Pozemní stavitelství IV.

CÍLE KAPITOLY

Cílem kapitoly je:

1. Osvojit si možnosti řešení skladeb střešních plášťů šikmých střech.

2. Naučit se provádět odborný návrh skladby střešního pláště šikmých střech.

3. Naučit se provádět tepelně technická posouzení šikmých střech.

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY

Co je v kapitole důležité.

1. Možnosti řešení skladeb střešních plášťů šikmých střech.

2. Tepelně technická posouzení šikmých střech.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

Na prostudování kapitoly bude třeba asi 5 hodin.

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY

Šikmá střecha, střešní plášť šikmých střech, šikmá střecha jednoplášťová, šikmá střecha dvouplášťová, šikmá střecha tříplášťová, tepelně technické posouzení šikmé střechy, vzduchotěsnost střešního pláště

7. 1 Střešní pláště šikmých střech

V případě šikmých střech existuje pět možností řešení skladeb střešních plášťů z hlediska umístění tepelné izolace, a to:

a) Bez tepelné izolace (viz obr. 7. 1a).

b) S tepelnou izolací umístěnou mezi krokvemi (viz obr. 7. 1b).

c) S tepelnou izolací umístěnou mezi krokvemi a pod krokvemi (viz obr. 7. 1c).

d) S tepelnou izolací umístěnou nad krokvemi (viz obr. 7. 1d).

e) S tepelnou izolací umístěnou pod krokvemi (viz obr. 7. 1e).

Střešní plášť bez tepelné izolace (obr. 16. 30a) navrhujeme pouze nad nevyužívaným, a tedy nevytápěným, střešním prostorem. V ostatních případech, pokud je podstřešní prostor využíván (např. obytné místnosti, kanceláře apod.), a tedy i vytápěn, musíme ve střešním plášti vždy navrhnout tepelnou izolaci Tedy některou z variant znázorněných na obr. 16. 30a - e.

S ohledem na skutečnost, že se ve střešním plášti nachází tepelná izolace a podhledová vrstva, musíme ve skladbě střešního pláště pod krytinou a nad tepelnou izolací vždy navrhnout pojistnou hydroizolaci, která musí mít malou hodnotu difúzního odporu (resp. ekvivalentní difúzní tloušťky). To proto, abychom splnili požadavek, že difúzní odpor ve směru od interiéru k exteriéru se má snižovat (viz kap. 4).

Z hlediska tepelné techniky jsou nejvýhodnější varianty s tepelnou izolací umístěnou nad krokvemi (viz obr. 7. 1d) a s tepelnou izolací umístěnou pod krokvemi (viz obr. 7. 1e). To proto, že zde nejsou vytvořeny tzv. systematické tepelné mosty v důsledku umístění krovů do tepelné izolace. Naopak nejméně vhodná je varianta s tepelnou izolací umístěnou mezi krokvemi (viz obr. 7. 1b). A to z důvodu vzniku tzv. systematických tepelných mostů. Návrh tepelné izolace pod krokvemi nebo nad krokvemi může být někdy problematický. Z tohoto důvodu bude zřejmě nejčastější způsob umístění tepelné izolace mezi krokvemi a pod krokvemi (viz obr. 7. 1c).

Obr. 7. 1a: Střešní plášť šikmé střechy bez tepelné izolace

Obr. 7. 1b: Střešní plášť šikmé střechy s tepelnou izolací umístěnou mezi krokvemi

Obr. 7. 1c: Střešní plášť šikmé střechy s tepelnou izolací s tepelnou izolací umístěnou mezi krokvemi a pod krokvemi

Obr. 7. 1d: Střešní plášť šikmé střechy s tepelnou izolací s tepelnou izolací umístěnou nad krokvemi

Obr. 7. 1e: Střešní plášť šikmé střechy s tepelnou izolací s tepelnou izolací umístěnou pod krokvemi

Podle počtu střešních plášťů rozdělujeme šikmé střechy na:

1. Jednoplášťové - jsou tvořeny pouze skládanou krytinou uloženou na latě nebo bednění. Navrhujeme je spíše výjimečně, a to nad prostorami, kde není požadována hydroizolační bezpečnost.

2. Dvouplášťové - mohou být řešeny v zásadě dvojím způsobem a to:

a) bez tepelné izolace - navrhujeme pouze nad nevytápěným prostorem (viz obr. 7. 1a).

b) s tepelnou izolací - je zde odvětrávána pouze pojistná hydroizolace (viz obr. 7. 1d, nebo také v případě obr. 7. 1b a 7. 1c, pokud by zde tepelná izolace byla navržena až do výše horní úrovně krokví).

3. Tříplášťové - zde je odvětrávána jak pojistná hydroizolace, tak také tepelná izolace (viz obr. 7. 1b, obr. 7. 1c a obr. 7. 1e).

Tepelně technická posouzení šikmých střech

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

Tepelně technické posouzení šikmé střechy 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 střešního pláště.

Princip a obsah výše uvedených částí tepelně technického posouzení šikmých střech je v zásadě stejný jako v případě střešních plášťů jednoplášťových plochých střech - viz kap. 4. Pokud jde o riziková místa v souvislosti s výpočtem teplotního faktoru vnitřního povrchu, jedná se zde o dolní vodorovný kout v místě podlahy a v místě návaznosti střešního pláště na obvodovou stěnu obvodové stěny. V těchto místech bývají totiž povrchové teploty nižší než v ploše stěny či střešního pláště a proto je nutné provést posouzení teplotního faktoru právě zde.

Tepelně technický návrh a posouzení šikmých střech má však následující specifika, která je nutno respektovat:

1. Do výpočtu součinitele prostupu tepla U je nutno zahrnout vliv systematických tepelných mostů (pokud se v konstrukci vyskytují).

2. Do posouzení kondenzace vodní páry uvnitř střešního pláště je nutno zahrnout vliv lokálních netěsností, které jsou zapříčiněny mechanickým kotvením parozábrany.

3. Konstrukci střešního pláště je třeba navrhnou jako vzduchotěsnou.

1. Vliv systematických tepelných mostů na výpočet součinitele prostupu tepla U

Pokud se v obvodové konstrukci vyskytují tzv. systematické tepelné mosty (krokve zasahující do tepelně izolační vrstvy - střešní plášť s tepelnou izolací mezi krokvemi, resp. mezi krokvemi a pod krokvemi (viz obr. 7. 1b, 7. 1c a 7. 1e), vždy je nutno zohlednit jejich vliv ve výpočtu součinitele prostupu tepla U. Zvýšení hodnoty U závisí přibližně stejně na velikosti průřezu krokví jako na jejich vzdálenosti.

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. Zanedbání systematických tepelných mostů je hrubou projekční chybou.

Problematika zavedení systematických tepelných mostů do výpočtu hodnoty součinitele prostupu tepla U je podrobně popsána např. v [42]. Součinitel prostupu tepla U se vypočte způsoby popsanými v [42] s tím, že u vrstvy tepelné izolace (o tloušťce t_i), do níž zasahují krokve je nutno stanovit skutečnou hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ _j která je snížena dřevěnými krokvemi. Pro praktické výpočty jsou vhodné dva následující způsoby, kdy výpočet provádíme na charakteristickém výseku D, který má délku rovnou osové vzdálenosti krokví (resp. osové vzdálenosti polí mezi krokvemi).

Obr. 7. 2: Výpočtové schéma střešního pláště šikmé střechy

1. Výpočet součinitele prostupu tepla U pomocí řešení teplotního pole

Pro praktické použití v projekční praxi je nejvýhodnější a nejpřesnější způsob výpočtu hodnoty součinitele prostupu tepla U z výsledků hodnot řešení vícerozměrného teplotního pole (zpravidla dvourozměrného).

Jedná se o nejpřesnější způsob. Pomocí vhodného výpočetního programu (např. AREA 2007 [18]) se provede řešení dvourozměrného teplotního pole v charakteristickém výseku konstrukce. Po provedení výpočtu dvourozměrného teplotního pole se hodnota součinitele prostupu tepla U vypočte ze vztahu:

[W.m^-2 .K^-1]                   (7. 1)

kde:

D [m] - šířka hodnoceného výseku,

Q [W.m^-1] - vypočtená hustota tepelného toku,

θ _i [°C] - návrhová vnitřní teplota,

θ_e [°C] - návrhová venkovní teplota,

L [W.m^-1.K^-1] - tepelná propustnost výsekem konstrukce.

Hodnoty veličin Q a L jsou v programu AREA 2007 [18] vždy vedeny v protokolu výpočtu.

Vypočtenou skutečnou hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ_i pak aplikujeme při výpočtu hodnoty součinitele prostupu tepla U, resp. v dalších tepelně technických výpočtech.

2. Výpočet součinitele prostupu tepla U pomocí váženého průměru ploch

Součinitel prostupu tepla se vypočte obvyklým způsobem, tedy podle vztahu (3. 2) s tím rozdílem, že se do uvedeného vztahu dosadí hodnota součinitele tepelné vodivosti λ_j nehomogenní vrstvy, kterou se zohlední vliv systematických tepelných mostů (např. dřevěných krokví). Součinitel tepelné vodivosti λ_j nehomogenní vrstvy vypočteme podle vztahu:

[W.m^-1 .K^-1]                   (7. 2)

kde:

λ_dř [W.m^-1.K^-1] součinitel tepelné vodivosti materiálu krokve,

λ_i [W.m^-1.K^-1] součinitel tepelné vodivosti materiálu tepelné izolace,

S_dř [m²] plocha materiálu krokve, tedy: S_dř = d_d x t_j,

S_i [m²] plocha materiálu tepelné izolace, tedy: S_i = d_j x t_j,

kde:

d_d [m] - šířka krokve

d_j [m] - šířka tepelné izolace (resp. světlá vzdálenost mezi krokvemi).

Vzhledem k tomu, že výpočet obou ploch vychází ze stejné tloušťka, tedy ti, můžeme vztah (7. 2) upravit na tvar:

[W.m^-1 .K^-1]                   (7. 3)

Uvedený výpočet součinitele tepelné vodivosti lj nehomogenní vrstvy je možno provést také v rámci výpočetního programu TEPLO 2007 [19].

2. Vliv lokálních netěsností v parozábraně na kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště

Parozábrany v šikmých střechách bývají kotveny mechanicky, čímž dochází ke snížení jejich funkce. Z tohoto důvodu nelze zahrnout do výpočtu hodnotu faktoru difúzního odporu μ v plné výši, ale uvážit jeho snížení v důsledku perforace parozábrany kotevními prostředky.

Uvedený jev není doposud řádně prozkoumán a není dostatečně popsána závislost snížení faktoru difúzního odporu μ na materiálu parotěsné vrstvy, ploše kotevních otvorů a způsobu kotvení. V odborné literatuře jsou prozatím jen částečné informace. Z tohoto důvodu velikost snížení návrhové hodnoty faktoru difúzního odporu μ_{u, pz} [-] závisí v současné době pouze na úvaze projektanta.

Pro stanovení návrhové hodnoty faktoru difúzního odporu parozábrany μ_u,pz pří jejím porušení kotevními prvky platí vztah:

μ_u,pz = μ_u.z                 (7. 4)

kde:

μ_u - návrhová hodnota faktoru difúzního odporu celistvého materiálu parozábrany,

z - součinitel podmínek působení.

Součinitel podmínek působení z bude nutno v budoucnu stanovit pro každý konkrétní materiál, který může tvořit parotěsnou vrstvu a pro určitý konkrétní kotevní prvek.

V [27] je uvedena tabulka (viz tab. 7. 1), ve které je zpracován podíl plochy otvorů vytvořených hřebíky, které procházejí PE fólií o tl. 0,085 mm, sevřenou mezi deskové materiály.

Tabulka 7.1: Závislost podílu plochy kotevních otvorů na hodnotě součinitelu podmínek působení z

Jak je z uvedené tabulky patrné, při perforaci fólie o ploše otvorů 0,1 % se sníží její faktor difúzního odporu μ o 70 % (!). Při perforaci fólie o ploše otvorů 1 % pak dokonce o 99 %. Což znamená, že parozábrana v tomto případě již ztrácí svou funkci.

Podobně (tedy orientačně podle tab. 7. 1) je tedy nutno v rámci projekčního návrhu volit hodnotu součinitele podmínek působení z při redukci hodnoty faktoru difúzního odporu μ v rámci tepelně technického posouzení střechy s parotěsnou vrstvou, která bude perforována kotevními prvky. V rámci technického posouzení, které provádíme vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2005 [19]), musíme tedy uvažovat s redukovanou návrhovou hodnotou faktoru difúzního odporu μ_u,pz .

Obecně platí zásada, že ekvivalentní difúzní tloušťka parotěsné vrstvy sd [m] musí být větší (lépe několikanásobně) než ekvivalentní difúzní tloušťka pojistné hydroizolační vrstvy. V případě perforace parozábrany kotevními prvky je třeba vždy použít materiál s vysokou hodnotou faktoru difúzního odporu μ a s větší tloušťkou d, tím tedy i s vyšší hodnotou ekvivalentní difúzní tloušťky s_d [m] .

Poznámka:

1. Minimální požadovaná hodnota ekvivalentní difúzní tloušťky s_d není pro parozábrany v žádném českém předpisu doposud definována. Taktéž není definována maximální hodnota s_d pro pojistnou hydroizolaci. Německý předpis DIN 4108 - 3 [35] rozlišuje následující kategorie:

- difúzně propustná vrstva: s_d ≤ 0,5 m,

- difúzi bránící vrstva: 0,5 m < s_d < 1500 m,

- parotěsná vrstva: s_d ≥ 1500 m.

2. Hodnoty ekvivalentní difúzní tloušťky s_d u parozábran pro šikmé střechy jsou výrazně nižší, než u parozábran používaných u plochých střech. Pro ilustraci například:

- asfaltový pás s hliníkovou fólií Bitalbit S: s_d = 1050 m,

- asfaltový pás s hliníkovou fólií Alvenbit Al S 42 H: s_d = 658,8 m,

- fólie Jutafol N AL 170 Special (s reflexní hliníkovou fólií): s_d = 188 m,

- fólie Jutafol N 110 Special: s_d = 46 m,

- pojistná hydroizolační fólie Jutafol. D 110 Special: s_d = 0,98 m,

- podstřešní difúzní membrána Jutadach 95: s_d = 0,02 m.

Parozábrana musí být také parotěsně napojena na všechny obvodové konstrukce střechy i na všechny konstrukce prostupující nad rovinu střechy. To znamená, že musí být vyvedena nad atiku, nad veškeré nadstřešní zdivo, prostupy střešním pláštěm, apod. Stejně tak nesmí dojít k přerušení parozábrany v místech dilatačních spár mezi sousedními objekty. Případné lokální netěsnosti zpravidla nelze vystihnout ve výpočtu. Jediná lokální netěsnost v jinak kvalitně provedené parozábraně však může mít za následek rovněž výrazné snížení jejího účinku.

3. Vzduchotěsnost střešního pláště

Části střešních plášťů šikmých střech, které oddělují vnitřní a vnější prostor, tedy vrstvy ve směru od interiéru po horní povrch tepelné izolace je třeba navrhovat jako vzduchotěsné.

To ze tří důvodů:

1. Množství tepla, které unikne skrze netěsnosti konstrukcí (spárami, trhlinami) a skrze pronikání venkovního vzduchu do tepelné izolace (pokud je tvořena vláknitými materiály) bývá obvykle vysoké. Tento účinek může být ještě zvýšen, jestliže je objekt situován v zeměpisné oblasti s intenzivním působením větru.

2. Vnitřní vzduch s obsahem vlhkosti, který pronikne do střešního pláště má negativní vliv na jeho vlhkostní bilanci. Může být příčinou závažných vlhkostních poruch. A to i tehdy, jestliže pronikne byť i skrze jedinou lokální netěsnost.

3. Venkovní vzduch o nízké teplotě, který pronikne do tepelné izolace má také negativní vliv na tepelnou a vlhkostní bilanci ve střešním plášti.

Obr. 7. 3: Schématické znázornění vlivu venkovního vzduchu, pronikajícího do tepelné izolace

Problematika šíření vzduchu v konstrukci se nedá ověřit tepelně technickým výpočtem. Tepelně technické výpočty ověřují pouze vedení tepla a vodní páry. Zanedbání problematiky šíření vzduchu v konstrukci v rámci projektu však může vést ke vzniku nadměrných tepelných ztrát, které nebyly předpokládány. Z těchto důvodů je nutno:

1. Pro eliminaci spárové difúze vnitřního vzduchu je třeba navrhnout pod tepelnou izolaci vzduchotěsnou vrstvu. Její funkci může plnit také řádně provedená parotěsná vrstva.

2. Povrch tepelné izolace na vnější straně je třeba rovněž opatřit vhodnou vzduchotěsnou vrstvou. Viz také požadavek čl. 7. 1. 3 v ČSN 73 0572 - 2 [16]: „Tepelně izolační vrstva musí být účinně chráněna proti působení náporu větru.“ Tuto funkci může plnit vhodně navržený typ kontaktní pojistné hydroizolace, jejíž spoje jsou vzájemně slepeny.

Poznámka:

Pokud jde o dvouplášťové či tříplášťové šikmé střechy s tepelnou izolací je třeba konstatovat následující:

a) pojistná hydroizolace u dvouplášťových střech, která je součástí dolního pláště a spočívá přímo na tepelné izolaci, chrání tepelnou izolaci před proniknutím venkovního vzduchu, jež má výrazně negativní vliv na tepelnou a vlhkostní bilanci střešního pláště, dále pak před vodou z případně zavanutého sněhu a před prachem. Pokud však má vzduchová mezera pod pojistnou hydroizolací u tříplášťových střech malou tloušťku, nedojde v ní k výraznějšímu proudění vzduchu a má pozitivní vliv na vyrovnání tlaku vodní páry pod pojistnou hydroizolací, čímž dochází k vyloučení možnosti její kondenzace na dolním povrchu pojistné hydroizolace. Působí tedy jako expanzní (mikroventilační) vrstva.

V každém případě je třeba, aby spoje pojistné hydroizolace byly vzájemně slepeny.

b) pokud se pod pojistnou hydroizolací neprovádí vzduchová mezera (u dvouplášťových střech) realizace je jednodušší.

7. 2 Praktická ukázka realizace střešního pláště šikmé střechy

Na následujících fotografiích je možno sledovat jednotlivé fáze při postupu realizace střešního pláště šikmé střechy.

Obr. 7. 4: Dřevěný krov

Obr. 7. 5: Dřevěný krov

Obr. 7. 6: Dřevěný krov

Obr. 7. 7: Dřevěný krov s částí bednění

Obr. 7. 8: Dřevěný krov s částí bednění

Obr. 7. 9: Dřevěný krov s částí bednění

Obr. 7. 10: Pojistná hydroizolace na dřevěném bednění

Obr. 7. 11: Pojistná hydroizolace na dřevěném bednění

Obr. 7. 12: Pojistná hydroizolace na dřevěném bednění

Obr. 7. 13: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 14: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 15: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 16: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 17: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 18: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 19: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 20: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 21: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 22: Postupné kladení střešní skládané krytiny (keramické tašky)

Obr. 7. 23 Pohled na střešní plášť šikmé střechy shora. Je viditelná střešní krytina, latě nesoucí střešní krytinu, kontralatě a pojistná hydroizolace.

Obr. 7. 24: Pohled na střešní plášť šikmé střechy zespoda. Je viditelná tepelná izolace (minerální vlna) a nosné prvky pohledu (sádrokartonu).

Na obr. 7. 25 až 7. 29 jsou patrné důsledky hrubých chyb, které mohou nastat při provádění střešních plášťů šikmých střech.

Obr. 7. 25: Důsledek chybějící tepelné izolace, nebo její provedení v nedostatečné tloušťce. Kondenzace vodní páry na povrchu podhledu nebo navazujících obvodových stěn.

Obr. 7. 26: Důsledek chybějící tepelné izolace, nebo její provedení v nedostatečné tloušťce. Kondenzace vodní páry na povrchu podhledu nebo navazujících obvodových stěn.

Nedbalé, resp. žádné, spojení parotěsné vrstvy (viz obr. 7. 28), nebo její vadné napojení na prostupující konstrukce (viz obr. 7. 29, může zapříčinit vznik nadměrné kondenzace vodní páry uvnitř střešního pláště v tepelné izolaci a tím také výrazné snížení (případně úplnou eliminaci) její funkce.

Obr. 7. 27: Kondenzace vodní páry na dolním povrchu podjhledu v místě kotevních prvků.

Obr. 7. 28: Chybějící napojení parotěsné vrstvy v ploše. Vlevo je provedeno dokonce její prořezání v místě dilatační spáry.

Obr. 7. 29: Neodborné provedení prostupu skrze parotěsnou vrstvu

SAMOSTATNÝ ÚKOL

1. Uveďte, jaké jsou možnosti řešení skladeb střešního pláště.

2. Jak se provádí tepelně technické posouzení střešního pláště šikmé střechy.

3. Jakým způsobem se zohledňuje vliv systematických tepelných mostů při výpočtu součinitele prostupu tepla U?

4. Jakým způsobem se zohledňuje vliv lokálních netěsností v parotěsné vrstvě na kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště?

5. Co víte o problematice vzduchotěsnosti střešního pláště.

SHRNUTÍ KAPITOLY

Po prostudování sedmé kapitoly budete umět:

1. Navrhnout skladbu střešního pláště šikmé střechy.

2. Provést tepelně technické posouzení střešního pláště šikmé střechy.