Dvojitá okna

V našich zeměpisných šířkách musíme naše byty a domy vytápět od podzimu až do jara. Stěnami a střechou, okny a dveřmi z budov však větší či menší množství vyprodukovaného tepla do okolního prostředí bez užitku uniká. V zájmu každého z nás je proto tyto úniky tepla co nejvíce omezit. Tepelné ztráty budovy nebo bytu přitom výrazně ovlivňuje kvalita oken. V popisovaném pokusu se názorně přesvědčíte, proč se v oknech používají dvě skla, oddělená vrstvou vzduchu.

Pomůcky

Dvě nádobky s horkou vodou, dvě plexisklové krabičky od CD, dvě kostky másla.

Postup

Jednu krabičku rozložte na dvě části. Plexisklové víčko bude představovat jednoduché okno s jedním sklem. Druhou krabičku budete potřebovat celou – bude představovat okno se dvěma skly, oddělenými vzduchovou mezerou. Dvě stejné nádobky naplňte do tří čtvrtin stejně horkou vodou. Do středu každého „okna“ umístěte kousek vychlazeného másla a obě „okna“ současně položte na nádobky.

Již za krátkou dobu zjistíte, že kostka másla na jednoduchém „okně“ se začne teplem z horké vody rozpouštět a za několik minut se rozpustí úplně. Kostka na dvojitém „okně“ zůstává po celou dobu pokusu prakticky beze změny, teplo z horké vody k ní téměř nepronikne. O izolačních schopnostech „okna“, opatřeného dvojitým sklem se tak velmi názorně přesvědčíte během pár minut. Použijete‑li dvě krabičky nad sebou (což představuje okno se 4 skly) dosáhnete ještě lepšího výsledku. Výsledek pokusu dokazuje, že dvojité okno je z hlediska úspor tepelné energie i finančních prostředků mnohem výhodnější než okno jednoduché.

Vysvětlení

Pevné látky a zejména kovy jsou dobrými vodiči tepla. K nejlepším tepelným vodičům patří stříbro a měď. Vzduch a ostatní plyny jsou naopak velmi špatnými vodiči tepla. U jednoduchého okna s jedním sklem teplo snadno uniká z místnosti ven. U dvojitého okna je mezi skly vrstva vzduchu, která výborně izoluje a brání úniku tepla. Ještě lepší izolační schopnost mají okna, mezi jejichž skly je vakuum.

Trochu fyziky

Tepelné ztráty budov jsou z větší části způsobené únikem tepla stěnami či okny. Množství tepla Q, které projde stěnou (nebo oknem) za určitou dobu, závisí na několika veličinách:

· na ploše stěny (S)

· na tloušťce stěny (d)

· na materiálu stěny (λ)

· na rozdílu teplot uvnitř budovy t₁ a mimo budovu t₂ (Δt = t₁ – t₂)

· na době (Ƭ)

Tuto závislost vyjadřuje tzv. Fourierův vztah:

Veličina λ se nazývá součinitel tepelné vodivosti. V tabulce uvádíme součinitel tepelné vodivosti pro vybrané materiály. Čím menší je λ, tím lépe daný materiál tepelně izoluje.

materiál	λ (W.m‑1.K‑1)
stříbro měď beton sklo voda cihla dřevo polystyren vzduch	418 395 0,8 0,75 0,6 0,6 0,17 0,04 0,024

Fourierův vzorec má velmi praktické využití – vyplývá z něho, že tepelné ztráty můžeme výrazně snížit především použitím materiálu s malým součinitelem tepelné vodivosti λ a zvětšením tloušťky stěny d. Proto se při zateplování budov používá dostatečně silná vrstva polystyrenu nebo minerální vlny.