Nacházíte se: Materiály, výrobky a konstrukce (Články ze Sborníku ČKLOP 2017, kapitola 2)Materiály a systémy

Materiály a systémy

Materiály, výrobky a konstrukce (Články ze Sborníku ČKLOP 2017, kapitola 2) / Publikováno 2019-09-17

Hliníkové systémy
Hliníkové profily používané ve stavebnictví se nejčastěji vyrábí ze slitiny kovů Al–Mg–Si 0,5 F22 s minimální tahovou pevností 215 N/mm2.

Dovolené napětí pro namáhání tahem a tlakem v závislosti na kombinaci zatížení dosahuje hodnot 95 N/m nebo 105 N/m. Modul pružnosti je E = 7000 kN/cm2.

Požadavky na hliníkové profily pro stavebnictví specifikují normy ČSN EN 12020 „Hliník a slitiny hliníku - Lisované přesné profily ze slitin EN AW–6060 a EN AW–6063“.
 

  • Vlastnosti hliníkové slitiny

    Nízká hmotnost, vysoká pevnost a tvarová stálost
    Hliník není pouze pevný a odolný, nýbrž je i lehký kov. Jeho měrná hmotnost činí 2,7 g/cm3 a dosahuje pouze třetiny měrné hmotnosti oceli. Malá hmotnost je přínosem při úsporách energie a nákladů při dopravě hliníkových výrobků. Snižují se náklady na provoz a údržbu dopravních zařízení a vozidel. Výrazně ulehčené jsou výroba a montáž velkých stavebních fasádních prvků a manipulace s nimi. Rovněž lze počítat s lehčími základovými konstrukcemi a s dispozicí nosných prvků s nižšími stavebními a materiálovými náklady.

    Vysoká odolnost proti korozi a dlouhá životnost
    Dobrá odolnost proti atmosférické korozi je dána ochrannou zoxidovanou povrchovou vrstvou, která se vždy vytváří při styku se vzduchem, a která se po sejmutí vždy rychle spontánně obnoví. Odolnost proti korozi lze ještě zlepšit různými povrchovými úpravami. Oproti oceli vrstva oxidu nereaguje s hliníkovou slitinou a neurychluje korozi.

    Ekologické aspekty
    Hliník je po kyslíku a křemíku na zemi třetí nejčetněji se vyskytující prvek a tvoří zhruba 8% zemské kůry. Proti výrobě primárního – surového hliníku z bauxitu se při zpracování druhotného hliníku přetavením spotřebuje zhruba jen 5% energie. Druhotný hliník může projít bez kvalitativních ztrát mnoha výrobními cykly.
    Hliníkový odpad ze stavebnictví se vyznačuje s ohledem na kvalitu a druh značnou stálostí. Důkazem rentability je vysoká míra recyklace hliníku – v současnosti se 85% materiálu vrací ke zpracování do výrobního oběhu. Ukládáním či likvidací hliníkového odpadu zároveň nedochází k žádné zátěži životního prostředí.

    Riziko vzniku elektrochemické koroze
    Vlivem rozdílných elektrických potenciálů dochází při kombinaci hliníku s jinými kovy bez izolačních mezivrstev ke vzniku kontaktní koroze (vznik elektrického článku). Korozní proces je ovlivněn mj. jakostí povrchu. Zdrsnění je třeba minimalizovat, poškrábání narušuje protikorozní ochranu.

    V zásadě bezproblémové je spojování hliníku s následujícími kovy:
    nerezová chrómová a chrómniklová ocel;
    hliník, olovo, chróm, nikl, cín, zinek;
    ocel s povlakem z hliníku, chrómu, niklu, cínu či zinku;
    ocel s povrchovou organickou vrstvou.

    Vyloučit nebo pečlivě oddělit izolací je nutné spoje hliníku s následujícími kovy:
    nechráněná ocel;
    měď, bronz, mosaz.

    Hliník musí být zpracován s ohledem na ochranu proti korozi se zachováním konstrukčních zásad, uvedených v evropských a v českých normách. Je třeba se vyvarovat všech spár, dutin či ploch, kde by se mohla koncentrovat voda. Agresivní složky z atmosféry, chemické a mechanické zatížení, zvýšená teplota a vzdušná vlhkost způsobují urychlení korozního procesu.

    Hliníkové profily jsou během skladování, přepravy i montáže, chráněny proti mechanickým a korozním vlivům samolepícími snímatelnými plastovými fóliemi, které jsou ochranou zejména proti omítkám, maltám, sádře, cementu, betonu i proti prostředkům na odstraňování cementu.

    K zajištění trvalé protikorozní ochrany hliníku je povrchová úprava prováděna následujícími způsoby:
    anodická oxidace (eloxování);
    povrchová úprava nanesením práškového či tekutého laku;
    ochranné povrchové vrstvy chemickým chromátováním a fosfátováním;
    nátěry materiálů na bázi živic a dehtových smol.
    Ve spojích jednotlivých hliníkových prvků jsou používány vložky z vhodných plastických hmot.
  • Výroba profilů

    Výroba profilů probíhá tlačením ve výkonném lisu, do kterého je vložen odlitek zpravidla ve slitině Al–Mg–Si 05 F22 zahřátý na teplotu 450°C, i nižší. Hliníkový materiál odlitku se protlačuje přes ocelovou matrici, která je chlazena tekutým dusíkem.

    Ocelové matrice jsou kruhového průřezu, s otvory pro protlačení hliníkové masy do požadovaného tvaru a zakřivení. Matrice jsou jednoúčelové a sestavené váží až 500kg. Ocel k výrobě matrice musí být mimořádně kvalitní, s vysokým stupněm otěruvzdornosti.

    Celý proces lisování je plně automatizován. Podle druhu a tvaru profilů lis pracuje s různými tlaky, největší lisy protlačují silou až 55 MN.

    Profily se vytlačí na délku, kterou umožní výrobní hala, a následně se mechanicky natahují. Tím dojde k vyrovnání profilu, mikroskopickému uspořádání materiálu a zlepšení mechanických vlastností.

    Hotové profily se řežou na expediční délku, obvyklá je 6 m nebo 6,5 m, ale může být i delší. Někteří výrobci uvádějí maximální expediční délku přes 10 m.

    Obrázek č. 1 - Matrice pro výrobu hliníkového profilu (názorný vzorek);                    Obrázek č. 2 - Výstup profilu z lisu - místo chlazení

     

 

 

 

 

 

 

 

  • Profily s přerušeným tepelným mostem

    Profily s přerušeným tepelným mostem se převážně uplatňují v okenních (rámových) systémech a systémech modulových fasád, v systémech rastrových fasád méně, ale také nejsou výjimkou.

    Řešení přerušení tepelného mostu v profilu (vázání dvou profilů přes izolátor) se vyvíjelo od 70 let minulého století. Zpočátku se mezi dva profily nýtovaly, a později lisovaly bodové izolátory z různých pryskyřic a umělých hmot, někdy se používaly celohliníkové profily vylité pryskyřicí, jimž se po vytvrdnutí odfrézovala stěna a pryskyřice tvořila izolační zónu, a zároveň staticky držela profil pohromadě.

    Počátkem osmdesátých let se vývoj ustálil na průběžných izolátorech, zpravidla z polyamidu vyztuženého skelným vláknem, zalisovaných do dvou hliníkových profilů. Postupně se hledají i jiné materiály, například polythermid, případně kombinace materiálů – izolátory doplněné nízkovodivými pěnovými izolanty.

    Velikostí a tvarem izolátorů jsou dány mechanické a tepelné vlastnosti profilu. Možnost použití větších a větších izolátorů ale naráží nejen na technologické možnosti dosažení geometricky přesného profilu, ale zároveň přináší riziko vnášení průhybů do konstrukcí vlivem bimetalovýho efektu – rozdílná tepelná roztažnost vnějšího a vnitřního profilu.

    Na obrázku č. 1 v horní řadě jsou zobrazeny pro ilustraci různé izolátory a jejich zalisování do profilů.

    Obrázek č. 3 - Příklad typů izolátorů hlinikových profilů

    V současné době se už u nejvyspělejších systémů nepoužívají samotné jednoduché polyamidové izolátory, ale je komplexně řešena celá tepelná zóna vázaného hliníkového profilu.

    Funkční vlastnosti se posuzují podle ČSN EN 14024 „Kovové profily s přerušením tepelného mostu - Mechanické funkční vlastnosti - Požadavky, posouzení výpočtem a zkouškami“, profily určené pro strukturálně lepené sklo se posuzují také podle části 3 řídícího pokynu ETAG 002 „Systémy zasklení s konstrukčním tmelem“.

    Součinitel prostupu tepla profilů (především oken a dveří) lze zjistit měřením podle ČSN EN 12412-2 „Tepelné chování oken, dveří a okenic - Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně - Část 2: Rámy“ nebo výpočtem podle ČSN EN ISO 10077-2 „Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla - Část 2: Výpočtová metoda pro rámy“.

 Ocelové systémy

Pro ocelové profily dveřních a fasádních systémů se používá v naprosté většině případů běžná konstrukční ocel řady S235 s mezí pevnosti 360 N/mm2 a mezí kluzu 235 N/mm2. Paleta druhů speciálních ocelí se v posledních letech rozrostla. Dnes tedy můžeme volit mezi třemi základními druhy materiálu:

  1. běžná uhlíková ocel (S235);
  2. nerezová ocel - v případě použití nerezových ocelí se používá podle expozice buď třída 1.4307 (AISI 304L) pro profily v interiéru, nebo 1.4404 (AISI 316L) pro profily v exteriéru. Modul pružnosti je E=21000 kN/cm2;
  3. cortenová ocel - tyto speciální oceli se teprve začínají v oblasti oken a dveří používat. Jde o velmi ušlechtilou ocel (neopatřuje se žádnou povrchovou úpravou) s pohledovými vlastnostmi korodované oceli. Na povrchu materiálu se vytvoří přírodně oxidy železa - tedy rez, které ovšem tvoří antikorozní ochranu pro hlubší vrstvy materiálu.

Speciální materiály (nerezová a cortenová ocel) jsou architekty často vyhledávány obzvláště pro specifické objekty.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Vlastnosti ocelových profilů

    Tepelná roztažnost
    Ocel je z hlediska tepelné roztažnosti optimálně kombinovatelný materiál s betonem i sklem. Všechny tyto materiály mají přibližně stejný koeficient tepelné roztažnosti, tudíž není třeba řešit někdy velmi složité detaily při spojení materiálů s výrazně rozdílným koeficientem tepelné roztažnosti. Navíc typy spojů ocel–ocel, a ocel–beton jsou dostatečně známé, a není třeba vymýšlet speciální kotevní detaily ocelových profilů.

    Konstrukční možnosti
    U složitých prostorových konstrukcí se uplatní maximální míra volnosti ve spojování profilů svarem. Jednak lze bez ohledu na typovost spojů vytvořit libovolný úhel rovinné nebo prostorové konstrukce, a také lze spojením svarem vytvořit tuhou samonosnou konstrukci, která již většinou nepotřebuje další podpůrnou konstrukci. Ocelové profily je možné jednoduchým způsobem dále zpevňovat. Zasunutím vhodné výztuhy (plochá ocel, uzavřený profil, I profil) se dá několikanásobně zvětšit průřezový modul i moment setrvačnosti profilu. Fasádní ocelové profily lze také libovolně kombinovat s profily nosných ocelových konstrukcí (příhradové sloupy či vazníky).

    Zpracovatelnost
    Zařízení pro zpracování ocelových profilů je dnes součástí každé, i malé firmy, zabývající se zámečnictvím, popř. zpracováním kovů. Jak dělení, tak spojování profilů, jsou běžné výrobní operace. Ocelové profily se běžně spojují svarovým spojem nebo mechanicky (spojovníky). K výrobě fasádních prvků z ocelových systémů není třeba žádné složité technologie.

    Ochrana proti korozi
    Nechráněná ocel podléhá atmosférickému koroznímu účinku. Proto je nutné všechny ocelové díly chránit. Ochrana je primární – opatření přímo na povrchu kovu, a sekundární – kvalitní povrchová úprava. Optimální primární ochranou profilů je žárové zinkování. Dnes vyráběné profily se válcují z již předem zinkovaného plechu. Standardní zinková úprava minulých let (zaválcovaný žárový zinek - označení Z275) se prováděla v množství 275 g/m2 oboustranně, tj. 20 μm. Dnes se postupně přechází na novější technologii zinkové ochrany profilu. Používá se zinkoželezitá legura s označením ZF100. Jedná se o kombinaci žárové a galvanické technologie nanášení ochranného povrchu. Galvanizovaná část úpravy umožňuje energeticky efektivnější výrobní postupy. Celkové množství spotřebovaného zinku je 100 g/m2 při celkové tloušťce vrstvy 7 μm, ovšem se stejným stupněm ochrany jako původní technologie s 275 g/m2 a 20 μm vrstvou. Tím je také tato nová technologie výrazně šetrnější k životnímu prostředí. Profily vyráběné technologií tažením za studena nelze vyrábět ze zinkovaného plechu, proto se upravují pouze galvanickým zinkováním. Sekundární ochrana je dána kvalitní povrchovou úpravou profilu.

    Zdravotní nezávadnost
    Ocel je zdravotně nezávadný materiál. Použití ocelových profilů není v žádném odvětví limitováno. Nerezové oceli jsou naopak standardem pro určité aplikace, např. potravinářský průmysl, prostředí se zvýšeným obsahem chlóru (bazény, lázně, atd.).

    Ekologické aspekty
    Ocel je jeden z mála používaných materiálů, který je 100% bez dalších úprav recyklovatelný. Ocelové profily, které splnily svoji funkci, je možné zcela navrátit do procesu zpracování. Nezanechává tedy negativní dopady na životní prostředí.

    Profily s přerušeným tepelným mostem
    Profily, kde přerušení tepelného mostu je realizováno přímo jako součást profilu, se užívají především jako rámy oken, dveří, a stěn (nikoliv fasádních konstrukcí). Jako tepelný izolátor se dnes běžně používají materiály na bázi polyamidu, většinou vyztužené skelnými vlákny. Izolátor musí splňovat takovou úroveň mechanických vlastností, aby neznehodnocoval mechanickou pevnost celého profilu. Kompozitní profily se zkouší z hlediska pevnosti spojů izolátor-ocel, i z hlediska pevnosti vlastního izolátoru podle ČSN EN 14024. Nikdy nesmí být nejslabším
    místem profilu spoj izolátor-ocel.

    Vlastní technologie spojování je většinou technologickým tajemstvím výrobců. Jde však o studené zalisování izolátoru do ocelové části. Takto vyrobený profil je již nerozebíratelný, a pracuje se s ním jako s celoocelovým profilem.

    Nejnovějším trendem je použití pevnějších a pružnějších izolátorů na bázi polyuretanu zpevněného až ze 67% skelnými vlákny. Tyto izolátory umožňují konstrukci extrémně štíhlých profilů, kde prakticky vlastní profil je izolátor „obtažený“ ocelovým plechem. Mechanické vlastnosti tohoto materiálu jsou výrazně lepší než dříve používané polyamidy. Důsledkem těchto změn jsou větší konstrukční možnosti profilů pro okna a dveře, obzvláště ve smyslu velikosti otevíravých elementů. Koeficient tepelné vodivosti lambda se pohybuje na hranici 0,3 W/mK. Použití polyuretanových izolátorů a současné zvětšení hloubky profilu na 70 mm až 80 mm znamená výrazný posun v parametru Uf ocelových izolovaných profilů až na úroveň požadovanou pro pasivní domy.

    Obrázek č. 5 - Příklady ocelových profilů s přerušením tepelného mostu

     

 Plastové systémy

Vedle systému oken a dveří na bázi hliníku a dřeva se od šedesátých let minulého století postupně vyvinuly a stále více se prosazují systémy z plastu. Tím je především PVC (Polyvinylchlorid). Je tak nejmladším materiálem používaným pro výrobu profilů okenních a dveřních systémů, i když na druhé straně, PVC je jeden z nejdéle v praxi používaných polymerů. Byl objeven již roku 1872 a od počátku minulého století je prakticky využíván pro výrobu různých předmětů, nejprve jako měkčený, a teprve od konce 50–tých let jako neměkčený. Do popředí obliby jeho použití v řadě odvětví jej vyzvedla relativně nízká energetická náročnost jeho výroby, snadná zpracovatelnost i obrobitelnost. Z hlediska zdrojů pro PVC hovoří jeho složení, pouze 49 % jeho hmotnosti pochází z ropy, nebo zemního plynu, a zbylých 51 % hmotnosti z chloridu sodného, a to spolu s prakticky stoprocentní recyklovatelností představuje materiál s velmi dobrými konstrukčními vlastnostmi a mimořádně dlouhou životností a vysokou ohleduplností vůči životnímu prostředí.

  • Výroba PVC

    Polyvinylchlorid se vyrábí radikálovou polymerací vinylchloridu.
    Polymerace vinylchloridu může probíhat buď v suspenzi, emulzi, nebo v bloku, a vznikající polymer – makromolekula vytváří řetězec o více než 60000 jednotkách (n). Výchozí surovinou pro výrobu PVC jsou zemní plyn a chlorid sodný. Ze zemního plynu se získává etylen, jehož chlorací se připraví vinylchlorid, látka, která poměrně snadno polymerizuje na polyvinylchlorid.

    Čistý vyrobený PVC je látka velmi tvrdá, která se bez přídavku dalších surovin dá zpracovávat jen velmi obtížně. Základní přísadou do PVC před zpracováním je stabilizátor, který v současné době v aplikaci pro okenní profily je takřka výhradně na bázi sloučenin vápníku a zinku. Podstatné je, že přísadami je možné vlastnosti vyrobeného PVC v určitém rozsahu modifikovat.

    Tabulka č. 1 - Příklad receptury pro výrobu okenních profilů:
    PVC S o K hodnotě 64 - 68 100 váhových dílů
    Stabilizátor (olovnatý, nebo Ca–Zn) 5,2 v.d.
    Modifikátor houževnatosti 4-6 v.d.
    Plnivo (mikromletý vápenec) 5-6 v.d.
    Titanová běloba 4-5 v.d.
    Neutrální esterový vosk 0,3 v.d.









    PVC - je suspenzní typ, zpracovatelný při teplotách 180°C až 210°C
    Stabilizátor – dnes používaný takřka výhradně na bázi vápník-zinek. Do receptury se dávkuje v dostatečném přebytku, což umožňuje až pětinásobný průchod zpracovatelským strojem bez zhoršení jeho fyzikálních vlastností. Na základě této skutečnosti je založen proces recyklace.
    Modifikátor houževnatosti je látka zvyšující houževnatost jinak poměrně křehkého PVC, většinou se jedná o akrylát.
    Plnivo – uhličitan vápenatý reguluje tokové vlastnosti taveniny, musí být velmi jemně mletý, aby bylo dosaženo hladkého povrchu.
    Titanová běloba je čistý oxid titaničitý, plní funkci bílého pigmentu a stabilizátoru vůči UV záření.
    Neutrální esterový vosk plní funkci vnějšího maziva, snižuje tření na povrchu zpracovatelského stroje.

    Tabulka č. 2 - Fyzikální a mechanické vlastnosti neměkčeného PVC
    Vlastnost Hodnota Jednotka Poznámka
    Hustota 1160 - 1450 kg/m3 Profily 1380 kg/m3
    Y. modul pružnosti 1,12 - 4,83   GPa  
    Modul pružnosti v ohybu                                      1,24 - 4,69             GPa                  
    Pevnost v tahu 14 - 80 MPa  
    Tažnost 3 - 120 % Záleží na době působení napětí a rychlosti
    Vrubová houževnatost 0,3 -12,9 KJ/m  
    Teplota tavení 200 - 212 °C  
    Teplota zpracování 180 - 210 °C  
    Tepelná vodivost 0,15 - 0,29 W/m*K  
    Měrné teplo 1,355 - 1,445 kJ/kg*K  
    Tep. součinitel roztažnosti 45 - 125*10-6 K-1  

    Z uvedeného přehledu jsou nejvýznamnější pro vlastnosti PVC profilů: měrná hmotnost, modul pružnosti, teploty tavení a zpracování, a zejména nízká tepelná vodivost.
     

  • Výroba PVC profilů

    PVC profily se vyrábí technologii vytlačování (extruze). Nejprve se ve fluidních míchačkách za teploty cca 120°C připraví směs PVC a přísad, tzv. dryblend. Po ochlazení a uležení se dryblend pneumaticky dopravuje do násypek vytlačovacích strojů, kde se působením tepla a hnětacího účinku šneků přetváří v plastifikovaný materiál, který se následně dvojicí šneků dopravuje až k hlavě vytlačovacího stroje, na niž je upevněn vytlačovací nástroj – matrice, v kterém se vytvaruje finální tvar profilu. Následně je profil ochlazen a zafixován do konečné podoby. Při vytlačování je důležitý kontinuální a plynulý odtah plastifikovaného materiálu přes chladící a kalibrační části linky. Na konci chladící dráhy je umístěno dělící zařízení, které profil řeže na požadované délky, zpravidla 6 m. Aby byla zajištěna a ochráněna kvalita povrchu vytlačeného profilu i při dalších operacích, je oboustranně opatřován krycí fólií.

Obrázek č. 6 - Vytlačovací linka PVC profilů

Tento výrobní postup vyžaduje velmi přesné seřízení a nastavení síly tahu ještě plastického profilu a současně pečlivé řízení jeho ochlazování. Na zvládnutí tohoto procesu nakonec závisí i hodnota smrštění profilů. Podle ČSN 12608-1 nesmí být větší než 2%.

  • Koextruze

    je zvláštním případem vytlačování (extruze) PVC spočívající v tom, že do jednoho vytlačovacího nástroje je soustředěn tok materiálů ze dvou vytlačovacích strojů. Vždy se musí jednat o materiály, které jsou mísitelné, a mají podobné fyzikální vlastnosti, zejména smrštění a délkovou roztažnost. Technologie koextruze se využívá pro koextruzi barevného akrylátu na povrch tělesa z PVC, nebo koextruzi regenerátu a primárního materiálu do jednoho profilu.

    V prvém případě jde o úpravu povrchu profilu pokrytím vrstvou akrylátu v požadovaném barevném provedení, který dává povrchu vyšší tvrdost a odolnost, a také díky vyšší odrazivosti tepelného záření přispívá k nižšímu tepelnému zatížení profilů.

    V druhém případě se jedná o efektivní využití regenerátu. Z regenerátu je tvořeno jádro profilu a z primárního materiálu povrchová vrstva.

    Obrázek č. 7 - Koextruze PVC profilu

     
  • Základní typy a vlastnosti plastových profilů

    Systémy plastových profilů pro výrobu oken a dveří jsou tvořeny promyšlenou skupinou navzájem kompatibilních profilů z PVC jako je profil rámu, křídla sloupku, poutce, a řady dalších pomocných profilů pomocí nichž je možné utvářet plně funkční celky sestav dveří a oken, i fasádních stěn.

    Základním rozlišujícím parametrem systémů je jejich stavební hloubka, počet komor a počet těsnících rovin. Výsledné vlastnosti systému či kombinace rámu a křídla jsou pak nejčastěji důsledkem kombinací těchto parametrů, nelze však tvrdit, že vždy s rostoucím počtem komor a stavební hloubkou jsou tepelně izolační vlastnosti lepší. Spíše se jedná o konstrukční provedení a kompatibilitu systému.

    Pro všechny systémy na bázi PVC platí, že jejich základní vlastnosti a zkušební metody popisuje norma ČSN EN 12608-1 „Profily z neměkčeného polyvinylchloridu (PVC-U) pro výrobu oken a dveří – Klasifikace, požadavky a zkušební metody – část 1". Uvádí především požadavky na materiál a vzhled profilů, jejich rozměry a tolerance, odolnost profilů proti proražení, chování po tepelném namáhání, odolnost proti povětrnostním vlivům, stálobarevnost, a svařitelnost profilů. Norma stanovuje zkušební metody pro ověřování těchto vlastností a předepisuje také způsob označování plastových profilů. Pro některé vlastnosti stanovuje rovněž klasifikační třídy pro profily.

    Hlavní profily, které mají v okně nosnou funkci, jsou mj. klasifikovány podle tloušťky jejich stěn. Rozlišují se klasifikační třídy A, B a C, přičemž do třídy A patří profily s tloušťkou pohledových stěn min. 2,8 mm a do třídy B profily s tloušťkou pohledových stěn min. 2,5 mm. Tato klasifikace neurčuje kvalitu profilů nebo vliv na funkční parametry výrobků z profilů.

    Hodnoty součinitele prostupu tepla pro plastové rámové konstrukce v současnosti běžné na českém trhu se pohybují zhruba v rozmezí Uf = 1,0 [W/m2.K] až 1,5 [W/m2.K], u speciálních konstrukci určených pro pasivní domy i méně. Další žádoucí snižování těchto hodnot lze u plastových rámových profilů dosáhnout např. použitím výplní komor plastových profilů tepelně izolačními materiály, nahrazením kovových výztuží jinými materiály, nebo jinými technickými řešeními, nebo použitím alternativních materiálů pro profily samotné. Pouhé zvyšování počtu komor profilů, nebo nevelké zvětšení stavební hloubky profilů, obvykle podstatné zlepšení hodnot součinitele prostupu tepla rámové konstrukce Uf nepřináší.

    Obrázek č. 8 - Příklady profilových systémů s různou stavební hloubkou a uspořádáním komor

     
  • Technologie zpracování profilů

    Plastové profily lze pokládat za polotovar, z nějž se vyrábějí okna použitím standardních mechanických obráběcích technologií. Řezání, vrtání, frézování. Jedinou jinde nepoužívanou technologií je svařování profilů. Při ní se využívá skutečnosti, že PVC při zahřátí nad teplotu 200°C se stává plastickým, a po stlačení natavených konců profilů seříznutých pod úhlem 45° dojde k jejich propojení, a následným zchladnutím se vytvoří spoj, který má stejnou pevnost jako samotný profil. Velmi důležitou operací při výrobě oken je vyztužování. Do hlavní komory se vkládá kovová výztuž, která zajišťuje tuhost a stabilitu okna.

    Na rozdíl od jiných rámových materiálů není PVC dostatečně tuhý, aby vyrobené elementy byly stabilní a samonosné (pouze do 80 cm). To vyplývá z porovnání modulu pružnosti v tahu jednotlivých materiálů:
    • ocel 210 GPa;
    • hliník 70 GPa;
    • dřevo 12 GPa;
    • PVC 2,4 GPa.

    Tuhost výrobku lze zvýšit i vlepením skla.
     
  • PVC a ekologie

    Největším přínosem plastových oken je jejich příspěvek k ochraně životního prostředí. Především tím, že snižují energetické ztráty v objektu, díky nízkému koeficientu prostupu tepla oknem a dveřmi. Navíc na rozdíl od jiných stavebních materiálů jsou tyto výrobky po skončení životnosti takřka stoprocentně recyklovatelné.

    Dnešním standardem je okno se součinitelem prostupu tepla 1,1 W/m2.K - 1,2 W/m2.K. Samozřejmě je možné na bázi plastu produkovat okna i s daleko vyšší energetickou účinností, vhodná pro nízkoenergetické budovy, nebo pro pasivní domy.

    Výrobky z PVC profilů splňují požadavky na ekologické aspekty výroby a její dopad na životní prostředí, a na snižování nároků na energie. Především jde o možnost opětovného zpracování PVC z odřezků i doslouživších výrobků do nových profilů, a energetický přínos na poli snižování ztrát energií okny z PVC. 
                                                                                                                                                                            Obrázek č. 9 - Recyklace profilů z PVC-U

    Technologicky lze regenerát přidávat po barevném vytřídění přímo do směsi na výrobu hlavních profilů, nebo bez barevného třídění do vnitřní části profilů, jež jsou pak obaleny v technologii koextruze primárním materiálem. V obou případech dochází k plnému zajištění fyzikálně mechanických vlastností profilů a jejich užitné hodnoty.

    Je prokázáno, že každá tuna PVC recyklátu, ve srovnání s nasazením primárního PVC, ušetří až 1,87 t CO2 emisí. Přitom z fyzikálního pohledu je tento materiál absolutně rovnocenný původnímu. Z výše uvedených dat vyplývá, že roční objem profilů s recyklátem nadále poroste. Požadavky směrnice EU o budovách, stejně jako národní předpisy jako EnEV 2014, vedly k energetickému sanování obytných domů ve velkém rozsahu. Výměna starých oken je přitom součástí konceptu zateplování.

    V tom je započítán efekt pouze z recyklace PVC, ale při recyklaci starých plastových oken bude možné započítat i další komponenty v okně obsažené: sklo, ocel z výztuže a zinkové slitiny z kování, a to prakticky ve stoprocentním zhodnocení.

    Obrázek č. 10 - Koloběh PVC


    Použití regenerátu do profilů je definováno i v normě ČSN EN 12608-1:2007 odstavec 5.1.2.1 této normy, ve kterém se uvádí, že „použití vlastního regenerovatelného materiálu pro výrobu profilů z PVC–U je přípustné bez omezení a s podmínkou, že stanovená receptura je stejná jako pro čistý materiál“.
     
  • Životnost, péče a údržba

    Současné plastové profily se vyznačují velmi dlouhou životností, jejíž skutečnou délku lze zatím jen těžko odhadnout, ale předpokládá se, že to bude doba životnosti více než 80 let. Po celou tuto dobu si profily ponechají svoje funkční a vzhledové vlastnosti za předpokladu pravidelné údržby. Pro ten účel je třeba používat pouze prostředky, které jsou k tomu účelu určené, v žádném případě nepoužívat rozpouštědla, která by mohla způsobit degradaci materiálu, a stejně tak jsou nevhodné čisticí prostředky obsahující abrazivní látky.

    Ostatní komponenty plastového okna – těsnění, kování, sklo, jsou z hlediska údržby stejné jako v případě oken z jiných rámových materiálů.

 Dřevěné lepené okenní hranoly

Dřevo je tradiční, staletími prověřený materiál, který pochází z přirozeně obnovitelného zdroje - okolní přírody. Neznečišťuje životní prostředí, ale naopak, při svém růstu obohacuje ovzduší kyslíkem. Je oceňované z hlediska konstrukčního, hygienického a ekologického.

Současná dřevěná okna a vnější dveře jsou vyrobeny z třívrstevného dřevěného hranolu, jsou opatřeny izolačním sklem nebo tepelněizolačním panelem, okna celoobvodovým kováním a vícestupňovým těsněním.

Při běžné údržbě je životnost dřevěných eurooken a vnějších dveří přibližně stejná jako je v našich evropských podmínkách uvažovaná životnost domu, tedy asi sto let.

Z konstrukčního hlediska má dřevo svoje nesporné výhody. Především umožňuje sestavovat velmi tuhé a pevné konstrukce a rozměrné stěny bez kovových výztuží, které by mohly promrzat. Čepované rohové spoje jsou při použití kvalitních lepidel velmi spolehlivé. Na rozdíl od jiných používaných materiálů má několikanásobně menší tepelnou roztažnost. To přináší významnou výhodu - při použití odpovídajícího kování lze rámy i křídla přesně dimenzovat, a velmi jemně seřídit jejich funkci.

  • Typy okenních hranolů, jejich konstrukce, použití

    Lamelovaný hranol je výrobek z nejméně tří navzájem slepených paralelně probíhajících vrstev ohoblovaných lamel, které mohou být nastavovány délkově spojem na ozub, nebo také napojené šířkově. Takto vyrobený hranol z kvalitního materiálu vykazuje vysokou pevnost a tvarovou stálost.

    Podle délkového nastavování rozlišujeme:


    Podle konečné povrchové úpravy výrobků se lamelované okenní hranoly třídí na 2 jakosti, které se liší možností použití délkově napojovaných lamel vnějších lamel:
    • určené pod krycí nátěry;
    • určené pod lazurova cí nátěry.

    Klasifikace povrchů okna/dveří, znázorňující principy stanovení hloubky povětrnosti vystavených ploch včetně vysvětlení definic povrchů.
    Použití dřevěných prvků s povrchem vystaveným povětrnosti je považováno za třídu 3. Použití všech ostatních prvků je považováno za třídu 2, jak je popsáno v normě ČSN EN 335 (490080) Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva - Třídy použití: definice, apliace na rostlé dřevo a na výrobky na bázi dřeva.

    Obrázek č. 11 - Klasifikace povrchů profilů dřevěných oken

    Legenda
    1  Povětrnosti vystavený povrch okna
    2  Viditelný povrch
    3  Částečně skrytý povrch
    4  Skrytý povrch
    5  Bod pod úhlem 45° od svislé plochy vodorovných prvků (měření hloubky povětrnosti vystaveného povrchu)


    Tabulka č. 3 - Lepené profily pro výrobu oken a dveří
    Profil použití rozměr [mm] tloušťka lamely
    okenní třívrstvý okna 72x60
    82x60
    lamela 24 mm
    okenní třívrstvý okna 72x86
    82x86
    lamela 24 mm
    okenní třívrstvý okna  72x115
    82x115
    lamela 24 mm
    dveřní třívrstvý vchodové dveře 72x145
    82x145
    lamela 24 mm
    dveřní sendvičový vchodové dveře 72x144
    82x144
    švartna 10 mm
    lamela 24 mm
  • Dřeviny a jejich třídění

    Pro výrobu lamelovaných okenních hranolů se používají nejčastěji tuzemské dřeviny SMRK, JEDLE, BOROVICE, MODŘÍN, DUB ale také exotické dřeviny jako SIPO, KOSIPO, SAPELI, MERANTI, OREGON, HEMLOCK, KHAYA a jiné.
    Podle normy ČSN EN 13307-1 musí kvalita dřeva splňovat požadavky jedné ze tříd normy ČSN EN 942:2007. kvalitativní doporučení minimálních vlastností třídění pro prvky vnějších oken, dveřních křídel a zárubní pak stanovuje norma ČSN EN 14220:2007 (tabulka A.1 viz obsah této normy). Pokud výrobce použije jiné třídy, musí je deklarovat. Jednotlivé třídy a meze vad jsou pak podrobněji rozvedeny normou ČSN EN 942 (tabulka 1 viz obsah této normy). Tyto vzhledové třídy jsou nezávislé na dřevině. Stanovené meze nesmí být v příslušné třídě překročeny.

    Tabulka č. 4 - Doporučené minimální třídy kvality dřeva pro dřevěné profily
          Prvek        Třída ČSN EN 942
    Viditelný povrch Částečně skrytý povrch Skrytý povrch
    Krycí nátěrový
    systém
    Průsvitný nátěrový
    systém
    Krycí nátěrový
    systém
    Průsvitný nátěrový
    systém
     
    Rámy oken
    a dveří
    J30 J10 J30 J30 J50
    Křídla otevíravá
    a posuvná
    J10 J10 J10 J10 J40
    Svislé vlysy dveřního
    rámu a příčky
    J30 J30 J30 J30 J40
    Nákližky
    (polodrážky)
    J2 J2 J2 J2 J2
    Lišty a podobné
    malé části
    J10 J10 J10 J10 J10
    Prahy a spodní
    příčky
    J30 J10 K30 J10 J10
    Obložky 
    a výplně
    J30 J10 K40 J30 J50

    Tabulka č. 5 - Meze vad dřeva jsou rozděleny na třídy podle ČSN EN 942
    Tabulka - Meze vad dřeva podle třídy a plochy
    Vada Třídy
    J2 J5 J10 J20 J30 J40 J50
    A B C D E F G
    1 Točitost nedovoleno nedovoleno ≤ 10 mm/m ≤ 10 mm/m ≤ 10 mm/m ≤ 20 mm/m ≤ 20 mm/m
    2 Odklon vlákenc ≤ 20 mm/m ≤ 20 mm/m ≤ 50 mm/m ≤ 50 mm/m ≤ 50 mm/m ≤ 100 mm/m neomezeně
    3 Sukya              
    max. % plochy nebo 10 20 30 30 30 40 50
    max. průměr 2 mm 5 mm 10 mm 20 mm 30 mm 40 mm 50 mm
    4 Smolníky, zárosty (pokud je jich víc než jeden na metru, nesmí jejich celková délka překročit délku u příslušné třídy) nedovoleno ≤ 3 mm
    × 30 mm
    na 2 m délky
    ≤ 3 mm
    × 75 mm
    na 2 m délky
    ≤ 3 mm
    × 75 mm
    na 2 m délky
    šířka
    ≤ 3 mm
    délka bez
    omezení
    šířka
    ≤ 3 mm
    délka bez
    omezení
    šířka
    ≤ 3 mm
    délka bez
    omezení
    5 Trhliny
    max. šířka nedovoleno nedovoleno 0,5 mm 0,5 mm 1,5 mm 1,5 mm 1,5 mm
    max. délka jedné trhliny     50 mm 100 mm 200 mm 300 mm 300 mm
    max. celková délka trhlin jako % z celkové délky  na každé ploše     10% 10% 25% 50% 50%
    6 Prožezaná dřeň nedovoleno nedovoleno nedovoleno nedovoleno dovoleno dovoleno dovoleno
    7 Zbarvená běl (včetně zamodrání)b nedovoleno nedovoleno nedovoleno nedovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno
    8 Poškození ambróziovým broukem nedovoleno nedovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno vyspravené dovoleno
    a - Mezní rozměr suku je vyjádřen jako procento celkové šířky nebo tloušťky dílce, na kterém se suk nebo skupinové suky nacházení /viz příloha A, při respektování maximálního rozměru v milimetrech.
    b - Ve třídách J30 až J50 smí být zamodrání překryto speciální povrchovou úpravou, (např. lehce tónovaným lakem).
    c - Odklon vláken se měří v neporušené oblasti.
    POZNÁMKA: Na skryté ploše jsou dovoleny všechny vady, pokud neznemožňují způsobilost výrobku.
      
  • Typy lepidel a podmínky lepení

    Lepidla ve spojích dřeva, profilech nebo vysprávkách, které jsou vystaveny povětrnosti, nesmí mít trvanlivost nižší než D4 podle ČSN EN 204:2017, nebo C4 podle ČSN EN 12765:2017. Lepidla ve všech ostatních spojích, profilech a vysprávkách nesmí mít nižší trvanlivost než D3/C3. Vysprávkové materiály musí mít podobné třídy trvanlivosti jako odpovídající lepidla.

    Tabulka č. 6 - Klasifikace lepidel pro nekonstrukční stavební díly ke spojování dřeva podle ČSN EN 204
    Třída trvanlivosti   Příklady klimatických podmínek a oblasti použití.
    D1 Interiér, kde teplota překročí pouze příležitostně a krátkodobě teplotu 50°C a vlhkost dřeva je max. 15%.
    D2 Interiér s příležitostným krátkodobým působením tekoucí vody nebo kondenzované vody, nebo občasnou vysokou vlhkosté vzdudhu, jestliže nárůst vlhkosti dřeva nepřesáhne 18%.
    D3 Interiér s častým krátkodobým působením tekoucí nebo kondenzované vody, nebo dlouhodobým působením vysoké vlhkosti vzduchu.
    Exteriér chráněný před působením povětrnosti.
    D4 Interiér s častým silným působením tekoucí nebo kondenzované vody.
    Exteriér vystavený povětrnosti, který je opatřený přiměřenou povrchovou ochranou.

    Podmínky lepení jsou stanoveny technickým listem k použitému lepidlu, přičemž mezi nejpoužívanější lepidla patří Polyvinylacetátová (PVAc) a Polyuretanová (PUR) lepidla.
     

  • Technologie výroby, délkové napojování

    Výroba lepených okenních hranolů sestává z operací:
    • Výběr, sušení a třídění řeziva.
    • Hrubé krácení řeziva.
    • Šířkové rozmítání.
    • Tloušťkové hoblování lamel.
    • Vymanipulování vad.
    • Délkové nastavování.
    • Čtyřstranné opracování.
    • Nanášení lepidla.
    • Lepení hranolů.
    • Čtyřstranné opracování slepených hranolů.

    U délkově napojovaných lamel se mohou slepovat jen dílce stejné struktury a bez vad (suky, odchýlení vláken, zásmolky, apod.) v místě spojení ozubem. Pokud není dohodnuto jinak, je napojování na ozub, délkové napojování, šířkové napojování a lamelování dovoleno ve třídách J10, J20, J30, J40 a J50, ale nejsou dovoleny ve třídách J2 a J5 (tabulka 1 normy ČSN EN 14220), pokud je nedovolují normy výrobků.
    Vzdálenost mezi středem zubovitého spoje a délkovým napojováním musí být nejméně 150 mm. Lamelové dřevo (plošné slepení lamel) je dovoleno ve všech třídách, pokud není dohodnuto jinak.

    Podmínky lepení
    • Délkové nastavení se provádí spojem na klínový čep, orientovaným na plochu lamel.
    • Spoje na tupo jsou povoleny pouze ve vnitřních vrstvách lamelových profilů.
    • Spoj na tupo se nesmí objevit do 150 mm od dalšího spoje na tupo v sousední lamele.
    • Pro tloušťku lamely neexistuje žádné obecné omezení, avšak v lamelovaných profilech pro vnější použití by tloušťka vnější vrstvy neměla být menší než 18 mm.
    • Kombinace dřevin je povolena, pokud jsou splněny podmínky slučitelnosti pevnosti slepení a stability dřeviny.
    • Tloušťka lepené spáry musí být v rámci omezení doporučených pro daný typ a podmínky koncového použití podle specifikace výrobce lepidla.
    • Šířkové napojování není doporučeno ve vnějších vrstvách lepeného lamelovaného výrobku.
    • Zvláštní péče musí být věnována lamelování některých dřevin, zejména s ohledem na hustotu, smáčivost, a procesy před ochranou.

    Obrázek č. 12 - Doporučená orientace letokruhů


    Obrázek č. 13 - Příklady přípustných kombinací rozložení vlhkosti v hranolu









    Obrázek č. 14 - Příklady lamelovaných profilů s vhodnými lepenými spárami

     

  • Zkoušení okenních hranolů

    U okenních hranolů je prováděna celá řada zkoušek zahrnující:
    • Měření vlhkosti.
    • Posouzení rovinnosti.
    • Posouzení kroucení.
    • Posouzení jakosti použitého materiálu.
    • Hustota dřeva.
    • Vizuální zkouška kvality lepení.
    • Přezkoušení jakosti lepení penetračním prostředkem.
    • Posouzení spojení klínovým čepem.
    • Podle potřeby další zkoušky.

    Jedna z nejdůležitějších zkoušek z pohledu konstrukční stability a životnosti otvorových výplní je Zkouška temperovaného uložení ve vodě.
    Tento zkušební postup pro ověření kvality lepení vychází ze směrnice Richtlinie ift-HO-10/1 (Institut pro okenní techniku Rosenheim z roku 2002) - Masivní a lepené profily pro dřevěná okna – Požadavky a zkoušení.

    Vzorky hranolů se při zkoušce podrobí cyklu:
    • doba 3 hod. uložení ve vodě o teplotě 20°C;
    • doba 3 hod. uložení ve vodě o teplotě 60°C;
    • doba 18 hod. uložení ve vodě o teplotě 20°C;
    • doba 72 hod. uložení vzorků v klimatu 23°C teploty a 50% vlhkosti.

    Těsnost lepených spojů se vizuálně posuzuje po každé fázi, měří se otevřené spáry. Průměrná hodnota otevřených lepených spár nesmí překročit 10% na jednom vzorku.

    Obrázek č. 15 - Uložení vzorků okenních hranolů při zkoušení podle Richtlinie ift-HO-10/1 (zdroj: Radek Šulák, BP - Posouzení jakosti lepení po temperovaném uložení ve vodě, Brno 2014)

     

  • Povrchová úprava

    Používají se především lazury ve velkém spektru odstínů.
    Obnova lazury (přidání nové vrstvy) se provádí pouze z vnější strany okna, bez obrušování, nebo opalování, což představuje jen několik hodin jednou za 8 let až 10 let.



Autor: Ing. Roman Šnajdr a kolektiv
SIPRAL a.s., člen TK ČKLOP

Tento článek je součástí obsahu kapitoly č. 2 Sborníku ČKLOP 2017. Více informací k publikaci zde.

Nejnovější z rubriky

Stavební sklo

Přihlašte se k odběru newsletteru
a získávejte do e-mailu nejnovější informace o technologiích a událostech