Rosia sa nám okná. Prečo a ako to riešiť?

Z pohľadu tepelnej izolácie nebýva často najslabším článkom celého okna zasklenie, ale rám a krídlo. Platí to obzvlášť pre moderné okná s izolačnými dvojsklami a predovšetkým trojsklami.

Na vnútornej teplej strane sa tieto okná rosia len výnimočne pri vysokej vnútornej vlhkosti a tuhej zime. Najviac sa potom rosí rám a krídlo okna (plus miesta v okolí kontaktu zasklenia a krídla), zatiaľ čo zasklenie môže vďaka svojej vyššej tepelnej izolácii zostať suché a tým pádom aj na vyššej povrchovej teplote.

Z vonkajšej strany je to opačne. Viac sa rosí zasklenie (alebo len zasklenie), ktoré je na vonkajšej strane vďaka vyššej izolácii chladnejšie, než okenný rám a krídlo.

Pohľad na čerstvo zabudované okno v novostavbe s vysokou vlhkosťou, október 2015 ráno. Je zrejmé, že sa rosí nielen zasklenie (trojsklo) na vnútornej strane v dolnej časti okna, ale ešte viac plocha krídla a rámu okna, ktorých izolačná schopnosť je o trošku horšia, než pri trojskle. Vznikajúci kondenzát odkvapkáva na parapet. V miestnosti, ktorá má relatívnu vlhkosť cca 50% by k vnútornému roseniu nedošlo.

Sedem základných viet o rosení okien

1. Rosením okna rozumieme tvorbu nepriehľadnej rosy alebo kryštalickej námrazy na skle okna alebo na jeho rámoch.
2. K roseniu okna môže dôjsť len vtedy, keď je povrchová teplota okna, tzv. jeho zasklenia, okenného krídla alebo rámu nižšia, než teplota susedného vzduchu.
3. Okná sa môžu rosiť na vnútornej aj vonkajšej strane. Čím lepšie okno tepelne izoluje, tým menej sa rosí na vnútornej strane, ale častejšie na vonkajšej. Špičkové okná by sa na vnútornej strane (pri správnom užívaní domu alebo bytu) nemali vôbec rosiť.
4. Rosenie okna nevyhnutne nastane na tých jeho plochách, ktorých povrchová teplota je nižšia, než je teplota rosného bodu susediaceho vzduchu. Pri veľmi kvalitnom zasklení začína rosenie pri ráme alebo pri krídle okna.
5. K zníženiu vnútornej povrchovej teploty okna dochádza na jar, na jeseň a hlavne v zime v dôsledku nízkej tepelnej izolácie zasklenia, rámu alebo krídla okna.
6. Naopak k zníženiu 6. vonkajšej povrchovej teploty (pod úroveň teploty vonkajšieho vzduchu), dochádza kvôli vysokej tepelnej izolácii okna a veľmi chladnému sálaniu oblohy, ktorého teplota je nižšia, než teplota vzduchu. Vonkajší povrch okna sa v takomto prípade ochladí pod úroveň teploty vzduchu, často až tak, že dochádza k jeho zaroseniu.
7. Vonkajšie rosenie okien býva podporené tým, že relatívna vlhkosť vzduchu skoro ráno a po svitaní či počas dažďa je veľmi vysoká a blíži sa plnej nasýtenosti (100 % relatívnej vlhkosti).

Balkónové dvere z interiérovej strany v novostavbe s vysokou vlhkosťou, október 2015 ráno. Orosenie je zjavné z obidvoch strán. Na vnútornej strane sa zasklenie (trojsklo) rosí pozdĺž krídla, na vonkajšej strane sú miesta priľahlé k rámu a pod nadpražím je naopak suchá a zarosená centrálna oblasť. V miestnosti, ktorá má bežnú relatívnu vlhkosť cca 50% by vnútorné rosenie nenastalo.

Rosný bod alebo teplota rosného bodu

Z morí, riek, nádrží, nádob atď. sa obvykle vyparuje do vzduchu voda. Múdra príroda ale nedovolí, aby sa voda vyparovala donekonečna, ale len dovtedy, pokiaľ obsah vodnej pary nedosiahne určitej koncentrácie, ktorú už nie je možné pri danej teplote vzduchu zvyšovať. Každý ďalší prírastok vodnej pary vedie k jej spätnému vyzrážaniu vo forme hmly, rosy, dažďa apod.

• Príklad 1: Pri teplote 20 °C nie je možné do 1 kubíku (m³) vzduchu, resp. priestoru vpraviť viac, než 17,26 g vodnej pary na 1 m³, viď. tab. 1. Vzduch, ktorý obsahuje toto množstvo vodnej pary, môže mať aj akúkoľvek vyššiu teplotu, ale vždy o ňom budeme hovoriť, že jeho rosný bod alebo teplota rosného bodu je 20 °C.
• Príklad 2: Keď budete počuť, že je teplota vzduchu na úrovni rosného bodu, znamená to, že je vzduch nasýtený vodnou parou. Tento stav je dynamický: časť vodnej pary sa neustále zráža do kvapôčok alebo snehových vločiek a rovnaké množstvo vody či snehu sa naopak odparuje. Relatívna vlhkosť je 100 %. Príkladom je vzduch počas dažďa.
• Príklad 3: povedzme, že relatívna vlhkosť vzduchu pri teplote 20 °C je 60 %, ak tento vzduch obsahuje 60 % vodnej pary z množstva 0,01726 g/l, tzn. 0,010356 g/l (viď tab. 1). Rosný bod tohto vzduchu je teda medzi 10 °C a 20 °C. Presný výpočet (napr. podľa Magnusovho vzorca [1]) dáva teplotu 11,5 °C.

Detail na ľavý dolný roh zvnútra

Tab. 1: Teplota, čiastočný tlak vodnej pary a obsah pary rosných bodov vzduchu

Rosenie okna na vnútornej strane

Slovne: Bežné okná pred nejakými 20 či 30- timi rokmi samozrejme tiež chránili pred únikmi tepla, ale väčšinou z polovičnej až tretinovej účinnosti oproti dnešnej dobe. Keď sa vonku ochladilo alebo dokonca uderili mrazy, klesla teplota na vnútornej strane okenného zasklenia aj rámu tak nízko, že sa okná aj rámy orosili, niekedy až výdatne.

Rosili sa preto, že sa teplý vnútorný vzduch v tesnej blízkosti chladného povrchu okna ochladil a v dôsledku toho sa „zbavil” vlhkosti, ktorú ako chladný už nedokázal pojať. Z tab. 1 je dobre vidieť, že s klesajúcou teplotou rýchlo, tj. exponenciálne klesá schopnosť vzduchu niesť či znižovať vodnú paru. Vlhkosť vyzrážaná z chladného vzduchu vytvorí rosu alebo kryštalickú námrazu.

Zrážanie a kondenzácia sa ešte zintenzívnia, keď v noci vypneme vykurovanie a tým ochladíme vzduch v celej miestnosti. O to viac, ale klesne teplota na vnútornej strane povrchu okien a zvýši sa ich zarosenie.

Výpočtom: Predstavme si miestnosť vykúrenú na t_I = 20 °C a staré okno, ktorého zasklenie má súčiniteľ prestupu tepla U = 2,0 W/(m²K). Z tejto hodnoty je možné približne odvodiť povrchovú teplotu zasklenia na vnútornej strane, ktorá (pri vonkajšej teplote t_E = –5 °C) sa rovná t_PI = 13,58 °C. Túto teplotu približne spočítame zo vzorca, ktorý plynie z definície súčiniteľa prestupu tepla U:

Zaujíma nás, akú relatívnu vlhkosť musí mať potom vnútorný vzduch pri teplote 20 °C, aby sa zasklenie okna začalo rosiť. Výpočet podľa Magnusovho vzorca hovorí, že od relatívnej vlhkosti vzduchu 70,2 % vyššie, teda vysokú.

Rosenie okna na vonkajšej strane

Mnoho ľudí považuje rosenie na vonkajšej strane okna za akúsi chybu a pozastavujú sa nad tým, ako sa kvalitné okno s vysokou tepelnou izoláciou môže vôbec rosiť a práve zvonku.

V Česku sú veľmi obľúbené automobily typu mercedes a keď ráno na okne Vášho mercedesu, zaparkovaného pred domom, nájdete rosu alebo kryštalickú námrazu, nevoláte ihneď do servisu, ani nepíšete reklamáciu. Avšak pri domovom okne rosenie často vadí, aj keď toto okno izoluje oveľa viac než na mercedese. Vaše kvalitné domové okno zostáva na vonkajšej strane stále chladné, aj napriek tomu, že doma vykurujete na 20 °C a viac.

Okno z interiérovej strany v novostavbe s vysokou vlhkosťou, október 2015 ráno. Orosenie je zjavné z obidvoch strán. Na vnútornej strane sa zasklenie (trojsklo) rosí pozdĺž okenného krídla, na vonkajšej strane sú miesta priľahlé k rámu okna a pod nadpražím je naopak centrálna časť suchá a zarosená. V miestnosti, ktorá má bežnú relatívnu vlhkosť cca 50 % by vnútorné rosenie nenastalo.

Tepelné sálanie

Čitateľ, ktorý sa nad tým hĺbavo zamýšľa, možno krúti váhavo hlavou, pretože jedna vec nebola doposiaľ ozrejmená. Ako je vlastne možné, že sa na mercedese alebo domovom okne urobí niekedy námraza, napriek tomu, že meriame teplotu pár stupňov nad nulou, alebo že sa v lete vytvorí rosa aj napriek tomu, že vlhkosť vzduchu bola 80 až 90 %, nie 100 %. Obidva prípady môžu nastať len vtedy, pokiaľ teplota namrznutého alebo oroseného povrchu významne klesne pod teplotu vzduchu.

České stavebníctvo a hlavne české stavebné normatívy na stavebnú tepelnú techniku na to nemajú žiadnu odpoveď, pretože poznajú a to svojich vzorčekov takisto dosadzujú len teplotu vzduchu. Preto nedokážu poriadne spočítať ani vysvetliť vonkajšie rosenie okien.

Vysvetlenie spočíva v tom, že okrem vzduchu a jeho teploty existuje v priestore tiež tepelné žiarenie, ktoré má tiež svoju teplotu. Obidve energetické podstaty sú veľmi významné, niekedy sa viac prejavuje teplota tepelného žiarenia, niekedy teplota vzduchu. Všeobecne platí, že čím rozľahlejší priestor, tým významnejšie je tepelné žiarenie.

Pohľad na okná s termoizolačným trojsklom v zabývanej stavbe s obvyklou vlhkosťou, leto 2015 ráno. Zatiaľ čo okno vľavo, ktoré zvonku „mieri” do voľného priestoru, je na vonkajšej strane orosené (s výnimkou miest priľahlých k rámu krídla a pod nadpražím), susediace okno je celkom suché. Dôvodom je strom, ktorý cloní chladné sálanie nočnej a rannej oblohy.

Prečo sa dobré okná rosia zvonku

Správnu odpoveď je možné sformulovať a presne spočítať len vtedy, ak započítame do energetických úvah tepelné žiarenie.

Vonkajší povrch okenného zasklenia alebo rámu sála pri povrchovej teplote 5 °C do vonkajšieho priestoru tepelné žiarenie o intenzite (podľa Stafanov-Boltzmannovho zákona) necelých 400 W/m². Je absurdné si predstavovať, že túto stratu vyrovná ovievanie vonkajším vzduchom teploty 5 °C, hlavne v bezvetrí. Túto stratu môže vyrovnať len sálanie okolitých povrchov (od ostenia či celej špalety okna, od okolitých budov, povrchu a od oblohy). Lenže jasná obloha býva veľmi chladná a v lete môže klesnúť pod 0 °C.

A v dôsledku sálania chladnej nočnej oblohy môže vonkajšia povrchová teplota okna klesnúť o mnoho °C pod teplotu vzduchu, hlavne v miestach kde je obloha najmenej clonená predmetmi v okolí okna.

Záver

Kvalitné okná s účinným tepelnoizolačným zasklením pomocou izolačných dvojskiel a trojskiel, riešia z veľkej časti, alebo úplne rosenie okien z interiérovej strany. Cenou za túto výhodu býva rosenie alebo namŕzanie vonkajšieho povrchu okien, ktoré sa vyskytuje za vlhkých dní a v podstate celoročne. Vonkajšiemu roseniu je možné predísť vonkajšími tieniacimi predmetmi (markízy, okenice, rolety, žalúzie) alebo vhodnou architektúrou, tj. umiestnením okna do lodžie alebo pod striešku (besiedku, pergolu). Ďalšou možnosťou môže byť aj vyriešenie priestoru pred oknom (stromy, stavby apod.).

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek Jiří: Difúze vodní páry – veličiny, hodnoty a jednotky, – www.stavebnictvi3000.cz.