Pozemní stavitelství IV.

CÍLE KAPITOLY

Cílem kapitoly je:

1. Osvojit si zásady potřebné pro správný návrh obvodových stěn z hlediska stavební tepelné techniky.

2. Naučit se provádět tepelně technická posouzení obvodových stěn.

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY

Co je v kapitole důležité.

1. Tepelně technická problematika obvodových stěn.

2. Tepelně technické posouzení obvodových stěn.

3. Zásady pro navrhování obvodových stěn z hlediska stavební tepelné techniky.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

Na prostudování kapitoly bude třeba asi 4 hodiny.

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY

obvodová stěna, obvodová stěna těžká, obvodová stěna lehká, tepelně technické posouzení obvodové stěny, zásady pro navrhování obvodových stěn z hlediska stavební tepelné techniky, systematické tepelné mosty v obvodové stěně

V souladu s čl. 4. 5 ČSN 73 0540 - 2 [16] rozdělujeme obvodové konstrukce budov (stěny a střešní pláště) z hlediska tepelné setrvačnosti na:

- Lehké (s nízkou tepelnou setrvačností) - konstrukce s plošnou hmotností vrstev nižší než 100 kg.m-2. Jedná se o vrstvy od povrchu v interiéru po tepelnou izolaci s rozhodujícím účinkem na tepelnou ochranu - včetně této izolace.

Typickým příkladem lehkých obvodových stěn jsou lehké obvodové pláště na bázi plastických hmot, skla, lehkých kovů a dřeva.

Nedostatečné tepelně akumulační vlastnosti lehkých obvodových konstrukcí je možno částečně eliminovat nižšími hodnotami součinitelů prostupu tepla U (viz tab. 3 ČSN 73 0540 - 2 [16]).

- Těžké (s vysokou tepelnou setrvačností) - konstrukce s plošnou hmotností uvedených vrstev vyšší než 100 kg.m-2. Typickým příkladem jsou zděné konstrukce z cihel, kamene, železobetonové konstrukce atd.

Z hlediska konstrukčního pak můžeme obvodové stěny rozdělit na:

- Nevětrané

          - Jednovrstvé (homogenní).

          - Vícevrstvé (sendvičové).

          - Transparentní.

- Větrané.

Obr. 12. 1: Příklady základních konstrukčních typů obvodových stěn. a) jednovrstvá (homogenní) stěna, b) vícevrstvá (sendvičová) stěna, c) transparentní stěna, d) větraná stěna

Podrobnější pojednání o zmíněných možnostech řešení obvodových stěn je uvedeno v příslušné odborné literatuře.

DŮLEŽITÉ!

12. 1 TEPELNĚ TECHNICKÁ PROBLEMATIKA OBVODOVÝCH STĚN A STŘEŠNÍCH PLÁŠŤŮ

V našich klimatických podmínkách platí skutečnost, že po dobu většího počtu dní během roku jsou teploty vnitřního vzduchu v interiérech budov vyšší, než teploty venkovního vzduchu. Z této skutečnosti se pak vychází při návrhu svislých obvodových stěn i střešních plášťů. Viz také kap. 4. 1.

Svislé obvodové konstrukce a střešní pláště se navrhují a posuzují z hlediska:

- Návrhových teplot a relativních vlhkostí venkovního vzduchu (θ_ae, φ_e).

- Návrhových teplot a relativních vlhkostí vnitřního vzduchu (θ_ai, φ_i).

Návrhové hodnoty teplot a relativních vlhkostí venkovního vzduchu pro území České republiky jsou uvedeny v ČSN 73 05 40 - 3 [39].

Návrhové hodnoty teplot a relativních vlhkostí vnitřního vzduchu se rovněž stanoví podle ČSN 73 05 40 - 3 [39].

Veškeré svislé obvodové stěny a střechy se tedy v našich klimatických podmínkách navrhují na základě dvou předpokladů:

- Teploty vnitřního vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než teploty venkovního vzduchu (θ_i  > θ_e).

- Parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v exteriéru (p_vi  > p_ve).

Pro konstrukční návrh a posuzování svislých obvodových stěna střech z toho vyplývají následující dvě konstrukční zásady:

- Tepelný odpor R svislé obvodové stěny či střechy se musí směrem od interiéru k exteriéru zvyšovat.

- Difúzní odpor R, resp. ekvivalentní difúzní tloušťka r_d, svislé obvodové stěny či střechy se musí směrem od interiéru k exteriéru snižovat.

Zdůvodnění těchto zásad je možno najít v kap. 4. 1. Tato kapitola se sice týká plochých střech, avšak zde uvedené obecné fyzikální principy platí pro jakékoliv obvodové konstrukce budov, tedy i pro stěny.

DŮLEŽITÉ!

12. 2 Tepelně technické posouzení obvodových stěn

Tepelně technické posouzení svislé obvodové stěny se provede podle ČSN 73 0540 - 2 [16].

Tepelně technické posouzení svislé obvodové stěny musí obsahovat:

a) posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m^-2.K^-1].

b) posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu v rizikových místech.

c) posouzení kondenzace vodní páry uvnitř stěny.

Princip a obsah výše uvedených částí tepelně technického posouzení obvodových stěn je v zásadě stejný jako v případě střešních plášťů jednoplášťových plochých střech - viz kap. 4. Pokud jde o riziková místa v souvislosti s výpočtem povrchových teplot, jedná se zde o dolní a horní vodorovný kout v místě kontaktu podlahy, resp. stropu a obvodové stěny. V těchto místech jsou totiž povrchové teploty nižší než v ploše stěny, proto je nutné provést jejich posouzení.

Pokud se v obvodové konstrukci vyskytují tzv. systematické tepelné mosty (např. sloupy zapuštěné do obvodového pláště u skeletových systémů, sloupy v dřevěných panelech u dřevostaveb apod.), vždy je nutno zohlednit jejich vliv při výpočtu součinitele prostupu tepla U. Zanedbáním tohoto vlivu by došlo k výraznému nadhodnocení obvodové konstrukce z tepelně technického hlediska. (Porovnáním výpočtů bez uvážení a s uvážením vlivu systematických tepelných mostů zjistíme výrazný rozdíl mezi součiniteli prostupu tepla U, který může být při zanedbání zmíněných systematických tepelných mostů řádově o 20 ÷ 30 % nižší). To pak má negativní dopad na další tepelně technické výpočty (průběhy povrchových teplot, kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce, tepelné ztráty atd.), které by byly v důsledku toho rovněž hrubě zkresleny.

Problematika zavedení systematických tepelných mostů do výpočtu hodnoty součinitele prostupu tepla U je podrobněji popsána v kap. 7.

12. 3 Tepelně technické zásady pro navrhování obvodových stěn

1. V případě obvodových zděných stěn z cihel je nutno používat zdící prvky, které mají patřičně nízké hodnoty součinitelů prostupu tepla U tak, aby bylo možno zajistit požadované hodnoty součinitelů prostupu tepla U_N [ W.m^-2.K^-1] bez další tepelné izolace. Z tohoto hlediska jsou naprosto nevhodné například cihly plné CP (290 x 140 x 165 mm).

2. Při použití vápenné, vápennocementové či cementové malty, v důsledku zvýšené tepelné vodivosti uvedených typů malt ve spárách, je negativně ovlivňována tepelná vodivost celé plochy zdiva. Proto s ohledem na tuto skutečnost je vhodné použít zdicích prvků o větších rozměrech a výšce, čímž se sníží počet ložných i styčných spár. To má také pozitivní vliv z hlediska snížení smršťování a dotvarování (sedání) zdiva. Zároveň je vhodné použití speciálních tepelně izolačních malt.

3. V místnostech s vysokými hodnotami relativních vlhkostí vnitřního vzduchu (např. koupelny, sprchy, některé typy výrobních místností) je třeba respektovat následující požadavky:

- tyto místnosti, pokud je to možné, z hlediska vnitřní dispozice nikdy neumísťovat do rohů objektu.

- jako první vrstvu ve směru od interiéru je třeba použít vhodný materiál, který je určen do vlhkého prostředí.

- vnitřní povrch stěn obvodových stěn je třeba opatřit vhodnou úpravou (např. keramickým obkladem, nátěrem s vysokým difúzním odporem apod.) tak, aby byla zajištěna její bezchybná funkce při povrchové kondenzaci vodní páry.

- je nutno vyloučit vliv kondenzátu také na navazující konstrukce.

- je vhodné zajistit rovněž odvod kondenzátu.

- nenavrhovat okna z materiálů, které snadno podléhají destrukci (dřevěná, ocelová apod.).

- v rámci užívání je nutno tyto místnosti dostatečně větrat. A to tak, aby extrémní hodnoty vlhkosti vnitřního vzduchu působily co nejkratší dobu.

4. V případě prefabrikovaných montovaných konstrukcí (např. železobetonových či dřevěných panelů) musí být řádně vyřešeny jejich spoje. Ty musí být trvanlivé, poddajné (musí odolávat případným pohybům způsobeným tepelnou roztažností), vodotěsné, tepelně izolační a neprůvzdušné. Je třeba dbát, aby v místě spoje nebyla zeslabena tloušťka tepelné izolace oproti její tloušťce v ploše prvku.

5. Stropní konstrukce, střešní konstrukce, atiky, půdní zdivo a jejich návaznost na obvodové stěny je nutno navrhnout vždy tak, aby zde nebyl vytvořen tepelný most. To proto, aby v těchto místech nemohlo dojít ke kondenzaci vodní páry na vnitřním povrchu ve vodorovných koutech u stropu nebo podlahy a ke zvýšeným tepelným ztrátám v těchto místech. Z tohoto hlediska je potřeba v rámci tepelně technického posouzení vždy provést výpočet průběhu povrchových teplot v těchto místech (podrobně viz kap. 4. 1. 1).

6. Pokud je obvodová konstrukce řešena na bázi dřeva (např. ze sendvičových panelů s dřevěnou nosnou konstrukcí apod.) pak je třeba navrhnout jeho skladbu tak, aby nebyla připuštěna kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce (M_c = 0). Při normálních hodnotách relativní vlhkosti vnitřního vzduchu toho docílíme použitím parozábrany s vysokým difúzním odporem, umístěné co nejblíže vnitřnímu povrchu před tepelnou izolací. Vyloučení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce je zde nutné proto, že i při splnění podmínek požadovaných ČSN 73 0540 - 2 [16], tedy při aktivní roční bilanci vodní páry (M_c < M_ev) a při splnění podmínek M_c,N ≤ 0,50 kg.m^-2.rok^-1 (nebo 5 % plošné hmotnosti materiálu) , resp. M_c,N ≤ 0,10 kg.m^-2.rok^-1 (nebo 3 % plošné hmotnosti materiálu), zcela běžně dochází k tomu, že uvnitř konstrukce, zejména v zimním období, kondenzuje vodní pára po delší dobu (i několik měsíců). Několikaměsíční vliv kondenzátu na nosnou dřevěnou konstrukci, popřípadě další vrstvy na bázi dřeva může zapříčinit jejich napadení biologickými škůdci (dřevokaznými houbami, dřevokazným hmyzem, hnilobou nebo plísněmi).

Úplné vyloučení kondenzace vodní páry však nebude technicky proveditelné při vyšších teplotách a vysokých hodnotách relativní vlhkosti vnitřního vzduchu (např. v koupelnách). Zde je třeba respektovat zásady uvedené výše v bodě 3.

7. Při použití tepelné izolace z rohoží z minerálních plstí je nutno provést jejich řádné mechanické kotvení k nosné konstrukci. To proto, aby nemohlo dojít k sednutí izolantu a tím ke vzniku tepelných mostů. Z tohoto důvodu nejsou vhodné sypané tepelně izolační materiály.

8. Při použití tepelné izolace z pěnového polystyrénu je nutno použít výrobků s objemovou hmotností min. 30 kg.m^-3.

9. V případě návrhu tepelné izolace obvodových stěn pod úrovní terénu používáme zásadně extrudovaného polystyrénu (XPS), který je téměř nenasákavý. (Nasákavost extrudovaného polystyrénu činí řádově asi 0,25 % obj.)

10. Okna je třeba osazovat:

     1. Pokud není obvodová konstrukce izolovaná, pak do jejího středu.

     2. V případě, že je v obvodové konstrukci umístěna tepelná izolace pak se okno osadí v úrovni tepelné izolace. To proto, aby se nevytvářely tepelné mosty v ostěních oken.

11. Velikost transparentních ploch (okenních otvorů, zasklených ploch apod.) je třeba vždy řáděn uvážit. Je nutné, samozřejmě, respektovat hygienické požadavky na zajištění patřičné intenzity denního osvětlení interiéru. Z tepelně technického hlediska však nejsou vhodné nadměrné velikosti transparentních ploch (jak z hlediska tepelných ztrát či tepelných zisků, tak také z hlediska tepelné stability vnitřního prostoru).

12. Obvodové stěny z materiálů s vysokou nasákavostí (např. z pórobetonu apod.) je nutno v místě kontaktu s terénem nebo jinou vodorovnou plochou (střechou, terasou apod.) proti stékající a odstřikující vodě a sněhu. A to do výšky min. 300 mm.

13. Nadokenní a nadedveřní překlady, železobetonové ztužující věnce, balkóny, lodžie, stopní konstrukce, atiky u plochých střech, půdní zdivo u šikmých střech, případně další železobetonové nebo ocelové prvky, které zasahují do obvodového pláště musí být z venkovní strany řádně tepelně izolovány, aby nevytvářely tepelný most. Opomenuty nesmí být ani prostupy instalací obvodovými konstrukcemi. Musí být zajištěno, aby vnitřní povrchová teplota konstrukce byla vyšší, než je kritická vnitřní povrchová teplota θsi,cr. Tuto skutečnost je nutno vždy ověřit řešením teplotních polí - např. pomocí výpočetního programu AREA 2007 [18].

14. U montovaných konstrukcí (např. na bázi dřeva) je třeba zajistit jejich vzduchotěsnost těsnicí vrstvou. Styky a spoje montovaných konstrukcí musí být utěsněny účinnými těsnicími materiály s požadovanou životností, které odolávají vlivu povětrnosti, dilatačním pohybům a jiným objemovým změnám. Preferuje se dvoustupňové těsnění, jehož vnější bariéra proti dešti je od vzduchové vrstvy oddělena dekompresní dutinou.

15. Pro snížení tepelných zisků budov od vlivů slunečního záření v letním období se doporučuje:

- navrhovat obvodové konstrukce na jejich vnějším povrchu ve světlých barvách,

- opatřit ploché střešní konstrukce reflexními nátěry,

- vhodně využít přirozených clonících prvků, zejména listnatých stromů a keřů - jejich výška a vzdálenost od budovy musí být voleny tak, aby nezabraňovaly příznivému působení slunce na budovu mimo letní období, zejména osvětlení a oslunění místností, pasivnímu využití sluneční energie v zimním období;

- navrhovat střešní a stěnové obvodové konstrukce s odvětrávanou vzduchovou vrstvou při vnějším povrchu,

- větrat budovy vzduchem s nižší teplotou - chladnější vzduch je možno nasávat např. přes suterény budov, z neosluněné strany objektu, z úrovně velkých vodních ploch.

16. Do obvodových konstrukcí není vhodné situovat rozvody teplé či studené vody nebo ústředního vytápění. Pokud je to však nezbytné, pak je nutno tyto řádně tepelně izolovat.

17. V tepelném režimu interiérů budov sehrává významnou roli také výměna vzduchu, která zabezpečuje vyhovující hygienický stav vnitřního prostředí. Důležitý je správný návrh optimálního množství větraného vzduchu. Pokud je výměna vzduchu nadměrná, vznikají velké tepelné ztráty a zvyšuje se spotřeba tepla na vytápění budov. Je-li výměna nedostatečná, zvyšuje se relativní vlhkost vnitřního vzduchu a koncentrace škodlivých látek může z hygienického hlediska dosáhnout nepřípustných parametrů. Vyšší relativní vlhkost vnitřního vzduchu může na vnitřním povrchu konstrukcí vést až ke vzniku zdraví škodlivých plísní. Aktuální jsou řešení s regulovatelným přívodem a odvodem vzduchu, s možností rekuperace tepla s protihlukovými opatřeními zabraňujícími vnikání venkovního hluku.

SAMOSTATNÝ ÚKOL

1. Vysvětlete, jak rozdělujeme obvodové konstrukce podle čl. 4. 5 ČSN 73 0540 - 2 [16].

2. Vysvětlete, jak rozdělujeme obvodové stěny z hlediska konstrukčního.

3. Vysvětlete tepelně technickou problematiku obvodových stěn.

4. Vysvětlete postup při tepelně technickém posouzení obvodové stěny.

5. Vysvětlete problematiku systematických tepelných mostů a způsoby jejich zavedení do výpočtu hodnoty součinitele prostupu tepla U.

6. Vyjmenujte jednotlivé tepelně technické zásady pro navrhování obvodových stěn podrobněji je vysvětlete.

SHRNUTÍ KAPITOLY

Po prostudování první kapitoly budete umět:

1. Navrhnout obvodovou stěnu z hlediska stavební tepelné techniky.

2. Provést tepelně technické posouzení obvodové stěny.