Rosenie okien – prečo vzniká a ako mu predchádzať

V tomto článku budeme výhradne riešiť rosenie okien z vnútornej strany. Rosenie okenného zasklenia na vonkajšom povrchu nie je technickou závadou, je naopak preukazom o vysokej tepelnoizolačnej účinnosti okien a budeme sa mu venovať aj v inom príspevku.

Ak sa na vnútornej strane okien, tzn. na zasklení, rámoch alebo na oboch, zráža v chladom období rosa, je to jasné znamenie, že vlhkosť vnútorného vzduchu je príliš veľká a povrch, ktorý sa rosí, je príliš chladný. Riešením je teda zvýšiť povrchovú teplotu vlhnúcich a rosiacich sa okenných plôch na jednej strane a znížiť vlhkosť vnútorného vzduchu na druhej strane. O tom pojednáva ďalší text.

Chladné okná - kedy a prečo

Chladný povrch okien, ako zasklenia, tak rámov, sa vyskytuje v zime a v prechodnom období, v lete tento problém nevnímame. Na vine sú ich horšie tepelnoizolačné vlastnosti. Povrchové teploty nie sú všade rovnaké: najchladnejšími miestami zvislého okna sú obvykle obidva dolné rohy a po ňom celý dolný okraj zasklenia v blízkosti jeho dotyku s rámom. Než tieto tvrdenia rozoberieme, urobme si malé teoretické odbočenie:

Odbočenie 1

Povrchová teplota na ploche okna (zasklenie alebo rám), pri ktorej poznáme súčiniteľ prestupu tepla U, je

kde
t_P je povrchová teplota ve °C,
t_I je vnútorná teplota ve °C,
t_E je vonkajšia teplota ve °C,
U je súčiniteľ prestupu tepla ve W/(m²K),
R_P je odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane povrchu v m²K/W a R_N = 0,13 m²K/W je normový odpor při prestupu tepla na vnútornej strane povrchu. Ide štatisticky o najpravdepodobnejšiu hodnotu medzi všetkými možnými hodnotami R_P.

Veličina U, súčiniteľ prestupu tepla okna, je daná normou definovaným vzťahom:

kde
R_K je tepelný odpor konštrukcie v m²K/W a
r_N = 0,04 m²K/W je normový odpor pri prestupe tepla na vonkajšej strane povrchu. Okamžité hodnoty r_P tohto prestupového odporu závisia na konkrétnych klimatických podmienkach, hodnota r_N je (podobne ako R_N) je štatisticky najviac pravdepodobnou hodnotou.

Vzorec (1) plynie z normovanej definície súčiniteľa prestupu tepla konštrukcie (2). Ako nezávisle premenná vystupuje vo vzorci (1) veličina R_P, tzn. skutočný odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane povrchu, zatiaľčo v hodnote premennej U je vždy použitá v zmysle definície (2) normovaná hodnota R_N = 0,13 m²K/W. Viac o tomto súčiniteli sa čitateľ dozvie v článkoch Súčiniteľ prestupu tepla a ako sa počíta a Súčiniteľ prestupu tepla. Čo to je a ako sa s ním pracuje.. Koniec odbočenia.

Podrobnejší pohľad na vzorec (1) ukazuje, že povrchová teplota t_P na vnútornej strane okna sa zvýši, keď sa

a) zníži súčiniteľ prestupu tepla U okna,
b) zvýši vnútorná teplota,
c) zvýši vonkajšia teplota,
d) zníži odpor pri prestupe tepla na povrchu okna.

Vplyvy na povrchovú teplotu, ktoré popisujú body a) až d), demonštrujú grafy na obr. 1 a 3, ktorých číselné hodnoty boli spočítané pomocou rovnice (1).

Obr.1. Graf závislosti vnútornej povrchovej teploty okenného zasklenia s rôznymi súčiniteľmi prestupu tepla U na vnútornej teplote vzduchu. Hodnoty sa vzťahujú k vonkajšej teplote -15 °C a k odporu pri prestupe tepla na vnútornej strane zasklenia R_P = 0,13 m²K/W.

Obr.2. Graf závislosti vnútornej povrchovej teploty okenného zasklenia s rôznymi súčiniteľmi prestupu tepla U na vonkajšej teplote. Hodnoty sa vzťahujú k vnútornej teplote 20 °C a k odporu pri prestupe tepla na vnútornej strane zasklenia R_P = 0,13 m²K/W.

Obr. 3. Graf závislosti vnútornej povrchovej teploty okenného zasklenia s rôznymi súčiniteľmi prestupu tepla U na veľkosti prestupového odporu R_P na vnútornej ploche zasklenia. Hodnoty sa vzťahujú k vnútornej teplote 20 °C a vonkajšej -15 °C.

Dodajme, že odpor pri prestupe tepla R_P na okne znížime jednoducho tým, že okno ovievame vnútorným vzduchom, napr. pomocou ventilátora. Ak je rýchlosť prúdenia vzduchu pozdĺž okna vysoká, tzn. že používame silný ventilátor, môžeme považovať tento odpor za nulový, presnejšie R_P → 0 m²K/W. Týmto opatrením väčšinou celkom odstránime prípadné rosenie.

Naopak keď prúdenie úplne zastavíme, priblížime sa k medznej hodnote R_P → 0,25 m²K/W pre bežné, sálavé (vysokoemisívne) povrchy alebo až k R_P → 1,75 m²K/W pre povrchy tepelno reflexné (nízkoemisívne).

Vnútorné povrchové teploty okien nie sú všade rovnaké: najchladnejšími miestami zvislého okna sú (v zime) zvyčajne obidva dolné rohy a po nich celý dolný okraj zasklenia v blízkosti jeho dotyku s rámom. Príčiny sú dve. Jednak v týchto miestach bývajú tepelné mosty, a jednak práve tu je znížené prúdenie vzduchu, teda aj nižšia povrchová teplota a vyššie riziko rosenia.

Pokiaľ okná ovievame, môžeme k tomu použiť napríklad teplovzdušný fén, ktorý vzduch ohrieva. Tým jednoducho dosiahneme na povrchu okna vyššiu teplotu, než je vnútorná teplota, a rosenie úplne odstránime.

Poznámka: Príčinou chladných okenných plôch na vnútornej strane môže byť aj studený vonkajší vzduchu, ktorý preniká netesnými oknami a ochladzuje vnútorný povrch okna (zasklenia aj rámov). Takto ochladzované miesta sa môžu rosiť a hlavne v mrazoch sa tu môže tvoriť aj ľad. Rosenie či ľad je väčšinou dôkazom tohto typu ochladzovania vnútorného povrchu okna.

Vlhkosť vnútorného vzduchu a rosný bod

Keď dokážeme odhadnúť teplotu povrchu okna (zasklenia aj rámov, ak poznáme U_G i U_F), vieme aj odhadnúť, či sa v daných podmienkach okno rosí, resp. kedy rosenie nastane. K tomu potrebujeme poznať rosný bod. To je teplota, na ktorú musíme vzduch ochladiť, aby sa z neho začala zrážať hmla či sneh. Viac o tom v článkoch Difúzia vodnej pary - veličiny, hodnoty a jednotky, Difúzia vodnej pary v konštrukcii a Vlhkosť vzduchu v byte a jej stanovenie- výpočtový program..

Ak bude rosný bod vnútorného vzduchu vyšší, než je teplota povrchu skiel alebo rámov okna, bude sa na povrchu zrážať rosa.

Začínajúce rosenie môže oddialiť, niekedy až odstrániť, zvýšené prúdenie vzduchu pozdĺž rosenej plochy, ktoré (popri tom, že zdvihne povrchovú teplotu, viď vyššie), urýchli odparenie rosy.

Rosný bod sa dá relatívne jednoducho určiť, pokiaľ poznáme vnútornú teplotu a relatívnu vlhkosť vzduchu. K tomu stačí bežný teplomer a vlhkomer. Rosný bod potom stanovíme pomocou upraveného Magnusovho vzorca, viď už spomenutý výpočtový program Vlhkosť vzduchu v byte a jej stanovenie- výpočtový program:

kde
t_R je rosný bod vnútorného vzduchu ve °C,
t_I je vnútorná teplota ve °C a
RH je relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu v %.

Hodnoty rosného bodu v byte pri rôznych teplotách a rôznych relatívnych vlhkostiach vzduchu ukazuje graf na obr. 4. Uveďme niekoľko prípadov:

Obr. 4. Graf závislosti rosného bodu na teplote a relatívnej vlhkosti RH v percentách.

Príklad 1: Nech je vnútorná teplota 20 °C a vonkajšia –15 °C. Okenné zasklenie so súčiniteľom U_G = 1,7 W/(m²K) má podľa vzorca (1) alebo podľa grafu na obr. 1 pri bežnom povrchovom prestupovom tepelnom odpore R_P = 0,13 m²K/W povrchovú teplotu 12,3 °C. Ak je relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu 50 %, je podľa Magnusovho vzťahu (3) alebo grafu na obr. 4 jeho rosný bod 10 °C; dôsledkom je, že sa okno nebude rosiť. Ak ale stúpne relatívna vlhkosť vzduchu na 60 %, rosný bod vzrastie na 12,6 °C a zasklenie okna sa začne rosiť.

Príklad 2: Môže sa stať, že nočná vonkajšia teplota klesne v zime na –25 °C, ostatné parametre zostanú rovnaké ako v príklade 1. Povrchová teplota zasklenia klesne na 10 °C, rosný bod, viď vyššie, tiež. Okno sa pri relatívnej vlhkosti 50 % začína rosiť: najskôr na miestach, kde je tepelný most alebo slabá prirodzená cirkulácia vzduchu, tzn. v dolných rohoch a na dolnej hrane styku zasklenia s okenným rámom.

Príklad 3: V noci často v byte znížime teplotu. Pokiaľ v predchádzajúcom príklade klesne v noci aj vnútorná teplota, dajme tomu na 15 °C, povrchová teplota zasklenia klesne na 6,2 °C. Keby po ochladení ostala rovnaká relatívna vlhkosť vzduchu 50 %, rosný bod by bol 5,3 °C. To vyzerá veľmi priaznivo, okno by sa nemalo rosiť.
V skutočnosti však býva nočný pokles teploty sprevádzaný zvýšením relatívnej vlhkosti, hlavne v miestnosti kde sa nevetrá. Toto zvýšenie je podľa výpočtového programu Vlhkosť vzduchu v byte a jej stanovenie podstatné, v tomto prípade vzrastie relatívna vlhkosť až na 70 %. Rosný bod je podľa vzorca (3) alebo grafu na obr. 4 necelých 10 °C, teda vysoko nad povrchovou teplotou skiel; intenzitu rosenia sme teda zvýšili..

Význam vetrania

K roseniu niekedy paradoxne dochádza až po výmene starých, nevyhovujúcich okien so zasklením U_G ≥ 1,7 W/(m²K) za nové, ktorých rám je podstatne lepší a zasklenie je na úrovni U_G = 1,1 W/(m²K). Dôvod je jednoduchý: zatiaľ čo staré, netesné okná zaisťovali vďaka vysokej infiltrácii (prenikaní vzduchu) výdatné vetranie veľmi suchým zimným vzduchom, nové a veľmi tesné okná – pokiaľ sú zatvorené – nevetrajú. A tak aj keď nové a kvalitnejšie okná majú v zime výrazne vyššiu povrchovú teplotu, môže sa kvôli ich tesnosti nahromadiť vo vzduchu taká vlhkosť z dýchania či potenia osôb, varenia, umývania, prania atď, že sa jednoducho orosia.

Vetranie je v domácnostiach vôbec, k dvojakej škode bývajúcich, podceňované. V novostavbe, ktorá nie je vetraná alebo v rekonštruovanom dome, ktoré sú podľa súčasných štandardov veľmi tesné, sa pri prevádzke a v prítomnosti obyvateľov hromadí vo vzduchu vydychovaný oxid uhličitý CO₂ a vodná para.
Napr. štvorčlenná rodina, ktorej členovia vážia dokopy 220 kg, vydýcha za 24 hodín pri bežnej prevádzke približne 3,7 kg CO₂ a 1,5 kg vodnej pary, ktorá pochádza iba z metabolického spaľovania cukrov. Minimálne dvojnásobné množstvo vodnej pary sa navyše uvoľní vypotením skonzumovanej vody, a ďalší významný prírastok pary sa uvoľní pri varení, umývaní atď. teda pri prevádzke bytu.

Urobme si obrázok o tom, ako tieto množstvá ovplyvnia vlhkosť a hladinu CO₂ v byte o celkovom objeme, dajme tomu, 240 m³. Zdravotne odporúčané množstvá obidvoch plynov v danom priestore sú 0,3 kg (pri obsahu 700 ppmv CO₂) pre oxid uhličitý a 2,1 kg pre vodnú paru (pri normou požadovanej relatívnej vlhkosti 50 %). Je vidieť, že bez dostatočného vetrania by sme v byte žili ako v dažďovom pralese (100 % vlhkosť) a dosť skoro by sme sa udusili. (Pozn.: na 1 kg vydychovaného CO₂ pripadá 0,41 kg vydychovanej vodnej pary, vzniknutej v dôsledku metabolických dejov).

Záver

Článok s využitím technickej argumentácie ukazuje, že riziko kondenzátu (rosenia) na sklách a rámoch okien je vyššie pri nižšej tepelnoizolačnej kvalite okien a vyššej vlhkosti vnútorného vzduchu. Zároveň sú podané výpočtové nástroje, s ktorými je možné riziko rosenia okien predpovedať a navrhnúť také riešenia, že pri predpokladanej vlhkosti vnútorného vzduchu a minimálnych zimných teplotách sa roseniu okien vyhneme. Dôležitú rolu hrá popri vysokých, tepelnotechnických vlastnostiach okien tiež správne vetranie a to tak, aby sa relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu v zime pohybovala do 50 %.