CZ25172U1 - Okno se zlepšenými tepelně izolačními vlastnostmi a solárními zisky - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká okna se zlepšenými tepelně izolačními charakteristikami, zvýšenými solárními zisky a minimalistickým designem, zvláště vhodného pro pasivní domy využívající sluneční energii.

Dosavadní stav techniky

V současné době se snažíme stavět domy dobře tepelně izolované. Proto je kladen velký důraz na parametry oken a dveří, zejména na jejích tepelně-izolační vlastnosti, solární zisky oken a také životnost.

Okna a dveře jsou z hlediska tepelné izolace vždy nejslabším článkem obvodového pláště, kudy uniká nejvíce tepla. Dřevěná okna byla vždy tradiční součástí rodinných domů. Dřevo je jak známo obnovitelný materiál, který při svém vzniku spotřebovává oxid uhličitý, tedy jeden z hlavních skleníkových plynů, využívání obnovitelných materiálů je důležitým předpokladem pro dosažení trvale udržitelného rozvoje, což by měl beze sporu být cíl celé naší společnosti. Za výrobky ze dřeva se skrývá minimální množství tak zvané šedé energie, která představuje sumu všech energií spotřebovaných na výrobu nejen produktu samotného, ale také jednotlivých materiálů, jejich dopravu a rovněž jejich recyklaci.

Na trhuje mnoho typů a konstrukčních provedení oken. Vývoj v oblasti konstrukce oken s ohledem na jejich tepelně-izolační vlastnosti se tyká především použití a umístění těsnění, izolačních materiálů a drenážního systému. Systém těsnění je například podle spisu DE20310095 řešen pevným panelem na vnější straně rámu těsně přiléhajícím k okenní tabuli, kde mezi panelem a rámem jsou dvě těsnění nahuštěná vzduchem. Současně je mezi těsněními vytvořen kanálek panelem na vnější stranu rámu pro odsávání vody. EP1726765 se zabývá těsněním posuvných oken a dveří. Odtokové otvory jsou umístěny uvnitř dutých podstavců, v kterých jsou upevněny okenní tabule a každý podstavec tak vytváří drenážní kanál.

Samotný odtok vody byl dříve řešen například způsobem podle EP0063964 odtokovým kanálem zabudovaným z vnitřní strany okna podél skla ve spodní části rámu a drenážními výstupy na vnější stranu rámu. Jiný způsob odtoku vody poskytuje patent GB2128666. Uvádí odtokový prostor podél celé délce rámu, kde rám obsahuje spodní plošný prvek a horní plošný prvek nesoucí skleněnou tabuli. Prostor mezi horním a spodním prvkem tvoří kanál se vstupem z vnitřní strany okenní tabule a výstupem na vnější parapet. Další možnosti odvodňovacích kanálů nabízí například EP0573481, kde je odvodňovací systém okenního rámu a římsy umístěn na okraji spodní strany vnějšího parapetu. Vytváří dva odvodňovací kanály po celé délce okenní římsy. Odvodňovací zařízení umístěné pod vnějším parapetem, který brání narušení zdivá zmrzlou vodou popisuje US2009007497. Zařízení je přichyceno ke zdivu a odtok vody je regulován díky jeho sešikmené ploše a uzavřeným koncům. Mezi systémem a spodní části parapetu je navíc připevněno těsnění. Toto zařízení tak brání narušení zdivá zmrzlou vodou.

Okna vyskytující se v současné době na trhu používají vnitřní a středové celoobvodové těsnění křídla a těsnění pod okapnicí. U běžných oken se provádí vyfrézování drážky v rámu pro zapuštění okapnice. Tím se zeslabuje materiál a v okenním rámu tak vzniká drážka, kde může zatékat voda nebo kondenzovat vlhkost následně vedoucí k zahnívání profilu. Dalším úskalím jsou plastové koncovky okapnic, které časem méně těsní a může kolem nich zatékat do okenních spojů. Navíc hliníkové okapnice dilatují a mění svou délku, což často zhoršuje těsnost.

Cílem konstrukčního vývoje je dosáhnout nejen vzhledově zajímavého provedení, ale co nejlepších užitkových a tepelně-izolační vlastností s maximálním využitím solárních zisků. Současným požadavkům dle ČSN 73 0540 na tepelnou ochranu budov vyhovují jen okna v silnějších profilech než je 68 mm s izolačními trojskly. Klasická eurookna 1V68 s izolačními dvojskly se proto stávají minulostí. Při montáži oken se kromě ukotvení a zapěnění polyuretanovou pěnou, která

CZ 25172 Ul tvoří tepelnou izolaci, utěsňuje připojovací spára ve třech stupních, podle zásady uvnitř těsněji než venku.

U oken může docházet k nežádoucí kondenzaci vzdušné vlhkosti. Ke kondenzaci dochází na nejchladnějších místech, proto je snahou dosáhnout co nejvyšší hodnoty vnitřní povrchové teploty okna. Vyšších hodnot vnitřní povrchové teploty dosahují okna s izolačními skly s teplými distančními rámečky, které se již stávají standardem. Lepších hodnot než dvojsklo dosahuje izolační trojsklo. Vnitřní povrchovou teplotu okna dále ovlivňuje konstrukční řešení okenního rámu. Tepelně izolační vlastnosti okna charakterizují součinitele prostupu tepla rámu-U_f, skla - U_g a prostupu tepla celého okna - U_w. Parametry eurooken vyskytující se v současné době na trhu mají sledované parametry U_w a U_g v rozmezích: U_w=0,7-1,7 W/m²K (ČSN povoluje max. U_w=l,5W/mK a doporučuje U_w=l,2W/mK), U_g=0,5-1,1 W/m'K, přičemž tepelně izolační vlastnosti okna jsou tím lepší, čím jsou tyto parametry nižší.

Okno dle užitného vzoru č. 20785 dosahuje součinitelů prostupu tepla maximálně U_w=0,70 W/m²K, Uf=0,70 W/m²K, U_g=0,53 W/m²K díky použití vnějšího těsnění křídla umístěného podél obvodu křídla na bočních stranách a horní straně a nezafrézované rámové okapnici. Využívá také kanálky kruhového průměru umístěné v rámu okna určené pro odtok vody.

I přes stále se vyvíjející konstrukční změny jsou okna stále nejslabším článkem obálky budovy a je snaha o další zlepšování jejich parametrů, současně s úsilím dosažení co nejlepších tepelně izolačních vlastností je snahou zvětšit podíl skla, zvýšit solární zisky a místo masivního vzhledu dosáhnout také jednoduchého moderního designu. Zatímco běžná izolační trojskla mají součinitel prostupu tepla U_g=0,5 W/m²K, hodnota U_f okenních rámů je přibližně dvojnásobná i horší. Proto je výhodné zmenšit podíl rámu, který má horší tepelně technické vlastnosti.

Potřebné je provedení okna s co největší prosklenou plochou, solárními zisky, se zachovanou nebo lepší tepelnou izolací.

Podstata technického řešení

Výše uvedené požadavky splňuje okno podle technického řešení, vyrobené z dřevěného hranolu s vnější a vnitřní částí rámu, se středovým celoobvodovým těsněním křídla, vnitřním celoobvodovým těsněním křídla, opatřeno bezpečnostním kováním se skrytými závěsy, vnější část rámuje vyrobena z tepelně upraveného dřeva v kombinaci s korkem. V drážce rámuje provedeno vnější celoobvodové těsnění, přičemž toto těsnění má tvar T a doléhá na vnější plochu zasklení. Zasklení je provedeno izolačním trojsklem a toto trojsklo je vsazeno a vlepeno do polodrážky vyfrézované v křídlovém profilu tak, že je v jedné rovině s vnější plochou křídla. Vnější část spodního rámového profiluje opláštěná kompozitní okapnici překrývající výtokové otvory. Okno je a do zdi je zabudováno tak, že vnější fasáda zdi zcela přesahuje celou boční a horní vnější část rámu okna.

Tepelně upravené dřevo - thermowood zvyšuje trvanlivost výrobku. Kombinace lepeného hranolu s dalšími materiály na bázi dřeva zvyšuje užitné vlastnosti okna. Umístění korku v průřezu profilu ve vnější části rámu je voleno s ohledem na mechanickou pevnost a nosnost rámů a křídel do vnější části profilu.

Okno podle výhodného technického řešení má tloušťku rámu 115 mm a výšku rámu 89 mm, přičemž tloušťka křídlového profiluje 92 mm a výška křídlového profiluje 69 mm.

Rám a křídla mohou být spojené například lepenými kolíkovými spoji. Konstrukční spojení rámů i křídel lepenými kolíkovými spoji zajišťuje přesné dosednutí spojovaných ploch. Počet a velikost dřevěných kolíkových spojů je voleno tak, aby bez problémů přenesly zatížení kladené na konstrukční spojení rámů a křídel v průběhu užívání okna.

Vnitřní dutinkové těsnění je umístěno v drážce po celém obvodu křídla. Toto těsnění zabezpečuje vzduchotěsnost, protihlukovou izolaci a zabraňuje vnikání vnitřního vlhkého vzduchu do prostoru mezi rámem a křídlem a následné nežádoucí kondenzaci vodních par. Středové dutinCZ 25172 Ul kové těsnění je umístěno v drážce po celém obvodu křídla. Toto těsnění je v konstrukci umístěno především proti zvýšené infiltraci funkční spáry okna a zabraňuje vodě, která se při dešti dostane do vnější části mezirámového prostoru okna, v dalším šíření na vnitřní stranu konstrukce. Voda tak odteče výtokovými otvory na vnější stranu okenní konstrukce. Vnější celoobvodové těsnění je umístěno v drážce rámu. Toto těsnění má tvar T a doléhá na vnější plochu zasklení. Tím dokonale vykrývá prostor mezi rámem a zasklením a zabraňuje tak průniku vody do funkční spáry okna.

Odvod vody z vnější části konstrukce okna je řešen pomocí zešikmené sběrné drážky po obvodu rámového profilu. Ve spodní části rámového profilu je odtok vody vyřešen vyfrézováním minimálně dvou odtokových otvorů o průměru 8 mm. Tyto zešikmené otvory jsou ve vzdálenosti maximálně 250 mm od sebe a vyúsťují na vnější straně okenní konstrukce tak, aby odtékající voda dál stékala po parapetním plechu. Při speciálním frézování zešikmených výtokových otvorů dochází k zahřátí dřeva na vysokou teplotu. Při tomto procesu dojde ke změnám struktury dřeva (zahřátím ligninu), které se tak stává méně nasákavým.

Pro zasklení oken jsou použita izolační trojskla. Zasklení je vsazeno do polodřážky vyfrézované v křídlovém profilu a vlepeno pomocí pružného tmelu. Izolační trojsklo je do křídla vsazeno tak, že je v jedné rovině s vnější plochou křídla. Tento způsob uchycení je bez použití dřevěných zasklívacích lišt a nabízí originální estetické řešení otvorové výplně ze strany exteriéru.

Vnější část spodního rámového profilu, která zajišťuje odvod vody, je opláštěná kompozitní okapnicí pro zvýšení trvanlivosti výrobku, Okapnice chrání vnější část dřevěného rámu před nepříznivými povětrnostními vlivy. Zároveň překrývá výtokové otvory, které vyúsťují za tímto opláštěním a ze strany exteriéru tedy nejsou viditelné.

Celoobvodové kování se skrytými závěsy zajišťuje rovnoměrné dotažení všech těsnění po celém obvodu křídla. Kování je vsazeno do drážky vyfrézované po obvodu křídla. Na rámu jsou pomocí vrutů připevněny ocelové protikusy kování, pro správné dotažení všech uzavíracích bodů. Skryté závěsy neruší estetický vzhled okna z interiérové strany a současně není nutné přerušení vnitřního celoobvodového těsnění v místě osazení závěsů. Nedochází tak k průniku teplého vlhkého vzduchu do prostoru mezi rámem a křídlem (funkční spáře). Tím nedochází k nežádoucí kondenzaci vodních par v tomto prostoru. Skryté kování s neviditelnými závěsy s nosností až 160 kg zajišťuje zlepšení neprůvzdušnosti oken a zlepšuje i jejich vzhled. Díky neviditelným závěsům je zdokonalen i vzhled okna zevnitř.

Montáž tohoto typu okna je řešena tak, že vnější fasáda zdi zcela přesahuje celou boční a horní vnější část rámu okna. Při správném zabudování je zvenku viditelné pouze sklo jak u fixních tak i otevíravých oken. Okna při správném zabudování nemají zvenku vůbec žádný viditelný rám, který bychom museli chránit proti povětrnostním vlivům. Zabudovaná okna tak vykazují lepší průběh teplotních polí v detailu napojení okenní konstrukce na obvodovou část budovy. Okno podle technického řešení poskytuje zcela nové možnosti architektonického vyjádření budovy. Z exteriérové strany je viditelná pouze plocha zasklení se spodním vlysem rámu, na který je napojen vnější parapet. Z interiérové strany naopak bude patrný dřevěný rám okna bez viditelných prvků kování. Okna podle technického řešení mají proti běžným oknům menší podíl rámu okna vůči sklu, při stejném rozměru okna je sklo větší, okno poskytuje více světla a umožňuje větší solární zisky. Nízký rám je při správném zabudování cely krytý zateplenou fasádou. Minimalizaci okenního rámu se prodlužuje životnost okna, která je podobná jako u dřevohliníkových oken.

Okno vyhovuje požadavkům na minimalistický nadčasový vzhled a současně požadavkům na vynikající tepelně izolační vlastnosti, vysoké solární zisky a dokonalou neprůvzdušnost. Konstrukce okna umožňuje výrobu sklápěcích, jednokřídlových a dvoukřídlových variant oken. Při výrobě vícekřídlých variant jsou okna členěna pevnými sloupky. Cena odpovídá kvalitním dřevěným oknům se skrytým kováním při stejné ploše skla.

CZ 25172 Ul

Objasnění výkresů

Obr. 1 znázorňuje spodní vnitřní 1 část a vnější část 2 rámu a křídla 3 okna ve vertikálním řezu, z kterého je zřejmé umístění tepelně upravené části dřeva 9 a umístění korku J_0 ve vnější části 2 rámu, v obrázku je dále vidět celoobvodové vnějšího těsnění 8 rámu, vnitřní těsnění 6 křídla a středové těsnění 7 křídla, zasazení izolačního trojskla 4 v křídle 3 a umístění kompozitní okapnice liObr. 2 znázorňuje horní část vnitřní I část a vnější část 2 rámu a horní Část křídla 3 okna ve vertikálním řezu, viditelná je tepelně upravená část dřeva 9 a umístění korku 10 ve vnější části 2 rámu. Zřejmé je umístění celoobvodového vnějšího těsnění 8 rámu a zasazení izolačního trojskla 4 v křídle 3.

Obr. 3 představuje trojrozměrný pohled na usazení okna ve zdi v řezu, kde je vidět překryv vnější části 2 rámu vnější fasádou 14, tepelně upravenou část dřeva 9, umístění korku o ve spodní a boční vnější části 2 rámu a umístění kompozitní okapnice J_E

Technické řešení je dále vysvětleno pomocí příkladu, který však neomezuje jiná provedení v rozsahu nároků na ochranu.

Příklad uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Obrázek 1 přestavuje spodní část rámu a křídla jednokřídlového okna se zlepšenými tepelně izolačními vlastnostmi a zvýšenými solárními zisky ve vertikálním řezu. Okno má tloušťku rámu Pi - 115 mm a výškou rámu H] - 89 mm, přičemž tloušťka křídlového profilu je P₂ - 92 mm a výška křídlového profilu je H₂ - 69 mm. Je vyrobeno ze smrkového dřevěného třívrstvého lepeného hranolu, tvořené vnitřní částí i a vnější částí 2 rámu, se středovým celoobvodovým těsněním 7 křídla 3 a vnitřním celoobvodovým těsněním 6 křídla 3. Okno je dále opatřeno vnějším celoobvodovým těsněním 8 umístěným v drážce rámu, přičemž toto těsnění má tvar T a doléhá na vnější plochu izolačního trojskla 4.

Vnější část 2 spodního rámového profilu okna je opláštěná kompozitní okapnicí _N překrývající výtokové otvory J2. Toto okno je dále opatřeno zasklením z izolačního trojskla 4 se solárními zisky (U_g=0,6 W/m²K a g=62 %) vsazeného a vlepeného do polodrážky vyfrézované v křídlovém profilu tak, že je v jedné rovině s vnější plochou křídla 3. Flám je s křídlem 3 spojen lepenými kolíkovými spoji, vnější část rámu 2 je vyrobena z tepelně upraveného dřeva - thermowood a je také opatřena korkem J_0.

Okno je vybaveno celoobvodovým bezpečnostním kováním SIEGENIA -AUBI TITAN AF se skrytými závěsy. Kování je vsazeno do drážky vyfrézované po obvodu křídla 3. Na rámu jsou pomocí vrutů připevněny ocelové protikusy kování.

Montáž tohoto typu okna je řešena tak, že vnější fasáda J_4 zdi zcela přesahuje celou boční a horní vnější část (2) rámu okna (obr. 3).

Průmyslová využitelnost

Okno podle technického řešení má zlepšené tepelně izolační vlastností a originální estetické provedení, vyhovuje požadavkům na minimalistický design a současně požadavkům na vynikající tepelně izolační vlastnosti, vysoké solární zisky a dokonalou neprůvzdušnost. Konstrukce okna je díky své jedinečné konstrukci a minimalistickému designu určena pro moderní budovy. Splněním požadavku na hodnoty součinitele prostupu tepla U_w< 0,8 W/m²K je toto okno vhodné zejména pro pasivní domy využívající sluneční energii.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Okno se zlepšenými tepelně izolačními vlastnostmi a zvýšenými solárními zisky vyrobené z dřevěného hranolu s vnitřní částí (1) a vnější částí (2) rámu, se středovým celoobvodovým těsněním (7) křídla (3) a vnitřním celoobvodovým těsněním (8) křídla (3) zasklené izolačním trojsklem (4) a opatřené bezpečnostním kováním se skrytými závěsy, vyznačující se tím, že vnější část (2) rámu je vyrobena z tepelně upraveného dřeva (9), přičemž ve vnější části (2) rámu je také umístěn korek (10), v drážce rámu je provedeno vnější celoobvodové těsnění (8) tvaru T doléhající na vnější plochu izolačního trojskla (4), přičemž izolační trojsklo (4) je vsazeno a vlepeno do polodrážky vyfrézované v křídlovém profilu tak, že je v jedné rovině s vnější plochou křídla (3) a vnější část (2) spodního rámuje opláštěná kompozitní okapnicí (11) překrývající výtokové otvory (12) a okno je do zdi zabudováno tak, že vnější fasáda (14) zdi zcela přesahuje celou boční a horní vnější část (2) rámu okna.
2. 2. Okno podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka (P,) rámu je 115 mm a výška (Hi) rámu je 89 mm, přičemž tloušťka (P₂) křídlového profilu je 92 mm a výška (H₂) křídlového profiluje 69 mm.