Obalové konstrukce na bázi dřeva:
Dva konstrukční koncepty
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
1
Proč jsou pláště na bázi dřeva atraktivní • Větší obytná plocha při stejném vnějším rozměru stavby (pláště) ekonomika
• Energetika (snadné dosahování i pasivních standardů) ekonomika • Rychlost výstavby – Možnost aplikace montovaných technologií – Suchá výstavba (ne mokré procesy)
ekonomika • Asociace se zdravým životním stylem marketing + Příprava na budoucnost – Ohromná surovinová základna v ČR (od 1935 monotónně přibývá dřevní hmota) – Obnovitelný surovinový zdroj, očekávání dotací – Jednoznačně daný růst cen materiálů na bázi silikátů (velké vložené energie)
Na půdorysu 10 x 10 m poskytne plášť na bázi dřeva o 10m2 více obytné plochy na jedno podlaží (zdivo 0,5 m vs. dřevo 0,25 m)
ekonomika Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
2
Současnost a perspektiva plášťů na bázi dřeva • Aktuální užití: – Dřevostavby typu RD – Nízkopodlažní občanská vybavenost (např. sportovní stavby) – Zateplení podkroví šikmých střech
• Rozpracovávaná řešení: – Montované obvodové pláště (u budov s nosnou konstrukcí z jiných materiálů) – Dostavba poslední podlaží - čistá montovaná dřevostavba (u budov s nosnou konstrukcí z jiných materiálů) – Dodatečná zateplení stávajících objektů kostrovými systémy na bázi dřeva
• Proč nejsou pláště na bázi dřeva již více rozšířené – Chybí industriální řešení schopná konkurence silikátům (parametry, cena) – Není zvládnutý souboj s požární legislativou (požární legislativa ČR evropský dinosaurus)
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
3
Hlavní požadavky na obalové konstrukce • Návrh obvodových a střešních plášťů je jednou z nejobtížnějších úloh pozemního stavitelství. • Pláště musejí splňovat požadavky – – – – – – –
Statické (primární nosnost nebo samonosnost) Tepelně technické (U, tepelně kapacitní vlastnosti) Vlhkostně technické (kondenzace, regenerace) Akustické (vzduchová neprůzvučnost) Požární (požární odolnost) Architektonické (dostatečné tvarová flexibilita a úpravy povrchů) Trvanlivost, životnost
• Pro pláště na bázi dřeva je problémem – – – –
Tepelná kapacita (užívání jen lehkých izolací bez akumulace) Zvládnutí vlhkostního režimu (riziko biodegradace) Vzduchová neprůzvučnost (malá plošná hmotnost plášťů) Požární odolnost (zčásti vina zastaralých požárních předpisů) Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
4
Dvojí koncept konstrukcí plášťů na bázi dřeva – fenomén vlhkosti
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
5
Fyzikální pohled: přenos plynů plášti • Dva možné mechanismy přenosu plynů plášti staveb: – Konvekce (proudění, rozdíl tlaků, viz infiltrace) – Difúze (i za konstantního tlaku)
• Difúzně uzavřené konstrukce
Podmínkou konvekce je rozdíl tlaků plynu jako celku.
– Znemožňují průchod plynů prouděním – Znemožňují průchod plynů difúzí
• Difúzně otevřené konstrukce – Znemožňují průchod plynů prouděním – Umožňují průchod plynů difúzí
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
Podmínkou difúze je rozdíl koncentrací (ci) složek plynu. Pouze u směsí plynů (např. suchý vzduch-vodní pára) Aktivně se jí účastní oba plyny Nutnou podmínkou je otevřený pórový systém (nízký faktor difúzního odporu μ) 6
Koncept difúzně uzavřených plášťů Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
7
„Tradiční“ uvažování vede nevyhnutelně na difúzně uzavřené pláště 1.Nepustit do konstrukce vodní páru (obava z biologické degradace) Důsledek: idea použití parozábrany, nulová difúze (DUK)
2.Nosný obvodový plášť symetrický, oboustranně plášťovaný rám (obava ze statiky) Důsledek: symetrická nosná konstrukce do asymetrického prostředí, nutnost použití parozábrany
3.Návrhová filosofie: co parciální požadavek, to specializovaná vrstva (někdy i dvě) Důsledek: vysoký počet vrstev systému → pracnost, vysoká cena pláště
4.Co nejnižší cena domu (volba materiálů podle ceny) Důsledek: multimateriálová řešení, materiálové báze nesourodé se dřevem. Materiály „si nerozumějí“. Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
8
Charakteristiky konceptu DU plášťů • Doposud nejčastěji používaný koncept, neboť – Výrazně převládá obava z biodegradace – Dlouhodobé zkušenosti s prováděním – Nejlevnější varianta pláště dřevostavby (levný PPS jako vnější izolace)
• Problémy s vlhkostí – U běžně užívaných objektů se objeví až za dlouhou dobu nebo vůbec, neboť v současných domácnostech velmi suché prostředí (RH 35% oproti normě 55%) – U „šetřivých“ domácností (málo větrání, věšení prádla v interiéru apod.) se projeví vlhkostní problémy za 2-3 roky (pomalý charakter difúzních procesů), vesměs plísně – Lokálně se vlhkostní problémy vždy objevují v místech porušení parozábrany – DU pláště extrémně citlivé na vlhkostní havárie – díky difúzní uzavřenosti prakticky žádná regenerační schopnost
• Z fyzikálního hlediska koncepční problém – Příroda si automaticky vynucuje dva transportní procesy • Přenos tepla • Difúzi vodní páry
– V tomto smyslu je koncept difúzní uzavřenosti bojem proti přírodě („pára si vždy najde cestu“) Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
9
Koncept difúzně otevřených plášťů Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
10
DOK – nic nového pod sluncem: 99% • Obytné stavby – zděné z cihel, pórobetonu…. – Sruby, hrázděné stavby………… – dodatečně zateplené objekty, pokud je tepelná izolace difúzně propustná
→ DOK jsou zcela běžným, normálním typem konstrukce pro bydlení. → Anomálie jsou obytné domy, které difúzi plášti staveb znemožňují.
• Difúzní uzavřenost: – Nutně ploché střechy, skleněné či „plechové“ fasády ………, ale:
– ne obytné budovy (+ jejich nevhodná zateplení) – ne zateplená podkroví Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
11
Proč vlastně DOK ? • Respektování přírodou trvale vynucovaných transportních procesů • Hygiena vnitřního prostředí Vzájemně protisměrný pohyb složek plynu → citlivost mikroorganismů na „průvan“: → Menší nebo žádný výskyt osídlení povrchů v interiéru (plísně, bakterie….) → Zlepšení vlhkostní stability interiéru (velká plocha pro sorpci/desorpci vlhkosti)
• Regenerační schopnost konstrukcí → stabilita řešení z pohledu vlhkosti – Řešení počátečních stavů vlhkosti – Řešení vlhkostních havárií (rozvody, zatékání atd.)
• Lze konstruovat dřevostavby v pravém slova smyslu (ne stavby s nosnou konstrukcí ze dřeva)
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
12
Ilustrace regenerační schopnosti - doba průchodu vodní páry pláštěm Předpoklady výpočtu: Zdivo z CP tl. 450 mm
Ti=20°C, φi=60% → ci=10,8 g/m3 Te= 0°C, φe=80% → ce= 3,2 g/m3
Zateplení 140 mm
Difúzně uzavřený plášť dřevostavby
Difúzně otevřený plášť dřevostavby
Tabulka doby průchodu páry a hustoty difúzního toku 17,8 hod.
23,5 hod
(PPS 100 hod)
127,5 g/(m2měsíc)
115,5 g/(m2měsíc) (PPS 37,0)
2,5 roku
9,77 hod
0,1 g/(m2měsíc)
91,7 g/(m2měsíc)
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
13
Širší argumentace ve prospěch DOK • DU koncept plášťů: hermetický vak se vzduchotěsnými okny
• Je normální postavit spolehlivost objektu (mil. Kč) na fólii tlusté 0,3 mm ? – Nemožnost dokonalého provedení parozábrany (stropy , prostupy) – Problémy s kvalitou provedení při realizaci na stavbě – Doporučení pro navrhování: degradace parozábrany na 10-1 % (!)
• Co intuitivně vnímá stavebník pod pojmem dřevostavba? – Stavbu s nosnou konstrukcí ze dřeva ? – Zdravé prostředí tvořené přírodními materiály ? Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
14
Handicapy stávajících plášťů dřevostaveb oproti konkurenčním materiálům Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
15
Letité handicapy plášťů dřevostaveb 1.
Malá tepelná stabilita interiérů (léto) Malá plošná hmotnost → malá tepelná kapacita (lehké izolace)
2.
Malá vlhkostní stabilita interiérů Parozábrana → výrazně omezená sorpce/desorpce vlhkosti plochou pláště budovy
3.
Nízká zvukoizolační schopnost Malá plošná hmotnost → nízká setrvačná hmota/ hodnota vzduchové neprůzvučnosti
4.
Chabé požární vlastnosti
Developerské hledisko, navíc československý dinosaurus DP3……
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
16
Letní energetika: starost o teplotu interiéru „shora“ • Tepelný tok dovnitř je přímo úměrný rozdílu teplot, U-krát menší než rozdíl teplot • K tepelnému toku vedením se přidává zářivý tepelný tok skleněnými výplněmi • Efekt termosky na čaj
j
U. T
Množství dodaného tepla ΔQ je úměrné 1/U ploše
S rostoucím počtem teplých dní roste i efekt „termosky s čajem“
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
17
Příklady řešení DOK plášťů které současně řeší dosavadní handicapy
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
18
DOK*- nový princip, nové materiály, fyzika • Mýtus: DOK vznikne vynecháním parozábrany. Ano, ale…. Proto DOK*.
• Zásadní podmínka pro konstruování DOK* u dřevostaveb jsou moderní materiály:
– Dřevovláknité desky cca 250 kg/m3 (akumulace tepla, difuzivita, tuhost, tepelná izolace) → kumulované funkce – Deskové materiály s funkcí parobrzdy (některé sádrovláknité desky nebo některé desky OSB).
• Podstata řešení DOK* spočívá ve stavební fyzice. Zásadní oblasti úvah:
– Difúze a kondenzace vodní páry – Sorpce vlhkosti materiály na bázi dřeva – Regenerační schopnost konstrukce Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
19
Princip konstruování DOK* • Primárně - řešení vlhkosti: – Deska z interiéru funkce primární parobrzdy (zásadně záleží na typu desky!!) – Výplňová tepelná izolace = sekundární parobrzda + teplotní podmínky pro omezení kondenzace ve dřevě, – Dřevovláknitá deska = sekundární parobrzda, sorpce kondenzované vlhkosti
• V extrémních klima periodách a
exponovaných místech (2D teplotní a vlhkostní pole, např. styky, detaily) – pomůže sorpce/desorpce dřevomateriálů, – pomůže vysoká regenerační schopnost (vysušování oběma povrchy konstrukce)
• Inženýrská kritéria návrhu DOK*
Povinné jen tři vrstvy, ostatní je libovůle projektanta/architekta
– Co nejvyšší difúzní tok při splnění podmínky c < c´´ v libovolném místě konstrukce – Nepřekročit hmotnostní vlhkost dřeva cca 17% Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
20
Aplikace řešení: stěny dřevostaveb, stropy bungalovů, zateplené střechy, dodatečná zateplení stěn
• Energetická stavebnice Insowool „diffu“ – Individuální volba „U“ i doby prohřátí konstrukce „ψ“. – Zachování principu difúzní otevřenosti
21 Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
Kvantitativní ilustrace DOK* (diffuwall) • Fázový posuv teplotního kmitu 8-13 hodin proti 3-4 hodinám • Požární odolnost stěny 60/90 minut v „nejslabší variantě“ • Zimní vysýchání konstrukcí
• Vzduchová neprůzvučnost
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
22
DOK*: perspektivní koncept • Statistický vzorek:
– Od r. 2008 realizováno celkem cca 800 objektů, žádná reklamace stran chování plášťů
• Konkurenceschopnost:
– Odstranění letitých handicapů dřevostaveb → konkurenceschopnost silikátům – Naplnění intuitivního chápání pojmu dřevostavba → marketingová síla – Filosofii udržitelného rozvoje a zdravého bydlení → politická podpora ze strany EU → dotace
CENTRUM EKOLOGICKÉ VÝCHOVY KLADNO (pasivní dům)
Dva koncepty plášťů na bázi dřeva, Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.
23
