Pozemní stavitelství IV.

4. STAVEBNĚ FYZIKÁLNÍ PROBLEMATIKA PLOCHÝCH STŘECH

CÍLE KAPITOLY

Cílem kapitoly je:

1. Důkladně si osvojit principy fyzikálního působení jednotlivých typů plochých střech.

2. Zvládnout navrhování a posuzování jednotlivých typů plochých střech z hlediska stavební tepelné techniky a akustiky.

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY

Co je v kapitole důležité.

1. Pojednání o tepelně technické problematice plochých střech.

2. Tepelně technické posouzení jednoplášťové ploché střechy.

3. Tepelně technické posouzení dvouplášťové ploché střechy.

4. Akustická problematika střech.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

Na prostudování kapitoly bude třeba asi 8 hodin.

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY

Tepelně technická problematika plochých střech, tepelně technická posouzení plochých střech, tepelně technické posouzení jednoplášťové ploché střechy, tepelně technické posouzení dvouplášťové ploché střechy, vzduchová neprůzvučnost ploché střechy, kročejová neprůzvučnost ploché střechy

Do stavebně fyzikální problematiky střech a obvodových plášťů budov (viz kap. 12) patří také jejich návrh a posouzení z hlediska stavební tepelné techniky a akustiky.

4. 1 Tepelně technická problematika plochých střech

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 střešních plášťů i svislých obvodových konstrukcí.

Střechy a svislé obvodové konstrukce se navrhují a posuzují z hlediska:

1. Návrhových teplot a relativních vlhkostí venkovního vzduchu (θ _e, φ _e).

2. Návrhových teplot a relativních vlhkostí vnitřního vzduchu (θ _i, φ _i).

Návrhové hodnoty teplot a relativních vlhkostí venkovního vzduchu pro území České republiky se určí podle ČSN 73 05 40 - 3 [39]. Taktéž návrhové hodnoty teplot a relativních vlhkostí vnitřního vzduchu se určí podle [39].

Porovnáme-li parciální tlaky vodní páry při návrhových hodnotách teplot venkovního vzduchu (θ _e = - 15 ° C, θ _e = - 18 ° C a θ _e = - 21 ° C) a k tomu příslušných relativních vlhkostí (φ _e) s parciálními tlaky vodní páry při výpočtových hodnotách teplot vnitřního vzduchu (např. θ _i = 5 ÷ 25 ° C) a při výpočtových hodnotách relativních vlhkostí vnitřního vzduchu (φ _i), je patrné, že parciální tlaky vodní páry p_d [Pa] jsou v interiéru budov vyšší než parciální tlaky vodní páry v exteriéru (viz tab. 11). A to po dobu většího počtu dní během roku. Totéž platí o měrné vlhkosti (vodním obsahu) vzduchu x [g.kg^-1]. Pouze v letním období (s menším počtem dní) je tomu naopak.

DŮLEŽITÉ!

Z výše uvedeného tedy plyne, že k difúzi vodní páry skrze střechu a svislé obvodové konstrukce dochází po dobu většího počtu dní v roce směrem z interiéru do exteriéru.

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

1. Teploty vnitřního vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než teploty venkovního vzduchu (θ _i > θ _e).

2. Parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v interiérech budov jsou vyšší než parciální tlaky vodní páry obsažené ve vzduchu v exteriéru (p_di > p_de).

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

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

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

Tab. 4. 1: Porovnání některých výpočtových hodnot vzduchu

Zdůvodnění těchto zásad je možno najít na obr. 4. 1. Jsou na něm znázorněny průběhy teplot θ , parciálních tlaků vodní páry p_d a parciálních tlaků vodní páry při nasycení p_d" na obvodové konstrukci s tepelnou izolací umístěnou na venkovní straně obvodové konstrukce, na vnitřní straně obvodové konstrukce a na vnitřní straně obvodové konstrukce s parozábranou.

Při umístění tepelné izolace na vnější straně obvodové konstrukce (obr. 4. 1a) zpravidla nedochází ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce, jak je patrné z průběhu parciálních tlaků vodní páry p_d a parciálních tlaků vodní páry při nasycení p_d" , kdy p_d < p_d" .

Při umístění tepelné izolace na vnitřní straně obvodové konstrukce (obr. 4. 1b) dochází zpravidla k prochlazení obvodové konstrukce, teploty uvnitř konstrukce jsou nižší než v případě vnější tepelné izolace a tudíž i parciální tlaky vodní páry při nasycení p_d" dosahují nižších hodnot a dostávají se i pod hodnoty p_d, tedy p_d > p_d" , (viz průběh parciálních tlaků vodní páry p_d a parciálních tlaků vodní páry při nasycení p_d" ), přičemž dochází ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce.

Tomuto jevu je možno zabránit například umístěním parozábrany (vrstvy s vysokým difúzním odporem) na vnitřní straně konstrukce - viz obr. 4. 1c. Pokud má parozábrana dostatečně vysokou hodnotu difúzního odporu R_d (resp. ekvivalentní difúzní tloušťky r_d), pak způsobí snížení hodnot parciálních tlaků vodní páry uvnitř konstrukce p_d pod hodnoty parciálních tlaků vodní páry při nasycení p_d" (tedy p_d < p_d" ), čímž dojde k zabránění kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce. Parozábrana, samozřejmě, neovlivní průběh teplot θ uvnitř konstrukce, ani parciálních tlaků vodní páry při nasycení p_d" . Ty zůstávají stejné jako v případě znázorněném na obr. 4. 1b.

U plochých střech s klasickým pořadím vrstev může navíc docházet ke kondenzaci vodní páry pod hydroizolací (povlakovou krytinou) v důsledku jejího vysokého difúzního odporu R_d (resp. ekvivalentní difúzní tloušťky r_d). Pojednání o příčinách kondenzace vodní páry v plochých střechách a o možnostech jejího snížení či úplného vyloučení je uvedeno v kap. 4. 1. 1. 1.

Obr. 4. 1: Porovnání průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry v obvodové konstrukci,

a) průběh teplot a parciálních tlaků vodní páry v obvodové konstrukci s tepelnou izolací na venkovní straně,

b) průběh teplot a parciálních tlaků vodní páry v obvodové konstrukci s tepelnou izolací na vnitřní straně,

c) průběh teplot a parciálních tlaků vodní páry v obvodové konstrukci s tepelnou izolací na vnitřní straně a s parozábranou.

Na obr. 4. 2 - 4. 7 je ukázka příkladu průběhu teplot a parciálních tlaků vodní páry u reálných konstrukcí (zdivo z plných cihel o tl. 300 mm s pěnovým polystyrénem o tl. 150 mm) podle obr. 4. 1a, 4. 1b a 4. 1c - výstupy z programu TEPLO 2005 (předchozí verze programu TEPLO 2007 [19]). Uvedené principy platí pro veškeré obvodové konstrukce (střechy i obvodové pláště).

Obr. 4. 2: Průběh teplot v cihelné zdi z plných cihel a s pěnovým polystyrénem na vnější straně

Obr. 4. 3: Průběhy parciálních tlaků vodní páry v cihelné zdi z plných cihel a s pěnovým polystyrénem na vnější straně

Obr. 4. 4 Průběh teplot v cihelné zdi z plných cihel a s pěnovým polystyrénem na vnitřní straně

Obr. 4. 5: Průběhy parciálních tlaků vodní páry v cihelné zdi z plných cihel a s pěnovým polystyrénem na vnitřní straně

Obr. 4. 6: Průběh teplot v cihelné zdi z plných cihel s pěnovým polystyrénem a s parozábranou na vnitřní straně

Obr. 4. 7: Průběhy parciálních tlaků vodní páry v cihelné zdi z plných cihel s pěnovým polystyrénem a s parozábranou na vnitřní straně

4. 1. 1 Tepelně technická posouzení plochých střech

Tepelně technické posouzení ploché střechy se provede podle ČSN 73 0540 - 2 [16].

DŮLEŽITÉ!

4. 1. 1. 1 Tepelně technické posouzení jednoplášťové ploché střechy

Tepelně technické posouzení jednoplášťové ploché střechy musí obsahovat:

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

b) posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu v rizikových místech

c) posouzení kondenzace vodní páry uvnitř střešního pláště.

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

Musí být splněna podmínka uvedená v kap. 5. 2 ČSN 73 0540 - 2 [16] a to:

U ≤ U_N [W.m^-2.K^-1] (4. 1)

Kde:

U_N [ W.m^-2.K^-1] - požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla (viz ČSN 73 5040 - 2 [16]), resp. kap. 3. 2. 5.

Posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m-2.K-1] se provede vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2007 [19]).

b) Posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu.

Účelem tohoto posouzení je prověřit možnost kondenzace vodní páry v rizikových místech (vodorovný kout u venkovní stěny, vodorovný kout u vnitřní stěny sousedící s nevytápěnou místností, apod.). Posouzení se provede podle zásad uvedených v kap. 5. 1 ČSN 73 0540 – 2 [16]. Tímto způsobem se vyhodnocuje vnitřní povrchová teplota v poměrném tvaru jako teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi. Teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi je jednoznačnou vlastností konstrukce ve sledovaném místě, která není závislá na teplotách přilehlých prostředí. Řešení se provede vhodným výpočetním programem (např. AREA 2007 [18]). Posouzení v dolním koutě je třeba provést proto, že povrchové teploty zde bývají nižší než v ploše stěny.

Je třeba, aby konstrukce v zimním období v prostorách s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ _i ≤ 60 %, vykazovaly v každém místě teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi podle vztahu:

f_Rsi ≥ f _Rsi,N [-] (4. 2)

kde:

f _Rsi,N [-] - požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu (viz ČSN 73 5040 - 2 [16]).

V případě, že není možno splnit uvedenou podmínku, což se týká zejména místností relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ_i > 60 %, pak je nutno postupovat podle příslušných ustanovení kap. 5 ČSN 73 0540-2 [16]. Zde se jedná o zajištění bezchybné funkce konstrukce při povrchové kondenzaci vodní páry, vyloučení nepříznivého působení kondenzátu na navazující konstrukce, zajištění odvodu kondenzátu, nebo snížení relativní vlhkosti vnitřního vzduchu v zimním období.

c) posouzení kondenzace vodní páry uvnitř střešního pláště

Toto posouzení je nutné, aby kondenzovaná vodní pára nezpůsobovala zvýšenou vlhkost tepelné izolace, případně také ostatních vrstev střešního pláště, a tím nezhoršovala její funkci. S ohledem na místní klimatické podmínky, které jsou v České republice, bude po většinu dní v roce docházet k difúzi vodní páry směrem od interiéru do exteriéru. Musí zde být splněny následující podmínky, které jsou uvedeny v kap. 6 ČSN 73 0540 - 2 [16], a to:

- pro stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce mohla ohrozit její požadovanou funkci, nesmí dojít ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce. Tedy:

M_c = 0 (4. 3)

- pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry uvnitř neohrozí její požadovanu funkci musí být splněna podmínka:

M_c ≤ M_c,N (4. 4)

Kde:

M_c [kg.m^-2.rok^-1] - množství zkondenzované vodní páry.

M_c,N = 0,10 kg.m^-2.rok^-1 nebo 3% plošné hmotnosti materiálu,

resp. M_c ≤ M_c,N = 0,50 kg.m^-2.rok^-1 nebo 5% plošné hmotnosti materiálu.

Zároveň musí být splněna podmínka:

M_c < M_ev (4. 5)

Kde: M_ev [kg.m^-2.rok^-1] - množství vypařitelné vodní páry.

Posouzení kondenzace se provede vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2007 [19]). Bilance zkondenzované a vypařené vody u plochých střech je nutná proto, že uvnitř střešního pláště se vždy nachází vodní pára, která prostupuje difúzí z prostředí o jejich nižším parciálním tlaku do prostředí o vyšším parciálním tlaku. Tedy po dobu větší části roku, kdy teplota vnitřního vzduchu je vyšší než teplota venkovního vzduchu (θ _i > θ _e ) tím také parciální tlak vodní páry obsažené ve vnitřním vzduchu je větší než parciální tlak vodní páry obsažené ve venkovním vzduchu, dochází k difúzi vodní páry směrem z interiéru do exteriéru. Naopak v letním období, pokud je situace opačná, tedy když teplota vnitřního vzduchu je nižší než teplota venkovního vzduchu (θ _i < θ _e ), tedy i parciální tlak vodní páry vnitřního vzduchu je nižší než parciální tlak venkovního vzduchu (p_di < p_de), dochází k difúzi vodní páry směrem z exteriéru do interiéru.

DŮLEŽITÉ!

Zda dochází či nedochází ke kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště závisí na následujících okrajových podmínkách:

a) teplotě a relativní vlhkosti vnitřního vzduchu (θ _i, φ _i).

b) teplotě a relativní vlhkosti venkovního vzduchu (θ _e, φ _e).

c) skladbě střešního pláště (materiály, jejich tloušťky a pořadí vrstev), která následně ovlivňuje průběh teplot a parciálních tlaků vodní páry uvnitř skladby střechy.

To ve skutečnosti znamená, že k vysoké kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště dochází:

1. Při nedostatečné tloušťce tepelné izolace (při nedostatečné hodnotě součinitele prostupu tepla U).

2. Při vysokém difúzním odporu R_d (resp. ekvivalentní difúzní tloušťce r_d) hydroizolace (střešní krytiny) - u plochých střech s klasickým pořadím vrstev.

3. Při absenci parotěsné vrstvy (parozábrany) ve střešním plášti.

4. V důsledku kombinace některých uvedených dvou, nebo všech tří, příčin.

Vyloučení nebo snížení kondenzace uvnitř konstrukce střechy dosáhneme:

1. Snížením hodnoty součinitele prostupu tepla U tepelné izolace (zvýšením její tloušťky, případně návrhem jiného materiálu s nižší hodnotou součinitele tepelné vodivosti λ [W.m^-1.K^-1]).

2. Návrhem materiálu hydroizolace (střešní krytiny) s nižší hodnotu difúzního odporu R_d (resp. ekvivalentní difúzní tloušťky r_d).

3. Vložením vhodné parozábrany, kterou umístíme pod tepelnou izolaci, co nejblíže k dolnímu povrchu střešního pláště.

4. Kombinací některých z uvedených dvou, nebo všech tří způsobů.

Ukázka tepelně technického posouzení jednoplášťové střechy - výstup z programu TEPLO 2007 [19]:

VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2007)

Název konstrukce: Střecha

Rekapitulace vstupních dat

Návrhová vnitřní teplota Ti: 20,0 C

Návrhová venkovní teplota Tae: -15,0 C

Teplota na vnější straně Te: -15,0 C

Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai: 21,0 C

Relativní vlhkost v interiéru RHi: 50,0 % (+5,0%)

Obr. 4.8: Průběh teplot v konstrukci střechy pro extrémní hodnoty výpočtových teplot – výstup z [19]

Obr. 4. 9: Průběh parciálních tlaků vodní páry v konstrukci střechy pro extrémní hodnoty výpočtových teplot – výstup z [19]

Obr. 4. 10: Aktuální míra kondenzace a odparu vodní páry v konstrukci během jednoho roku – výstup z [19]

Poznámka:

Zde je nutno provést také posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu v rizikových místech (např. pomocí programu AREA 2007 [18]).

4. 1. 1. 2 Tepelně technické posouzení dvouplášťové ploché střechy

DŮLEŽITÉ!

4. 1. 1. 2 Tepelně technické posouzení dvouplášťové ploché střechy sestává z:

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

b) posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu v rizikových místech,

c) posouzení kondenzace vodní páry uvnitř dolního pláště.

Uvedená posouzení jsou principiálně stejná jako u jednoplášťové střechy. V případě výpočtu nejnižších povrchových teplot (viz bod b) je však nutné do posuzovaných detailů zahrnout také nasávací a výdechové otvory a část horního pláště.

Dále je pak nutno provést:

d) posouzení kondenzace vodní páry uvnitř vzduchové mezery,

e) posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním (spodním) povrchu horního pláště.

Aby vzduchová mezera mohla řádně plnit svou funkci, musí být zaručeno proudění vzduchu uvnitř vzduchové mezery. Ve vzduchové mezeře nesmí docházet ke kondenzaci vodní páry. Pokud však ke kondenzaci vodní páry ve vzduchové mezeře dojde (za extrémních podmínek, tzn. v zimním období při extrémních návrhových teplotách venkovního vzduchu a při minimálních rychlostech větru či bezvětří), pak kondenzát nesmí ohrožovat funkci a trvanlivost konstrukčních materiálů.

Posouzení proudění vzduchu a možnosti kondenzace vodní páry ve vzduchové mezeře se provede vhodným výpočetním programem (např. MEZERA 2005 [20]). Z důvodu, že na území ČR je ze statistického hlediska přibližně čtvrt roku téměř bezvětří, je vhodné provést posouzení pro dva stavy, a to:

a) s vlivem větru,

b) bez vlivu větru.

Takto je možno na základě posouzení několika variant navrhnout jak optimální výšku vzduchové mezery, resp. její celkovou geometrii, tak také větrací otvory (jejich počet, velikost a plochu). A to tak, aby se zamezilo výskytu kondenzace vodní páry, který zároveň svědčí o nedostatečném proudění vzduchu v mezeře. Pokud nestačí úprava geometrie vzduchové mezery, nebo tato není možná (např. z důvodu výškové návaznosti na sousední objekt), zvýšíme difúzní odpor dolního pláště (např. vložením parozábrany pod tepelnou izolaci).

Pokud jde o kondenzaci vodní páry na vnitřním (spodním) povrchu horního pláště - kondenzát vytvořený na dolním líci horního pláště odkapává na tepelnou izolaci umístěnou na dolním plášti, proniká do ní a zhoršuje její tepelně izolační funkci. Proto ČSN 73 0540 - 2 [16] doporučuje, aby se součinitel prostupu tepla horního pláště pohybovl v rozmezí U = (1,5 až 2,7) W.m^-2.K^-1.

Posouzení možnosti kondenzace vodní páry na vnitřním (spodním) povrchu horního pláště se provede vhodným výpočetním programem (např. MEZERA 2007 [20]) v rámci jednoho výpočtu spolu s posouzením kondenzace vodní páry uvnitř vzduchové mezery.

Pokud je posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním (spodním) povrchu horního pláště nevyhovující, je možno zabránit kondenzaci vodní páry na dolním povrchu horního pláště pomocí následujících opatření:

1. Úpravou geometrie dutiny a větracích otvorů.

2. Zvýšením difúzního odporu dolního pláště (např. vložením parozábrany pod tepelnou izolaci).

3. Návrhem tepelné izolace na horním povrchu horního pláště.

4. Kombinací uvedených možností.

Aby nemohlo docházet ke kondenzaci vodní páry na vnitřním (spodním) povrchu horního pláště musí být jeho teplota vyšší než teplota rosného bodu, která odpovídá teplotě a relativní vlhkosti vzduchu proudícího ve vzduchové mezeře.

Úpravou geometrie vzduchové mezery a větracích otvorů zvýšíme výměnu vzduchu ve vzduchové mezeře, čímž snížíme jeho relativní vlhkost. Tím také snížíme teplotu rosného bodu proudícího vzduchu.

Zvýšením difúzního odporu dolního pláště snížíme množství vodní páry pronikající difúzí z interiéru do vzduchové mezery. Tím snížíme relativní vlhkost vzduchu ve vzduchové mezeře. Čímž snížíme jeho teplotu rosného bodu.

Návrhem tepelné izolace na horním povrchu horního pláště zvýšíme povrchovou teplotu na jeho vnitřním (spodním) povrchu.

Pokud jde o vliv tepelné izolace umístěné na horním povrchu horního pláště na rychlost proudění vzduchu ve vzduchové mezeře, je tento velmi malý, téměř bezvýznamný. Tepelná izolace na horním povrchu horního pláště sice zvýší teplotu proudícího vzduchu v mezeře, avšak z teoretických výpočtů i z praxe víme, že toto zvýšení je poměrně malé. To pak má za následek jen velmi nepatrné (zanedbatelné) zvýšení měrné hmotnosti vzduchu proudícího v dutině (řádově v tisícinách kg.m^-3), což má na tlakový spád, který způsobuje proudění vzduchu v dutině, zanedbatelný vliv. Dominantní vliv má rychlost vzduchu, který vstupuje do vzduchové mezery, což je dáno rychlostí vanutí větru, která tak zásadním způsobem určuje hodnotu tlakového spádu.

Z toho také plyne, že případné převýšení nasávacích a výdechových otvorů, pokud vane vítr, má na proudění vzduchu ve vzduchové mezeře pouze zanedbatelný vliv, což jasně vyplývá z následujících početních vztahů platných pro výpočet proudění vzduchu ve vzduchové mezeře. Převýšení nasávacích a výdechových otvorů má však vliv za bezvětří, nebo při velmi malých rychlostech proudění větru. Tehdy i tento nepatrný rozdíl měrných hmotností vzduchu v místech nasávacích a výdechových otvorů vytváří tlakový spád (sice zpravidla velmi malý), ale z hlediska z hlediska zajištění proudění vzduchu ve vzduchové mezeře významný.

Aby byla zajištěna správná funkce vzduchové mezery, tedy aby zde docházelo k proudění vzduchu, musí být splněna podmínka:

Δp_c ≥ Δp_z [Pa] (4. 7)

kde:

Δp_c [Pa] - výsledný tlakový spád vzduchu proudícího v mezeře,

Δp_z [Pa] - celková ztráta tlaku.

Tlakový spád vzduchu proudícího ve vzduchové mezeře δp_c se vypočte z rovnice:

Δ p_c = Δ p_t + Δ p_v [Pa] (4. 8)

kde:

Δ p_t [Pa] - tlakový spád vzduchu způsobený rozdílem teplot venkovního vzduchu v místě nasávacího otvoru a v místě x vzdáleném od nasávacího otvoru vzduchové dutiny,

Δ p_v [Pa] - tlakový spád vzduchu způsobený rychlostí proudění venkovního vzduchu.

Δ p_t = (ρ _e - ρ _x).g.h [Pa] (4. 9)

[Pa] (4. 10)

kde:

ρ _e [kg.m^-3] - hustota venkovního vzduchu vstupujícího nasávacím otvorem do vzduchové mezery,

ρ _x [kg.m^-3] - hustota vzduchu v místě x vzdáleném od nasávacího otvoru vzduchové dutiny,

h [m] - výškový rozdíl mezi osami vstupního a výstupního otvoru,

g [m.s^-2] - tíhové zrychlení (g = 9,81 m.s^-2),

v [m.s^-1] - rychlost větru, která se určí buďto z tab. E. 6 ČSN 73 0540-3 [39], nebo z tab. A. 4 ČSN 06 0210 [11],

A_n - aerodynamický součinitel na návětrné straně (A_n = 0,6),

A_z - aerodynamický součinitel na závětrné straně (A_z = - 0,3).

Celkovou ztrátu tlaku Δ p_z určíme ze vztahu:

Δ p_z = Δ p_tř + Δ p_vř [Pa] (4. 11)

kde:

Δ p_tř [Pa] - ztráta tlaku třením,

Δ p_vř [Pa] - ztráta tlaku vřazenými odpory.

Ztráta tlaku třením Δ p_tř je způsobena třením vzduchu o stěny vzduchové dutiny. Ztráta tlaku vřazenými odpory Δ p_vř je způsobena rušením pravidelného proudění vzduchu místními vlivy - například při obtékání překážek, na vstupním a výstupním otvoru, atd.

Dominantní vliv rychlosti proudění větru, tedy vzduchu vstupujícího do dutiny, je možno ukázat na následujícím konkrétním příkladě výpočtu tlakového spádu vzduchu ve vzduchové mezeře.

Návrhová teplota venkovního vzduchu je θ _e = -15 °C, δ _e = 84 %, (ρ _e = 1,324 kg.m^-3), který se po vstupu do vzduchové mezery ohřeje o 5 °C a na výstupu v místě výdechových otvorů má již tyto parametry: θ _e = -10 °C, φ _e = 83 %, (ρ _e = 1,297 kg.m^-3). Převýšení nasávacích a výdechových otvorů h = 1 m.

Tlakový spád vzduchu způsobený rozdílem teplot venkovního vzduchu Δ p_t v místě nasávacích a výdechových otvorů má hodnotu:

Δ p_t = (ρ _e - ρ _x).g.h = (1,324-1,297).10. 1 = 0,27 Pa

Tlakový spád vzduchu způsobený rychlostí proudění venkovního vzduchu Δ p_v má například pro rychlosti 1, 3 a 5 m.s^-1 tyto hodnoty:

Z výsledků tlakových spádů v uvedených výpočtech je patrný dominantní vliv rychlosti větru, resp. proudícího vzduchu na vstupu do vzduchové mezery na tlakový spád, resp. výsledný tlakový spád vzduchu ve dvouplášťové střeše. Rovněž je patrný zanedbatelný vliv teplotního rozdílu vzduchu na vstupu a na výstupu z mezery, a to i při jejich převýšení o 1 m, což je hodnota z reálného hlediska prakticky maximální.

Ukázka tepelně technického posouzení dvouplášťové střechy - výstup z programu MEZERA 2007 [20]:

HODNOCENÍ KONSTRUKCÍ S OTEVŘENOU VZDUCHOVOU VRSTVOU

RYCHLOST PROUDĚNÍ VZDUCHU, PRŮBĚH TEPLOT A TLAKŮ VE VĚTRANÉ VRSTVĚ

podle ČSN 730540

Mezera 2007

Název úlohy : Dvouplášťová střecha

Zpracovatel : FAST

Zakázka :

Datum : 23.2.2007

Obr. 4. 11: Průběh teplot a parciálních tlaků ve vzduchové mezeře dvouplášťové střechy - výstup z programu MEZERA 2007 [20]

4. 1. 2 Akustická problematika střech a svislých obvodových konstrukcí

Z obecného hlediska může hluk skrze střechu pronikat v obou směrech, a to:

1. zvenku do vnitřních prostorů pod střechou,

2. zevnitř do venkovního prostředí, pokud je uvnitř objektu zdroj hluku.

V obou případech jsou na konstrukci střechy a svislou obvodovou konstrukci kladeny požadavky na zvukovou izolaci, a to:

1. U střech - na vzduchovou neprůzvučnost. V případě pochůzných či pojížděných střech také na kročejovou neprůzvučnost.

2. U svislých obvodových konstrukci - na vzduchovou neprůzvučnost.

Požadavky na zvukovou izolaci stavebních konstrukcí stanoví ČSN 73 0532 [22]. Požadavky na izolaci mezi místnostmi v budovách jsou uvedeny v tab. 4. 2. Jsou zde uvedeny požadavky na minimální hodnoty vzduchových a maximální hodnoty kročejových neprůzvučností. Požadavky na zvukovou izolaci obvodových plášťů budov jsou uvedeny v tab. 4. 3.

Nejvyšší přípustné hodnoty hluku uvnitř budov a ve venkovním prostoru jsou stanoveny v Nařízení vlády č. 5/2000 Sb. [21], jenž znění bylo změněno Nařízením vlády č. 88/2004 Sb. [28].

Tab. 4. 2: Požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách [22]

Tab. 4. 3: Požadavky na zvukovou izolaci obvodových plášťů budov [22]

4. 1. 2. 1 Stanovení vzduchové neprůzvučnosti

Hodnota vzduchové neprůzvučnosti závisí na plošné hmotnosti jednotlivých vrstev konstrukce a na frekvenci zvuku. S rostoucí plošnou hmotností konstrukce narůstá její vzduchová neprůzvučnost a naopak. Totéž platí o frekvenci zvuku. Problematika výpočtu vzduchové neprůzvučnosti je poměrně složitou záležitostí a je obsažena v příslušné odborné literatuře, např. v [23] a [24]. Výpočet vzduchové neprůzvučnosti je vhodné provést užitím příslušného software - např. [25].

Vzduchová neprůzvučnost je definována souřadnicí posunuté směrné křivky při referenčním kmitočtu 500 Hz. Tento jednočíselný údaj pak dovoluje rychle a jednoduše porovnávat vzduchovou neprůzvučnost příslušné konstrukce se vzduchovou neprůzvučností požadovanou v ČSN 73 0532 [22] - viz tab. 12 a 13.

Je třeba rozlišovat mezi váženou laboratorní vzduchovou neprůzvučností R_w, kterou určíme výpočtem a mezi váženou stavební neprůzvučností R^′ _w, která má nižší hodnotu a souvisí s vedlejšími cestami zvuku v objektu. Platí mezi nimi vztah:

R^′ _w = R_w - k [dB] (4. 12)

Kde:

k [-] - korekce, závislá na vedlejších cestách zvuku.

Pro jednovrstvé homogenní plošné konstrukce z klasických stavebních materiálů (cihla, beton) je k = 2 dB. Pro složitější konstrukce se k určuje individuálně.

Aby byla příslušná stavební konstrukce z hlediska vzduchové neprůzvučnosti vyhovující, musí být vypočtená hodnota vážené stavební neprůzvučnosti vyšší, než je hodnota R^′ _w, kterou požaduje ČSN 73 0532 [22] (viz tab. 4. 2), tedy musí platit:

R^′ _w,vyp > R^′ _w [dB] (4. 13)

Pokud je hodnota vzduchové neprůzvučnosti konstrukce nevyhovující, je třeba provést její úpravu, a to například:

1. Zvýšit plošnou hmotnost konstrukce.

2. Navrhnout konstrukci se vzduchovou mezerou (tloušťka 100 ÷ 200 mm), do níž se vloží desky nebo rohože z minerálních vláken (ať už na dolní plášť dvouplášťové střechy, nebo na podhled). Není však nutné, aby jimi byla mezera vyplněna v celém průřezu.

Vysokých hodnot vzduchové neprůzvučnosti je možno dosáhnout, jestliže zkombinujeme nosnou konstrukci střechy o vysoké plošné hmotnosti s podhledem z ohybově měkké desky (např. zavěšený podhled ze sádrokartonových desek, apod.).

3. Konstrukce je třeba řešit jako vzduchotěsné (beze spár, případně se spárami vyplněnými tmelem).

Ukázka výpočtu vzduchové neprůzvučnosti jednoplášťové střechy - výstup z programu NEPRŮZVUČNOST 2005 [25]:

TEORETICKÝ VÝPOČET

VZDUCHOVÉ A KROČEJOVÉ NEPRŮZVUČNOSTI

STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

dle J.Čechura: Stavební fyzika 10, ČVUT 1997

a ČSN EN ISO 717-1 a ČSN EN ISO 717-2 (1998)

NEPrůzvučnost 2005

Název úlohy : Jednoplášťová střecha

Zpracovatel : FAST

Zakázka :

Datum : 23.2.2007

Obr. 4. 12: Ukázka grafického výstupu z programu NEPRŮZVUČNOST 2005 [25] - výpočet vzduchové neprůzvučnosti střechy

4. 1. 2. 2 Stanovení kročejové neprůzvučnosti

Pro kročejový hluk je charakteristické, že zdroj zvuku je v přímém kontaktu s dělicí konstrukcí (na rozdíl od hluku přenášeného vzduchem). Kročejový hluk vzniká chůzí, pádem předmětu apod. Problematika výpočtu kročejové neprůzvučnosti je rovněž složitou záležitostí a je obsažena v příslušné odborné literatuře, např. v [23] a [24]. Výpočet vážené normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku L_n,w je vhodné provést pomocí příslušného software - např. [25].

Kročejová neprůzvučnost je také definována souřadnicí posunuté směrné křivky při kmitočtu 500 Hz. Výsledek výpočtu se porovná s váženou normalizovanou hladinou akustického tlaku kročejového zvuku - L^′_n,w, požadovanou v ČSN 73 0532 [22] (viz tab. 4. 3). Aby byla stropní konstrukce z hlediska kročejové neprůzvučnosti vyhovující, musí platit:

L_n,w < L^′_n,w [dB] (4. 14)

Ukázka výpočtu kročejové neprůzvučnosti stropu - výstup z programu NEPRŮZVUČNOST 2005 [25]:

TEORETICKÝ VÝPOČET

VZDUCHOVÉ A KROČEJOVÉ NEPRŮZVUČNOSTI

STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

dle J.Čechura: Stavební fyzika 10, ČVUT 1997

a ČSN EN ISO 717-1 a ČSN EN ISO 717-2 (1998)

NEPrůzvučnost 2005

Název úlohy : Jednoplášťová střecha

Zpracovatel : FAST

Zakázka :

Datum : 23.2.2007

Obr. 4. 13: Ukázka grafického výstupu z programu NEPRŮZVUČNOST 2005 [25] - výpočet kročejové neprůzvučnosti střechy

samostatný úkol

1. Vysvětlete tepelně technickou problematiku plochých střech.

2. Popište z čeho sestává a jak se provádí tepelně technické posouzení jednoplášťové ploché střechy.

3. Vysvětlete proč může docházet ke kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště jednoplášťové ploché střechy. Dále vysvětlete, jak můžete tuto kondenzaci snížit nebo úplně vyloučit.

4. Popište z čeho sestává a jak se provádí tepelně technické posouzení dvouplášťové ploché střechy.

5. Vysvětlete proč může docházet ke kondenzaci vodní páry ve vzduchové mezeře dvouplášťové ploché střechy. Dále vysvětlete, jak můžete tuto kondenzaci vyloučit.

6. Vysvětlete proč může docházet ke kondenzaci vodní páry na dolním povrchu horního pláště dvouplášťové ploché střechy. Dále vysvětlete, jak můžete tuto kondenzaci vyloučit.

7. Vysvětlete akustickou problematiku plochých střech. Vysvětlete, jakým způsobem je možno posoudit vzduchovou a kročejovou neprůzvučnost ploché střechy. Dále pak vysvětlete, jak je možno tyto veličiny v případě negativního výsledku upravit.

SHRNUTÍ KAPITOLY

Po prostudování první kapitoly budete umět:

1. Navrhnout a posoudit jednoplášťovou a dvouplášťovou plochou střechu z hlediska stavební tepelné techniky.

2. Navrhnout a posoudit jednoplášťovou a dvouplášťovou plochou střechu z hlediska stavební akustiky.

Vytisknout | Nahoru ↑