6. Problémy izolačních skel

V tomto díle se zaměříme na slabiny izolačních skel. Tato problematika je velmi málo diskutována a přitom má naprosto zásadní vliv na funkci oken jako celku. 

Komory izolačních skel jsou naplněny vzácnými plyny, nejčastěji Argonem. U malých tlouštěk komor se používá i Krypton nebo Xenon. 

Plyn má v izolačních sklech dvojí funkci. Protože je inertní, chrání pokovy na skle proti korozi, ale především zlepšuje izolační účinek, protože tepelná vodivost těchto plynů je nižší (a tedy lepší) než u vzduchu - viz. tabulka):

Plyny, používané do izolačních skel, nejsou nijak závadné, pouze jich je v atmosféře malé množství a k jejich získání je proto třeba energie. A čím je plynu v atmosféře méně, tím je logicky dražší (Argonu je v atmosféře 1%, Kryptonu 0,0001% a Xenonu jen 0,000005%).

Komory jsou hermeticky uzavřeny, aby z nich plyn neunikal a k pokovům se nedostávala vzdušná vlhkost - tedy aby izolační vlastnosti byly trvalé. Bohužel tomu tak není - pojďme si říct proč.

Plyn má tendenci z izolačního skla unikat i když je uvnitř komory stejný tlak, jako je okolní. To, co jej tlačí ven, je jiný tlak, zvaný parciální, který vzniká tehdy, když je v jednom prostředí větší koncentrace plynu než v prostředí druhém. Takže čím je použitého plynu v atmosféře méně, tím je parciální tlak v komoře větší. U Xenonu je logicky největší.

Současně používané těsnící materiály by už plyn v komoře udržet trvale dokázaly, pokud by však nedocházelo k jejich neustálému namáhání.

V létě se plyn vlivem oslunění v komoře ohřívá, tím zvětšuje svůj objem (tedy roste i tlak), a izolační skla se díky tomu nafukují jako balony.

Viditelně se to projevuje na velkých prosklených plochách zkresleným odrazem.

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 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 k 40°C) nebo lépe namísto skla napnout mezi dvě krajní skla průhlednou folii - předně 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 způsobuje i nejmenší rozpínání plynu.

Dalším zdrojem problému jsou dnes hodně žádané tmavé rámečky. 1m osluněného černého rámečku o tl. 18mm vytápí komoru výkonem až 14W. U běžně velkých trojskel dopadají paprsky na cca. 2m délky rámečku, avšak do obou komor, takže černý rámeček představuje srovnatelný topný výkon, jako má asi 1m2 levného neodbarveného skla umístěného uprostřed.

V zimě, když Slunce nesvítí, jsou skla naopak prohnutá dovnitř, protože plyn je studený a jeho objem je tedy mnohem menší. Když Slunce ale vyjde, sklo se nafoukne. Jakmile jej zastíní mrak, sklo se zase sfoukne.

Tímto velmi častým prohýbáním skel na obě strany dochází k namáhání těsnění u rámečků, a přestože jej tvoří trvale pružný tmel (butyl), plyn z komory uniká. 

Výsledek se projeví až po letech (tedy po záruce), nejčastěji v zimě, kdy se tabule k sobě přiblíží tak moc, že izolační schopnost je uprostřed plochy výrazně nižší než jinde. A pokud se plyn nedoplní, tak po čase (další únik plynu) 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 řešeních, 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 sériově nevyrábějí. Jejich schopnost udržet plyn ve vnější komoře je příliš malá. 

Izolační skla s foliemi jsou technicky dokonalejší. Folie má ještě menší absorpci než odbarvené sklo, uvnitř komor je tedy při oslunění nižší teplota a tedy i menší tlak. Všechny komory jsou navíc díky malé dírce ve foli tlakově propojené, takže nárůst tlaku ve vnější komoře je kompenzován i v těch ostatních. Nafukování a sfukování skel se buď neděje vůbec, nebo výrazně méně. Tím se i butylové těsnění nenamáhá tolik a plyn tolik neuniká, jako když je zasklení tvořeno pouze skly.

Dnes už existuje řešení 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 folií. 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 polotovar 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 2mm, velmi nebezpečný.

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 více vodivější než plynem naplněné komory i než rámy oken a de-facto tvoří celoobvodový tepelný most.

A protože i samotná sklovina je dobrý vodič tepla, ovlivňuje zvýšený prostup tepla u kraje i docela velkou plochu zasklení - až 10cm 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 rozhodně nezanedbávají, protože dokáže ovlivnit výsledné parametry celého okna až o 0,2 W/m2/K. Tedy velmi významně.

Výrobci rámečků se snaží se vyvíjet řešení, které by únik tepla okrajem zasklení snížilo, ale nemohu se soustředit jen na izolační účinek, protože musejí 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 pokusím problematiku maximálně zjednodušit.

Tabulka 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.

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.

Jako poslední je mezi dvě skla aplikován celo-obvodový 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: 

Výška tmelu bývá od 3 do 10mm (podle požadavku na pevnost), proto ovlivňuje vlastnosti okraje izolačního skla mnohdy více, než 6mm 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 rámu okna, který přece jen izoluje lépe. 

Předchozí díl: Akustický útlum oken                                  Další díl: Bezpečnost oken