MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY
Firemní prezentace
Navrhování zděných konstrukcí z cihel HELUZ Family 50 2in1 Design of masonry structures made of bricks HELUZ Family 50 2in1 Pavel Heinrich, HELUZ cihlářský průmysl, Dolní Bukovsko
Klíčová slova: výrobky pro stavby ♦ tepelně izolační výrobky ♦ zděné konstrukce ♦ cihly Key words: products for constructions ♦ thermal insulating products ♦ masonry structures ♦ building bricks
1 Úvod Přední český výrobce pálených cihel HELUZ cihlářský průmysl, v. o. s., uvedl v letošním roce na stavební trh převratnou novinku pod názvem HELUZ Family 50 2in1. Pod tímto označením se skrývá cihla, která má dutiny vyplněné pevně fixovaným izolačním materiálem. Tato cihla koncepčně vychází z již velice úspěšné cihly HELUZ Family, která vyniká nejen svými tepelně izolačními vlastnostmi. Velkou předností je zachování způsobu provádění zdiva z těchto cihel, kdy jsou stěny budovány klasickým způsobem zdění. Nezvyšuje se tedy pracnost a složitost provádění zdiva.
2 Účel použití Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou určeny pro konstrukce obvodových stěn staveb s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění. Součinitel prostupu tepla vnější stěny (U) z těchto cihel je při praktické vlhkosti zdiva U = 0,11 W/m2·K. Tento výrobek splňuje nejpřísnější požadavky na obvodové stěny podle nového návrhu ČSN 73 0540-2:2007 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky, kdy se jako doporučené hodnoty U pro vnější stěny pasivních domů uvádí hodnoty intervalem 0,18 – 0,12 W/m2·K. Výrobek tedy v předstihu reaguje na požadavky tepelně technické normy a také na směrnici o energetické náročnosti budov, kdy by se od roku 2020 měly stavět pouze budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Připomeňme, že právě největší část energie v rodinných do-
Obr. 1 Cihla HELUZ Family 50 2in1 s integrovanou izolací
18
TOB4 11.indd 18
mech se spotřebuje na vytápění. Současně se snaží tento výrobek uspokojit stále náročnější požadavky trhu, kdy stavebníci chtějí co nejlepší vlastnosti stavebních materiálů, které přispějí ke snížení nákladů na provoz domu a zároveň také trvanlivost materiálů při prakticky stejných nákladech na výstavbu jako u tradičních materiálů.
3 Materiálová podstata Jak bylo v úvodu řečeno, HELUZ Family 50 2in1 jsou dalším vývojovým stupněm zaběhnuté řady cihelných bloků HELUZ Family. Výrazného navýšení tepelně izolačních vlastností z hodnoty U = 0,16 W/m2·K na hodnotu U = 0,11 W/m2·K se dosáhlo vyplněním dutin expandovaným polystyrenem – izolantem, neboť došlo ke snížení tepelného toku sálání. Na první pohled velmi jednoduchá myšlenka, avšak cesta k dosažení kýženého výsledku nebyla zdaleka jednoduchá. Největším problémem, který bylo třeba vyřešit, byl vývoj technologie fixování polystyrenu do dutin v cihle. To se podařilo pracovníkům společnosti HELUZ zvládnout a na tuto technologii je nyní podána patentová přihláška. Ukazuje se, že lepších tepelně izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací se dosahuje při použití tvarovek s „hustým“ děrováním. Je několik důvodů, proč tomu tak je. Pokud chceme zachovat statické vlastnosti tvarovek (např. pevnost 8 MPa), potažmo zdiva, musíme v případě cihel s malým počtem dutin volit hut-
Obr. 2 Detail cihly Heluz Family 50 2in1 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY ný střep, který má horší součinitel tepelné vodivosti; zároveň je „cesta“ vedení tepla cihelným střepem u těchto tvarovek velmi krátká a přímá. To má za následek dosažení nižší hodnoty tepelného odporu oproti cihlám vyznačujících se velkým počtem malých dutin. 3.1 Použité materiály Cihelný střep Cihelný střep je optimalizovaný pro dosažení velmi dobrého poměru mezi tepelnou vodivostí a pevností. Cihelný střep se vyznačuje vhodnou paropropustností (a regulováním vlhkosti). V případě navlhčení cihelného střepu vodou v kapalném skupenství je tato voda velice dobře odváděna do míst s nižší koncentrací a následně dochází k jejímu odparu. Cihelný střep má oproti jiným materiálům velice dobrý průběh sorpční a desorpční izotermy. Tyto křivky znázorňují závislost hmotnostní vlhkosti materiálu na relativní vlhkosti vzduchu za ustálených podmínek. U cihel, na rozdíl u jiných materiálů, je průběh těchto funkcí velice výhodný. To znamená, že tepelné vlastnosti se v podstatě neliší po cyklu navlhnutí a vyschnutí ci-
Obr. 3 Sorpční a desorpční izoterma cihelného střepu Heluz Family [1] helného střepu vodou. Na obr. 3 je vidět, že sorpční i „desorpční“ vlhkost lehčeného cihelného střepu je velice nízká, běžně se pohybuje pod 1 % hmotnostní vlhkosti. U jiných materiálů (např. pórobetonu) tomu tak běžně není. Izolant Pevně fixovaný expandovaný granulovaný polystyren, který se vyznaču-
je vysokou parapropustností. Izolant je chráněn cihelným střepem před mechanickým a chemickým poškozením, vnější povětrností a škodlivým UV zářením. Pro ověření zachování paropropustnosti cihelné tvarovky bylo provedeno měření difuze vodní páry ve zkušebně CSI Praha. Jako výsledek byl uveden ekvivalentní faktor difuzního odporu pro tvarovku nevyplněnou μ = 9,30 a pro
Obr. 4 Vypočítaný a požadovaný teplotní faktor, resp. povrchová teplota [2] TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
TOB4 11.indd 19
19
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY tvarovku s intergrovaným polystyrenem μ = 9,71. Výsledky potvrzují, že nedošlo ke zhoršení paropropustnosti vlivem přidání izolantu, jinak řečeno, podařilo se optimalizovat vlastnosti izolačního materiálu.
mi obvodového pláště domu tvoří 20 – 30 % z celkové tepelné ztráty, proto je pro dosažení co nejúspornějšího domu nutné vhodně volit i ostatní konstrukce. Další zásadní otázkou je správná volba technického vybavení.
4 Tepelně technické parametry
4.1 Šíření tepla konstrukcí Základním požadavkem podle ČSN 73 0540-2:2007 je požadavek na teplotní faktor (povrchovou teplotu konstrukce). Pro běžné bytové stavby je tento požadavek v ploše stěny z cihel HELUZ Family 50 2in1 splněn vždy. V místech detailů konstrukcí (kouty, rohy, sokly apod.) je nutné tuto hodnotu vypočítat pro každý posuzovaný detail. Avšak ani s těmito detaily není problém. Tyto cihly je tedy mož-
Cihly HELUZ Family 50 2in1 odpovídají na stále aktuálnější otázku, jaký materiál volit pro stavbu stěn energeticky nenáročných domů. Zdivo z cihel HELUZ Family 50 2in1 dosahuje výjimečných tepelně izolačních vlastností a hodí se tak pro stavbu obvodových stěn nulových, pasivních a nízkoenergetických domů. Úniky tepla stěna-
né použít i pro první vrstvu zdiva na základové desce bez dodatečného zateplení extrudovaným polystyrenem. Teplotní faktor pro stěnu v její ploše je f Rsi,m = 0,972, požadavek f Rsi,N = 0,804. Dalším požadavkem je splnění požadované hodnoty součinitele prostupu tepla Un,20. V současné době je požadavek pro těžké vnější stěny Un,20 = 0,38 W/(m2·K). Doporučená hodnota U pro vnější stěny je U = 0,25 W/(m2·K). Neomítnutá stěna z cihel HELUZ Family 50 2in1 při 1 % hmotnostní vlhkosti má U = 0,11 W/(m2·K). Tato hodnota je uváděna na základě měření fragmentu zdiva ve zkušebně CSI Praha. Je zřejmé, že několikanásobně převyšuje požadavky normy.
Jednoduché řešení soklu s využitím zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1
Zateplení soklu extrudovaným polystyrenem tl. 60 mm
y = 0,00 W/m·K f Rsi = 0,901 (požadavek f Rsi,N = 0,803)
y = 0,00 W/m·K f Rsi = 0,908 (požadavek f Rsi,N = 0,803)
Obr. 5 Detaily řešení soklu, teplotní pole, lineární činitel prostupu tepla, teplotní faktor; ve výpočtech byl uvažován vliv ortotropie cihel
20
TOB4 11.indd 20
TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY Tab. 1 Bilance vlhkosti – uvažovaná skladba jednovrstvé konstrukce název
tloušťka l c OH [mm] [W/m·K] [J/(kg·K)] [kg/m3] interiér (Tai: 21 °C, rel. vlhkost Fii 50 %) omítka vápenná 15 0,870 840 1600 Heluz Family 50 2in1 500 0,058 1000 640 lehčená jádrová omítka 20 0,500 790 1200 silikátová šlechtěná omítka 3 0,860 920 1800 Exteriér (Te: -17 °C, rel. vlhkost Fie 84 %), oblast České Budějovice
m [-] 6,0 9,7 20,0 40,0
· množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 0,087 kg/(m2·a); · množství vypařitelné vodní páry Mev,a = 2,698 kg/(m2·a). 4.2 Šíření vlhkosti konstrukcí Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou výhradně určeny pro jednovrstvé zdivo. Z praktického pohledu není vhodné plošně zateplovat zdivo z těchto cihel kontaktním zateplovacím systémem, neboť by se již adekvátně nesnížil součinitel prostupu tepla konstrukce, a zdivo by bylo zbytečně tlusté. Podle ČSN 73 0540-2:2007 musí být splněny dvě podmínky na šíření vlhkosti konstrukcí, ve které kondenzace neohrozí její požadovanou funkci: ● roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce Mc v kg/(m2·a) < 0,10 kg/(m2·a) nebo 3 % plošné
hmotnosti materiálu (řídíme se přísnějším kritériem); ● roční množství vypařitelné vodní páry musí být vyšší než množství zkondenzované vodní páry. Pro jednovrstvou konstrukci z cihel HELUZ Family 50 2in1 je bilance vlhkosti uvedena v tab. 1. Z tabulky je patrné, že pro návrhové podmínky působení je množství zkondenzované vody malé. Zároveň množství vypařitelné vodní páry je vysoké – typické pro jednovrstvé zdivo. Při bilančním hodnocení zkondenzované a vypařené vlhkosti podle podmínek ČSN EN ISO 13 788:2002 nedo-
chází během modelového roku v konstrukci ke kondenzaci vodní páry. 4.3 Šíření vzduchu konstrukcí Jednovrstvé omítnuté zdivo z pálených cihel je všeobecně považováno za vzduchotěsné. Je však nutné správně dodržovat technologické zásady při zdění, a zejména pak při omítání. 4.4 Tepelná stabilita Cihly HELUZ Family 50 2in1 mají mimořádné vlastnosti v kombinaci poměrně vysoké objemové hmotnosti 640 kg/m3 a extrémně nízkého součinitele vedení tepla λekv = 0,058 W/(m·K). Díky tomu konstrukce v zimě velice dobře izoluje dům od studeného venkovního vzduchu a v případě přerušení dodávky tepla pomalu vychládá. Stejně tak při obnovení dodávky tepla není třeba nahřívat zbytečně velkou masu materiálu (např. betonu). V letním období stěny z cihel Heluz Family 2in1 naopak nepustí teplo do interiéru, a výrazně tak pomáhají udržet příjemné klima v místnostech. Teplotní útlum stěny z cihel HELUZ Family 50 2in1 je Ny = 71626,4 a fázový posun ideálních 13,2 hod.
Obr. 6 Průběh tlaků vodní páry jednovrstvého zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1 s vyznačenou zónou kondenzací pro návrhové podmínky působení [2] TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
TOB4 11.indd 21
21
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY
Obr. 7 Rozložení tlaků vodní páry podle ČSN EN ISO 13788:2002, 2. měsíc v roce; v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry
5 Statika zdiva z cihel HELUZ Family 2in1 Pevnost zdiva, potažmo statická únosnost všech konstrukcí vždy hraje hlavní roli. Zdivo z cihel HELUZ Family 50 2in1 vyniká velice dobrou pevností mezi zdicími prvky v obecné rovině. Vysoce tepelně izolační cihly HELUZ Family 50 2in1 se vyrábí v pevnosti 8 MPa. Jedná se o broušené cihelné tvarovky, tedy takové, kdy jsou obě ložné plochy zabroušené tak, že výška cihly je 249 mm. Podle normy ČSN EN 771-1:2004 Specifikace zdicích prvků-Část 1: Pálené zdicí prvky, se řadí do
I. kategorie a podle Eurokódu 6 (ČSN EN 1996-1-1:2007) se tyto cihelné bloky řadí do 3. skupiny. Pro zdění se používají malty pro tenké spáry, a to buď HELUZ celoplošné lepidlo (značené též SB C), nebo speciální polyuretanová pěna, určená pro zdění pod označením HELUZ Pěna. Nepoužívá se malta HELUZ lepidlo, protože by docházelo k neúměrné spotřebě tohoto materiálu se zanedbatelným výsledkem, případně by se mohly zhoršit tepelně izolační vlastnosti zdiva, neboť HELUZ lepidlo má větší tepelnou vodivost než zbylé dva druhy malt.
Obr. 8 Nanášení celoplošného lepidla (tenkovrstvé malty) nanášecím válcem
22
TOB4 11.indd 22
Charakteristická pevnost zdiva při použití malty je: ● f k = 3,7 MPa pro celoplošnou tenkou spáru HELUZ SB C; ● f k = 2,0 MPa pro bezcementovou maltu HELUZ Pěna. Pro návrhovou pevnost zdiva podle výše zmíněných charakteristických vlastností se používá dílčí součinitel materiálu γm = 2. Poté je návrhová pevnost pro: ● celoplošnou maltu pro tenké spáry HELUZ SB C fd = 3,7/2 = 1,85 MPa; ● bezcementovou maltu HELUZ Pěna fd = 2,0/2 = 1 MPa.
Obr. 9 Nanášení polyuretanové pěny TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY
Obr. 10 Řezání cihel na stolní okružní pile
Obr. 11 Uříznutá část cihly – polystyrén stále drží v dutinách
Obr. 12 Vyvrtaný otvor pro elektroinstalační krabici pod omítku
Obr. 13 Vazba rohu zdiva s použitím doplňkové cihly
Pro dosažení pevností zdiva deklarovaných výrobcem je nutné dodržovat předepsané zásady zdění, a to zejména založení cihel na znivelovanou zakládací maltu a dodržení převazby zdiva o 0,4hbloku , tedy o 100 mm. Doporučuje se převazbu rohů provádět pomocí doplňkových cihel, při nanášení celoplošné malty pro tenkou spáru používat nanášecí válec a zdít maximálně do +5 °C. Úprava tvaru cihel se provádí řezáním ruční nebo stolní okružnou pilou. Cihly je nutné v průběhu stavby chránit proti srážkové vodě.
6 Reakce na oheň Vedle statické únosnosti je potřeba myslet i na požární odolnost konstrukcí. Společnost HELUZ tuto otázku nepodceňuje a své výrobky nechává ověřovat TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
TOB4 11.indd 23
v akreditovaných zkušebních laboratořích. Podle ČSN EN 13501-1+A1:2010 Požární klasifikace výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň (PAVÚS) je cihla HELUZ Family 50 2in1 považována za nestejnorodý výrobek a klasifikována jako třída reakce na oheň B-s1, d0. Poznámky: 1. Třída reakce na oheň B – zkušební metoda podle EN 13823:2011: ● FIGRA ≤ 120W/S a LFS < hrana zkušebního tělesa a THR600s ≤ 15MJ, zkušební metoda podle EN ISO 11925-2: vystavení 30 s: Fs ≤ 150 mm do 60 s 2. Doplňující kritéria: ● s1 = přísnější kritéria než pro klasifikaci s2 = celkový vývin kouře a poměrné zvýšení množství kouře jsou omezeny;
● d0 = žádné plamenně hořící kapky/ částice.
Přestože je cihla vyplněná expandovaným polystyrenem, je velice odolná ohni. Polystyren je sice sám o sobě velice hořlavý, na což ukazuje jeho klasifikace do třídy E, avšak jeho obsah u cihel HELUZ Family 50 2in1 je co do hmotnosti velmi nízký, takže jeho vliv na vývin požáru nebo kouře je prakticky zanedbatelný. Navíc je polystyren „uzavřen v keramickém obalu“.
7 Trvanlivost Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou určeny pro chráněné zdivo. Tedy takové zdivo, které je chráněno před povětrnostními a agresivními vlivy, např. omítkami či obklady. Je všeobecně známo, že zdi-
23
6.9.11 18:30
MATERIÁLY A VÝROBKY PRO STAVBY stranu zdiva se doporučuje používat lehčené nebo tepelně izolační omítky, jako pohledovou vrstvu volit šlechtěné omítky na silikátové či silikonové bázi. V interiéru se doporučuje používat vápenné či vápenocementové omítky.
8 Ochrana zdraví a ekologie
Obr. 14 Osvědčení o zdravotní nezávadnosti vo z cihel během své životnosti nemění parametry. Stejně je tomu tak i u zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1. Diskutovaný izolační materiál je chráněn v keramickém „obalu“, a není tedy důvod k jeho degradaci. Pro správnou funkci zdiva je nutné volit vhodné omítky. Na vnější
Při vývoji výrobku bylo pamatováno také na zdraví osob i ekologii – vhodnost použití HELUZ Family 50 2in1 pro obytné budovy potvrdil Státní zdravotní ústav. Cihly jsou samy o sobě přírodním materiálem ověřeným tísiciletou tradicí. Jejich recyklace je velmi snadná a nezatěžuje životní prostředí, podobně snadno se recykluje i expandovaný polystyren. Recyklace cihel Heluz Family 50 2in1 by v budoucnu tedy neměla být výrazně složitější. Cihelný střep se dnes používá např. na výspravu zemědělských komunikací, jako kameni-
vo do cihlobetonu nebo jako kamenivo do konstrukcí vegetačních střech. Recyklát z plněných cihel může být používán obdobně. Výhodné vlastnosti materiálů – cihly a polystyrenu dávají novince Heluz Family 50 2in1 předpoklady stát se kusovým stavivem pro výstavbu moderních domů 21. století.
Literatura [1] VÝBORNÝ, J., Průběžná zpráva výzkumu a vývoje nové generace cihelných prvků jednovrstvého zdiva, ČVUT v Praze, 2011. [2] Svoboda Software Teplo 2010. Více informací na www.heluz.cz . Poznámka autora: Vývoj produktu HELUZ FAMILY 50 2in1 byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.
Paneláková „Miss Sympatie“ 2011 Ve snaze podpořit zájem veřejnosti o modernizaci bytových domů a zlepšení vzhledu Městské části Praha 11 byla poprvé v roce 2008 vyhlášena soutěž o nejlépe zregenerovaný panelový dům. V letošním roce se konal v pořadí již 3. ročník soutěže. Z celkem 37 přihlášených bytových domů vybírala vítězné stavby odborná porota, složená ze zástupců Prahy 11 i renomovaných architektů. Svůj hlas také mohla od 22. 4. do 17. 6. 2011 dávat veřejnost, a to prostřednictvím internetového hlasování o panelákovou „Miss Sympatie“. Vítězem ankety se stal bytový dům Hrabáková č. p. 1972 – 1974, pro který se vyslovilo 43 % všech hlasujících. Strohou geometrii panelové stavby rozbíjí namalované padající listí na slepém štítu domu, stejně jako jeho orientační značení – číslo popisné a logo země, které se v 80. letech začalo používat pro značení právě vznikající červené obytné zóny na pražském Chodově. Motiv javorových listů se opakuje i na čelních fasádách. Modernizace fasádního pláště bytového domu Hrabáková byla zahájena v září 2010 a dokončena v březnu letošního roku. Na panelový dům Hrabáková byl aplikován zateplovací systém
24
TOB4 11.indd 24
„Baumit Pro“ fasádní izolant z polystyrenu o tloušťce 14 centimetrů, od 7. patra výše byla z požárně bezpečnostních důvodů použita izolace z minerální vaty. Na repasi podlahy lodžií byl použit Baumit Baumacol, systém pro lepení obkladů a dlažeb. Bytový dům se nachází v červené obytné zóně na pražském Chodově, proto základní barevnost byla
předem daná. Zvolenou kombinaci fasádních barev oživují i nové čelní výplně zrekonstruovaných lodžií z neprůhledných desek. Jsou v podobně sytém červeném odstínu, jaký byl použit na fasádním plášti. Družstvo na vlastní náklady revitalizovalo i zeleň v bezprostředním okolí domu a renovovalo stávající lavičky.
Obr. 1 Bytový dům Hrabáková TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 4/2011
6.9.11 18:30
