Rosení oken. Proč vzniká a jak mu předcházet

Okno bývá nejslabším tepelněizolačním prvkem domu. Dnes standardní okenní dvojsklo Ug = 1,1 W/(m2K) i ve velmi kvalitním dřevěném či plastovém rámu se za tuhých mrazů může stát místem intenzivního srážení vody. Řešením je snížení vnitřní vlhkosti vzduchu anebo výměna dvojskla za trojsklo nebo dvojsklo s fólií Heat Mirror, případně další opatření.

V tomto článku budeme výhradně řešit rosení oken z vnitřní strany. Rosení okenního zasklení na venkovním povrchu není technickou závadou, je naopak průkazem o vysoké tepelněizolační účinnosti oken a budeme se mu věnovat v jiném příspěvku.

Jestliže se na vnitřní straně oken, tzn. na zasklení, rámech nebo obojím, sráží v chladném období rosa, je to jasné znamení, že vlhkost vnitřního vzduchu je příliš velká a povrch, který se rosí, je příliš chladný. Řešením je tedy zvýšit povrchovou teplotu vlhnoucích a rosících se okenních ploch na straně jedné a snížit vlhkost vnitřního vzduchu na straně druhé. O tom pojednává další text.

Chladná okna – kdy a proč

Chladný povrch oken, jak zasklení, tak rámů, se vyskytuje v zimě a přechodném období, v létě tento problém nevnímáme. Na vině jsou jejich horší tepelněizolační vlastnosti. Povrchové teploty nejsou všude stejné: nejchladnějšími místy svislého okna jsou obvykle oba dolní rohy a po něm celý dolní okraj zasklení v blízkosti jeho dotyku s rámem. Než tato tvrzení rozebereme, udělejme si malé teoretické odbočení:

Odbočení 1

Povrchová teplota na ploše okna (zasklení nebo rám), u níž známe součinitel prostupu tepla U, je

kde
tP je povrchová teplota ve °C,
tI je vnitřní teplota ve °C,
tE je venkovní teplota ve °C,
U je součinitel prostupu tepla ve W/(m2K),
RP je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu v m2K/W a RN = 0,13 m2K/W je normový odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu. Jde statisticky o nejpravděpodobnější hodnotu mezi všemi možnými hodnotami RP.

Veličina U, součinitel prostupu tepla okna, je dán normou definovaným vztahem.

kde
RK je tepelný odpor konstrukce v m2K/W a
rN = 0,04 m2K/W je normový odpor při přestupu tepla na venkovní straně povrchu. Okamžité hodnoty rP tohoto přestupového odporu závisejí na konkrétních klimatických podmínkách, hodnota rN je (podobně jako RN) statisticky nejpravděpodobnější hodnotou.

Vzorec (1) plyne z normové definice součinitele prostupu tepla konstrukce (2). Jako nezávisle proměnná vystupuje ve vzorci (1) veličina RP, tzn. skutečný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně povrchu, zatímco v hodnotě proměnné U je vždy použita ve smyslu definice (2) normová hodnota RN = 0,13 m2K/W. Více o tomto součiniteli se čtenář dozví v článcích Součinitel prostupu tepla a jak se počítá a Součinitel prostupu tepla. Co to je a jak se s ním pracuje. Konec odbočení.

Podrobnější pohled na vzorec (1) ukazuje, že povrchová teplota tP na vnitřní straně okna se zvýší, když se

  1. sníží součinitel prostupu tepla U okna,
  2. zvýší vnitřní teplota,
  3. zvýší venkovní teplota,
  4. sníží odpor při přestupu tepla na povrchu okna.

Vlivy na povrchovou teplotu, které popisují body a) až d), demonstrují grafy na obr. 1 a 3, jejichž číselné hodnoty byly spočteny pomocí rovnice (1).

Graf závislosti vnitřní povrchové teploty okenního zasklení s různými součiniteli prostupu tepla U na vnitřní teplotě vzduchu. Hodnoty jsou vztaženy v k venkovní teplotě -15 °C a k odporu při přestupu tepla na vnitřní straně zasklení RP = 0,13 m2K/W
Graf závislosti vnitřní povrchové teploty okenního zasklení s různými součiniteli prostupu tepla U na venkovní teplotě. Hodnoty jsou vztaženy v k vnitřní teplotě 20 °C a k odporu při přestupu tepla na vnitřní straně zasklení RP = 0,13 m2K/W
Graf závislosti vnitřní povrchové teploty okenního zasklení s různými součiniteli prostupu tepla U na velikosti přestupového odporu RP na vnitřní ploše zasklení. Hodnoty jsou vztaženy v k vnitřní teplotě 20 °C a venkovní -15 °C

Dodejme, že odpor při přestupu tepla RP na okně snížíme jednoduše tím, že okno ovíváme vnitřním vzduchem, např. pomocí ventilátoru. Je-li rychlost proudění vzduchu podél povrchu okna vysoká, tzn. že používáme silný ventilátor, můžeme považovat tento odpor za nulový, přesněji RP → 0 m2K/W. Tímto opatřením většinou zcela odstraníme případné rosení.

Naopak když proudění úplně zastavíme, přiblížíme se k mezní hodnotě RP → 0,25 m2K/W pro běžné, sálavé (vysokoemisivní) povrchy nebo až k RP → 1,75 m2K/W pro povrchy tepelně reflexní (nízkoemisivní).

Vnitřní povrchové teploty oken nejsou všude stejné: nejchladnějšími místy svislého okna jsou (v zimě) obvykle oba dolní rohy a po něm celý dolní okraj zasklení v blízkosti jeho dotyku s rámem. Příčiny jsou dvě. Jednak v těchto místech bývají tepelné mosty, jednak právě zde je snížené proudění vzduchu, tudíž i nižší povrchová teplota a vyšší riziko rosení.

Pokud okna ovíváme, můžeme k tomu použít třeba teplovzdušný fén, který vzduch ohřívá. Tím snadno docílíme na povrchu okna vyšší teploty, než je vnitřní teplota, a rosení úplně odstraníme.

Poznámka: Příčinou chladných okenních ploch na vnitřní straně může být i studený venkovní vzduch, který proniká netěsnými okny a ochlazuje vnitřní povrch okna (zasklení i rámů). Takto ochlazovaná místa se mohou rosit a zejména v mrazech se zde může tvořit i led. Jinovatka či led je většinou důkazem tohoto typu ochlazování vnitřního povrchu okna.

Vlhkost vnitřního vzduchu a rosný bod

Když dokážeme odhadnout teplotu povrchu okna (zasklení i rámu, známe-li UG i UF), umíme i odhadnout, jestli se v daných podmínkách okno rosí, resp. kdy rosení nastane. K tomu potřebujeme znát rosný bod. To je teplota, na kterou musíme vzduch ochladit, aby se z něho začala srážet mlha či sníh. Více o tom v článcích Difuze vodní páry - veličiny, hodnoty a jednotky, Difuze vodní páry v konstrukci.

Bude-li rosný bod vnitřního vzduchu vyšší, než je teplota povrchu skel nebo rámů okna, bude se na povrchu srážet rosa.

Začínající rosení může oddálit, někdy i odstranit, zvýšené proudění vzduchu podél orosené plochy, které (vedle toho, že zvedne povrchovou teplotu, viz výše), urychlí odpar rosy.

Rosný bod se dá relativně jednoduše určit, pokud známe vnitřní teplotu a relativní vlhkost vzduchu. K tomu stačí běžný teploměr a vlhkoměr. Rosný bod pak stanovíme pomocí upraveného Magnusova vzorce, viz výpočtový program Relativní vlhkost vzduchu a rosný bod:

kde
tR je rosný bod vnitřního vzduchu ve °C,
tI je interiérová teplota ve °C a
RH je relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %.

Hodnoty rosného bodu v bytě při různých teplotách a různých relativních vlhkostech vzduchu ukazuje tabulka na obr. 4. Uveďme několik příkladů:

Graf závislosti rosného bodu na teplotě a relativní vlhkosti RH v procentech.

Příklad 1: Nechť je vnitřní teplota 20 °C a venkovní –15 °C. Okenní zasklení se součinitelem UG = 1,7 W/(m2K) má podle vzorce (1) nebo podle grafu na obr. 1 při běžném povrchovém přestupovém tepelném odporu RP = 0,13 m2K/W povrchovou teplotu 12,3 °C. Je-li relativní vlhkost vnitřního vzduchu 50 %, je podle Magnusova vztahu (3) nebo grafu na obr. 4 jeho rosný bod 10 °C; důsledkem je, že se okno nebude rosit. Stoupne li ale relativní vlhkost vzduchu na 60 %, rosný bod vzroste na 12,6 °C a zasklení okna se začne rosit.

Příklad 2: Může se stát, že noční venkovní teplota klesne v zimě na –25 °C, ostatní parametry zůstanou stejné jako v příkladě 1. Povrchová teplota zasklení klesne na 10 °C, rosný bod, viz výše, také. Okno se při relativní vlhkosti 50 % začíná rosit: nejprve na místech, kde je tepelný most anebo slabá přirozená cirkulace vzduchu, tzn. v dolních rozích a na dolní hraně styku zasklení s okenním rámem.

Příklad 3: V noci často v bytě snížíme teplotu. Pokud v předcházejícím příkladě klesne v noci i vnitřní teplota, dejme tomu na na 15 °C, povrchová teplota zasklení klesne na 6,2 °C. Kdyby po ochlazení zůstala stejná relativní vlhkost vzduchu 50 %, rosný bod by byl 5,3 °C. To vypadá velmi příznivě, okno by se nemělo rosit.
Ve skutečnosti však bývá noční pokles teploty doprovázen zvýšením relativní vlhkosti, zejména v nevětrané místnosti. Toto zvýšení je podle výpočtového programu Relativní vlhkost vzduchu a rosný bod podstatné, V tomto případě vzroste relativní vlhkost až na 70 %. Rosný bod je podle vzorce (3) nebo grafu na obr. 4 necelých 10 °C, tedy vysoko nad povrchovou teplotou skel; intenzitu rosení jsme tedy zvýšili.

Význam větrání

K rosení někdy paradoxně dochází až po výměně starých, nevyhovujících oken se zasklením UG ≥ 1,7 W/(m2K) za nová, jejichž rám je podstatně lepší a zasklení na je úrovni UG = 1,1 W/(m2K). Důvod je prostý: zatímco stará, netěsná okna zajišťovala dík vysoké infiltraci (pronikání vzduchu) vydatné větrání velmi suchým zimním vzduchem, nová a velmi těsná okna - pokud jsou zavřena - nevětrají. A tak i když nová a kvalitnější okna mají v zimě výrazně vyšší povrchovou teplotu, může se kvůli jejich těsnosti nahromadit ve vzduchu taková vlhkost z dýchání či pocení osob, vaření, mytí, praní atd., že se přesto orosí.

Větrání je v českých domácnostech vůbec, k dvojí škodě bydlících, podceňováno. V nevětrané novostavbě nebo rekonstruovaném domě, které jsou podle současných standardů velmi těsné, se při provozu a v přítomnosti obyvatel hromadí ve vzduchu vydechovaný oxid uhličitý CO2 a vodní pára.
Např. čtyřčlenná rodina, jejíž členové váží dohromady 220 kg, vydýchá za 24 hodin při běžném provozu přibližně 3,7 kg CO2 a 1,5 kg vodní páry, která pochází pouze z metabolického spalování cukrů. Minimálně dvojnásobné množství vodní páry se navíc uvolní vypocením zkonzumované vody, a další významný přírůstek páry se uvolní při vaření, mytí atd., tedy při provozu bytu.

Závěr

Článek s využitím technické argumentace ukazuje, že riziko tvorby kondenzátu (rosení) na sklech a rámech oken je vyšší při nižší tepelně izolační kvalitě oken a vyšší vlhkosti vnitřního vzduchu. Zároveň jsou podány početní nástroje, se kterými lze riziko rosení okem předpovědět a navrhnout taková řešení, že při předpokládané vlhkosti vnitřního vzduchu a minimálních zimních teplotách se rosení oken vyhneme. Důležitou roli hraje vedle vysokých, tepelně technických vlastností oken také správné větrání tak, aby se relativní vlhkost vnitřního vzduchu v zimě pohybovala do 50 %.

Související články

Autor:
Foto: Archiv redakce