prostřednictvím clony opatřené kapalinovými nebo digitálními tlakoměry se měří úbytek tlaku (zkoušení podle ČSN EN 1026). U každého tlakového stupně se provede měření průvzdušnosti pomocí příslušného zařízení. Na základě měření dopočítané hodnoty se porovnají s referenčními a podle ČSN EN 12207 se provede klasifikace do tříd průvzdušnosti, viz tab. 1 a 2.



Vztah mezi klasifikacemi průvzdušnosti vztaženými k ploše resp. délce spáry určuje třídu, do které bude okno zařazeno. Je třeba si uvědomit, že spára mezi okenním křídlem a rámem není jediným místem, kudy může vzduch prostupovat. Uložení skla v křídle a vlastní materiál okna ovlivňují celkovou hodnotu průvzdušnosti okna. Pokud výsledky klasifikace, vztažené na spáru a vztažené na plochu jsou:

• v téže třídě, pak se zkušební vzorek přiřadí téže třídě;
• ve dvou sousedních třídách, pak se zkušební vzorek přiřadí příznivější třídě;
• odlišné ob jednu třídu, pak se zkušební vzorek přiřadí ke střední třídě;
• odlišné ob více než jednu třídu, nesmí se zkušební vzorek přiřadit k žádné třídě.


Vodotěsnost
Důležitá vlastnost, kterou ocení uživatel zejména při prudkém dešti a nárazovém větru. Není žádnou výjimkou, že stará a velmi exponovaná okna na panelových domech při těchto podmínkách selhávají a propouštějí litry vody a promáčí zdivo pod parapetem. U střešních oken je vodotěsnost ještě důležitější a případné škody ještě vážnější.
Zkouška vodotěsnosti se provádí ve zkušební komoře, kde je, dejme tomu střešní okno uloženo do konstrukce imitující střechu, stejně jako při většině ostatních zkoušek. Tlak je opět generován ventilátorem. Zaznamenávají se podrobnosti o zkušebním tlaku jakož i místo, nebo místa průniku vody.


Měření se provádí tak, že se bez tlaku vzorek postřikuje 15 minut a pokud není zaznamenán průnik vody, aplikuje se na 5 minut tlak 50 Pa. Takto se po 5 minutách přidává tlak po 50 Pa (od 300 Pa po 150 Pa), dokud nedojde k průniku vody. Zařazení do tříd je podle velikosti tlaku, při kterém došlo k průniku vody, viz tab. 3.
Zkušební vzorky s průnikem vody bez zatížení tlakem před uplynutím doby 15 minut není možno klasifikovat, nevyhovují minimálním požadavkům na vodotěsnost otvorových výplní. Zkušební vzorky, které při zkušebním tlaku nad 600 Pa během minimální doby 5 minut nevykazují žádný průnik vody, se klasifikují jako Exxx, přičemž xxx je tento maximální zkušební tlak (např. 750, 900).

Odolnost proti zatížení větrem
Zkouška odolnosti na zatížení větrem je v podstatě specifické měření tuhosti okenního křídla při působení silného větru. Tuhost okna je zde velmi důležitá, nebo při prudkém nárazovém větru může docházet k průhybům okna, významným netěsnostem, v horších případech pak k utržení závěsu okenního křídla nebo prasknutí skla.


Podstatou zkoušky je aplikace stanovené řady kladných a záporných zkušebních tlaků, při kterých je prováděno zkoušení a měření pro výpočet relativního čelního průhybu a odolnosti proti poškození při zatížení větrem. Pro účely těchto zkoušek jsou stanoveny tři řady zkušebních tlaků - P1, používá se pro měření průhybů jednotlivých částí zkušebního vzorku; P2, rázový tlak, používá se 50 cyklů pro odhad schopnosti zkušebního vzorku odolávat opakovanému zatížení větrem; P3, používá se k odhadu bezpečnosti zkušebního vzorku při zatížení extrémními podmínkami. Na rozdíl od měření průvzdušnosti jsou měřící tlaky několikanásobně vyšší. U střešních oken klasické koncepce to jsou místa v polovině vzdálenosti mezi otočným závěsem okenního křídla a horní hranou křídla. Naměřená hodnota čelního průhybu je přepočtena na relativní hodnotu čelního průhybu, tedy podělena vzdáleností kování od hrany křídla, a okno je dle Tab. 5 a Tab. 6 zařazeno do odpovídající třídy. Při stanovení třídy zatížení větrem vycházejí technici ze zkušeností z předchozích měření, jen vyjímečně se stává, že při zkoušce dojde k destrukci okna (vytržení ze závěsu, uvolnění skla z křídla apod.).



Únosnost omezovačů otevření a odolnost proti statickému kroucení
Únosnost omezovačů otevření a odolnost proti statickému kroucení se provádí jednoduchým zatížením okenního křídla v otevřené poloze závažím po dobu jedné minuty. Je měřeno zborcení křídla v zatíženém stavu a následně po odlehčení. Bezpečnostní zařízení (např. pojistné a vratné uzávěry, omezovače a upevňovací zařízení pro čistící procedury), musí být schopno držet křídlo po dobu 60 s při aplikaci 350 N na křídlo v nejnepříznivější vzdálenosti.

Prostup tepla
V současné době u oken jedna z vůbec nejsledovanějších vlastností, která má při velmi dobré tepelné izolaci obvodového zdiva rozhodující vliv na celkovou tepelnou ochranu budovy.
Ke stanovení prostupu tepla oknem slouží zjednodušená metoda, dle ČSN EN ISO 10077-1 Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet prostupu tepla – Část 1.


kde:
A_g zasklená plocha v m²
A_f navrhovaná plocha rámu v m²
I_g celkový viditelný obvod zasklení v m
U_g součinitel prostupu tepla zasklením ve W.m^-2.K^-1
U_f součinitel prostupu tepla rámem ve W.m^-2.K^-1
Ψ_g lineární činitel prostupu tepla způsobený kombinovanými tepelnými vlivy zasklení, distančního rámečku a rámu ve W.m^-1.K^-1

Stanovení prostupu tepla měřením je záležitostí náročnou na vybavení a čas. Výsledek měření je ovšem průkaznější než hodnoty získané výpočtem. Výrobci oken nechávají často své výrobky změřit v Centru stavebního inženýrství v Praze nebo ve Zlíně, kde jim je vystaven tzv. Certifikát na vlastnost výrobku. Tímto certifikátem pak například mohou prokázat vlastnosti svých výrobků uváděné v propagačních materiálech, obvykle lepší než obecně požadované parametry či jiné vlastnosti, které prokazovat nemusí. Certifikát pro shodu výrobku uvádí pouze skutečnost, zda výrobek splňuje požadavky vyžadované ze zákona. Investoři a budoucí uživatelé by při koupi okem měli vždy požadovat prohlášení o shodě a také by se měli zajímat, nemá-li výrobce také Certifikáty na některé vlastnosti okna, např. součinitel prostupu tepla.


Na našem trhu je dostatečně široká nabídka střešních oken domácí i zahraniční produkce. Ne každý však nabízí okna potřebných parametrů ve standardní nabídce, ne každý dodává montážní materiál řešící kritický bod všech otvorových výplní, přechod mezi vlastním oknem a konstrukcí, respektive zateplovacím systémem. Výrobců disponujících střešním oknem, které svými parametry výrazněji přesahuje hodnoty požadované ČSN 73 0540, již tak široká řada není. Pro připomenutí, požadovaná hodnota celkového prostupu tepla oknem U_w = 1,8 W.m^-2.K^-1, doporučovaná hodnota U_w = 1,2 W.m^-2.K^-1. Pozor na zhoršení parametrů při zabudování okna v jiné než svislé poloze.