Odborná zpráva o řešení projektu v programu Centra kompetence v roce 2014 TE02000077DV004
Evidenční číslo projektu:
Zprávu vypracovali:
TE02000077
FSv ČVUT v Praze Zdeněk Bittnar Petr Hájek Petr Fajman Petr Kuklík Jan Tywoniak KNAUF Praha Miroslav Nyč Ondřej Zobal RD Rýmařov Jiří Pohloudek
V Praze; leden 2015
1. Průzkum trhu Nejprve je důležité se podívat na vztah projekt/trh. To zahrnuje rozsah a popis trhu a prognózu poptávky po produktu nebo službě, včetně charakteristiky spotřebitelů a způsobu uvedení produktu na trh. Z toho by mělo být zřejmé, že o výsledky projektu existuje zájem potenciálních odběratelů a že je reálný předpoklad uplatnění výsledků v praxi, ať již na trhu či ve veřejné správě. 1.1 Nové stavební technologie pro efektivnější parametry staveb V současné době pozorujeme na stavebním trhu snahu o hledání nových stavebních technologií, které by vyřešily poptávku po zvýšení kvalitativních parametrů staveb. Zejména zvýšená poptávka po tepelně izolačních parametrech obvodových stěn na hranici U = 20 W/ m2.K a nižší, při minimalizaci tloušťky stěny, otvírají velké možnosti průmyslově vyráběných systémů typu sandwich. Tyto potom umožňují realizovat stavby v režimu maximální prefabrikace. Urychluje se tím proces vlastní realizace, nezatěžuje se okolí staveb, stavby jsou realizovány rychle a s vysokou mírou kvality provedených prací. Pochopitelně že uvedené příznivě ovlivňuje ekonomiku realizace. Pro dodržení zásad trvale udržitelného systému stavění se jeví maximálně vhodné využít ve statickém systému stavby materiál v přírodě obnovitelný a to je dřevo. Vzniká tak ekologický stavební systém suché výstavby s využitím rámových konstrukcí ze dřeva nebo tzv. lehká prefabrikace dřeva. Tyto systémy jsou známy po celém světě a jsou využívány s různou intenzitou. V České republice má tento systém více jako čtyřicetiletý systematický rozvoj. Jsou z něj budovány rodinné domy, objekty občanské vybavenosti, různé atypické stavby a v poslední míře i vícepodlažní zástavba. V Evropě je dřevo využíváno při vícepodlažní výstavbě skeletovým systémem. V ČR je inovační vývoj orientovaný na využití dřeva v rámových konstrukcích panelových systémů do čtyř a pěti pater. Při tomto zadání vznikají pochopitelně problémy, které se dají shrnout do následujících bodů: • Prostorová tuhost objektu • Požární problematika objektu • Akustické parametry stavby • Problematika deformací konstrukce V současnosti je tento systém v popředí zájmu investorů, kteří v něm vidí velkou perspektivu po odeznění recese stavebního trhu. Tento systém, jako jediný stavební systém nevykazuje v současnosti pokles, ale naopak růst v počtu realizovaných staveb na trhu. Zvyšuje se i poptávka po realizacích ve vícepodlažních budovách. Vzhledem k nově se rozvíjejícímu odvětví stavění je nutné doložit investorům teoretické podklady těchto staveb. Při rychlém rozvoji obecního nájemního bydlení je právě tento systém rychlé výstavby s kvalitativními parametry ideálním řešením. Ukazuje se, že o tento systém výstavby se zvyšuje zájem i na exportních trzích a to nejen v klasických zemích Evropy, ale i směrem na východ. Velký rozvoj se očekává v PLR, kde jsou dnes již realizovány z české strany objekty čtyřpodlažní výstavby.
1.2 Fasády v ČR R a západní Evropě Evrop Podle Cechu pro zateplování budov ČR R je zatepleno jen zhruba 80 milionů milion m2 budov. Odhaduje se přitom, itom, že zateplit je třeba t 120 – 130 milionů m2 budov. Do roku 2020 chce Evropská unie snížit svou spotřebu spot energií o pětinu. ětinu. Nástrojem N k tomu mají být aktivity založené na direktivách Evropské komise, které se týkají energetické efektivnosti budov. Pozornost je také věnována v zadávání veřejných ejných zakázek, přes p které se každoročně utratí téměř ěř 2 biliony eur, což je asi 16 % HDP celé Evropské unie. Za rok se zateplí v ČR R cca 15 mil m2 budov, z toho cca 10% připadá ipadá na jiné systémy zateplení 2 než ETICS. To je cca 1.419.000 m (viz graf). Podíl zateplení systémy ETICS a jinými systémy v ČR
Jiné 9,46 Etics 90,54
V Evropské Unii je ovšem podíl jiných fasád než ETICS podstatněě vyšší cca 39 % (viz graf) a tendence je růstová, stová, vzhledem k omezené životnosti a difuzní uzavřenosti řenosti systémů systém na bázi EPS. V některých kterých severských (Dánsko) jsou ETICS systémy dokonce přímo přímo zakázané. Podíl mezi fasádami ETISC a jinými v EU
Jiné 39% Etics 61%
Podíváme-li li se na strukturu „jiných fasád“ vidíme, že podíl lehkých fasád na bázi deskových materiálů je cca 17 %. Rozdělení v segmentu „jiných fasád“
Z vývoje posledních let na trhu je zřejmé, z ejmé, že podíl lehkých fasád neustále roste. Je zde navíc stále větší příklon k větraným ětraným systémům, systém m, které vyhovují pro rekonstrukce jako předvěšené p větrané trané systémy. U lehkých fasád novostaveb řešení ešení oscilují mezi lehkým systémem s ETISC a větranými tranými systémy. Zde se však projevuje značný zna ný nedostatek teoretických i praktických praktick zkušeností z oblasti tepelněě technického chování těchto t chto fasád. Ty jsou předmětem př tohoto projektu.
2. Materiály a konstrukce pro energeticky efektivní řešení budov, s důrazem na změny ěny staveb Tato část shrnuje některé které základní poznatky o materiálech vhodných vhodných pro energeticky efektivní řešení budov, s důrazem ůrazem na změny zm staveb. Věnuje se potřebným řebným zkouškám pro charakterizování konstrukčního čního řešení obvodového pláště.. Má být chápána jako vstupní informace především edevším pro budoucí konstrukční konstruk řešení navrhovaná a hodnocená v rámci projektu Smart Region. Zdůrazňuje Zdůraz uje normové požadavky a tématické okruhy hodnocení konstrukcí. Evropské předpisy obecněě uvádějí uvád sedm tzv. základních požadavkůů na stavby.Ty stavby. můžeme chápat jako rámec pro odvození konkrétních požadavků, požadavk předpisů a norem: 1. Mechanická odolnost a stabilita 2. Požární bezpečnost 3. Hygiena, ochrana zdrav a životního prostředí prost 4. Bezpečnost a přístupnost ístupnost při užívání 5. Ochrana proti hluku
6. Úspora energie a ochrana tepla 7. Udržitelné využívání přírodních zdrojů Prvním a tradičně nejvíce zdůrazňovaným a dobře popsaným požadavkem je požadavek 1. Jedním z klíčů pro splnění dalších uvedených požadavků je využití poznatků ze stavební fyziky – tématicky související s druhým, třetím, pátým a šestým požadavkem s pochopitelnou vazbou na sedmý z nich. Označení stavební fyzika zahrnuje několik svébytných oblastí, které jsou spolu do určité míry provázány. Znalost jejich základů umožní pochopení dějů v konstrukcích a budovách, pomůže objasnit smysl požadavků a doporučení. Ty vycházejí jak z povinnosti zajistit zdravé vnitřní prostředí v budovách (hygienické požadavky), tak z požadavků na nízkou energetickou náročnost a splnění požadavků z hlediska udržitelné výstavby budov. Patří sem stavební tepelná technika, často označovaná také jako tepelná ochrana budov, která se především zabývá tepelnými a vlhkostními ději ve stavebních konstrukcích a budovách a dále energetickou náročností budov. Akustika řeší zejména pronikání zvuku konstrukcemi (stavební akustika) a šíření zvuku ve vnitřním a venkovním prostoru (prostorová akustika). Další významnou složku stavební fyziky tvoří hodnocení budov a místností z hlediska denního osvětlení a proslunění. Dalším souvisejícími tématy je řešení otázek spojených s přítomností závadných látek v interiérech budov a požární bezpečností. Přirozeným cílem by mělo být propojení všech poznatků a požadavků s atraktivní funkční a vizuální složkou architektury v jeden harmonický celek. V této souvislosti je potřebné zmínit metodu integrovaného navrhování budov, kde by právě poznatky z jednotlivých oblastí mělo možné vhodně a včasně uplatňovat ve prospěch uživatelů staveb i životního prostředí. Sdělení uvedená v tomto úvodním textu se zdají být prostá a se zcela přirozeným významem. Při důsledné aplikaci ovšem často narážíme na (zdánlivou) protichůdnost jednotlivých požadavků, (zdánlivou) nerealizovatelnost a často sdělovanou informaci o nadměrném omezování práce architekta technicky formulovanými požadavky na obálku budovy. Terminologická poznámka Označení „změna stavby“ označuje mnoho nejrůznějších situací a akcí. Může jít o aditivní řešení, kdy stávající obvodovou konstrukci s nevyhovujícími vlastnostmi doplníme novým souvrstvím, náhradu původní obvodové konstrukce, nebo vytvoření konstrukce zcela nové v nově vytvářené části budovy (nástavby, přístavby,…)
Environmentálně orientovaná hodnocení V posledních létech se intenzivně rozvíjí nástroje environmentálně orientovaných hodnocení. Mezi hlavní kritéria pro jednotlivé materiály a jejich sestavy patří: svázaná energie (šedá energie), jako energie uvolněná v souvislosti s existencí stavebního materiálu. Příbuznou hodnotu představuje potenciál globálního oteplování (GWP – global warming potential) v souvislosti s produkcí emisí CO2 a dalších tzv. skleníkových plynů. Pro podrobnější
hodnocení se dále užívají další kategorie. Klíčovým problémem je definice vymezení časového úseku „života materiálu“: a) realistické stanovení životnosti při daném zabudování b) zahrnutí etap životního cyklu. Výše uvedená hodnocení mohou být použita pro rozhodování o volbě materiálu v námi řešeném projektu. Ne vždy jsou ovšem k dispozici kvalitní data. Často jsou taková dílčí hodnocení propojena s celkovým hodnocením kvality budov (SBtool, BREAM, DGNB, LEED,…).
Požadavky technických norem a jiných předpisů Požadavky na lehké obvodové pláště, kam budou patřit i námi převážně studované konstrukce, jsou popsány v EN 13830: − Odolnost proti zatížení větrem; − Stálé zatížení (vlastní tíha); − Odolnost proti nárazu; − Průvzdušnost; − Vodotěsnost; − Vzduchová neprůzvučnost; − Součinitel prostupu tepla; − Požární odolnost; − Reakce na oheň; − Šíření ohně; − Trvanlivost; − Propustnost vodní páry; − Pospojování; − Odolnost proti zemětřesení; − Odolnost proti změnám teploty (tepelným změnám); − Konstrukční a tepelný pohyb; − Odolnost proti dynamickým vodorovným zatížením. Odolnost proti zatížení větrem Provádí se výpočet zatížení dle Eurokódu ČSN EN 1991-1-4, zkoušení podle ČSN EN 12179. Požadavky:
− Mezní průhyb je průhyb L/200 nebo 15 mm. Když deformace proběhne, musí se po hodině vrátit do původního stavu; − Upevnění se nesmí za větru hnout o více než +/- 1 mm vůči nosné konstrukci; Prováděné zkoušky: Zkouška Odolnosti proti zatížení větrem dle ČSN EN 12179: Zkušební vzorek -
vzorek provozuschopný a plně připravený k použití šířka nesmí být menší než dvě typické jednotky a musí být přiměřeně zajištěno plné zatížení nejméně jedné typické svislé spáry nebo rámové části, nebo obou výška nesmí být menší než typická výška mezi dvěma místy připojení LOP k nosné konstrukci všechny prvky musí mít skutečnou velikost i shodné materiály, podmínky připojení na konstrukční rám musí co nejvíce odpovídat podmínkám připojení na stavbě
Průběh zkoušky -
otevíravé části 5x otevřeny, zavřeny a zamčeny zkouška je při kladném zkušební tlaku a následně záporném aplikují se 3 rázy tlaku vzduchu odpovídající 50% návrhového zatížení nebo 500Pa (dle toho, která hodnota je vyšší), ráz trvá minimálně 3s LOP se podrobí tlakům ve 4 stupních, 25, 50, 75 a 100% návrhového zatížení měří se deformace a stanoví se čelní průhyb dle prEN 13116:1997. opakuje se při záporném tlaku zkouška při zvýšeném tlaku 150% není povinná
Sled zkoušek Všechny zkoušky musí být provedeny dle ČSN EN 13830 v následujícím sledu: -
průvzdušnost – pro klasifikaci vodotěsnost při statickém tlaku – pro klasifikaci odolnost proti zatížení větrem – provozuschopnost průvzdušnost – opakování k potvrzení klasifikace odolnosti proti větru odolnost proti zatížení větrem, zvýšená odolnosti proti zatížení větrem - bezpečnost
Stálé zatížení – vlastní tíha Prokazuje se statickým výpočtem podle Eurokódu. Vlastní tíha se stanovuje dle ČSN EN 1991-1-1. LOP musí přenést vlastní tíhu včetně příslušenství zahrnutá do návrhu. Kotvení musí přenést tíhu bezpečně na nosnou konstrukci. Maximální průhyb hlavního vodorovného nosníku při svislých zatíženích nesmí překročit menší z hodnot L/500 nebo 3mm. Odolnost proti nárazu
Požadavky jsou popsány v ČSN EN 14019, lehký obvodový plášť musí bezpečně absorbovat zatížení nárazem a musí zachovat svoji celistvost při splnění následujících kritérií: -
žádná část nesmí spadnout nesmí se objevit žádné proražení nesmí se objevit žádné rozbití žádný výplňový panel nesmí změnit svou polohu a může se uvolnit pouze demontáží trvalá deformace prvků LOP musí být přijatelná výrobky ze skla musí být posuzovány dle ČSN EN 12600 uvolnění prvku nesmí být výsledkem síly nárazu vše výše uvedené platí při zatížení nárazem kolmo k rovině LOP
Místa zatížení: -
střed výšky sloupku mezi ukotveními (jen vnější) střed šířky (vnější, vnitřní ve výšce parapetu) průsečík sloupku a poutce střed parapetní výplňové jednotky
Zkouška probíhá podle ČSN EN 13049 a ČSN EN 12600. Popsaným zkušebním tělesem se udeří do vzorku s příslušnou výškou pádu – dle klasifikace pláště. Průvzdušnost Prokazování vzduchotěsnosti LOP řeší tyto dvě normy: − ČSN EN 12152 Lehké obvodové pláště – Průvzdušnost – Funkční požadavky a klasifikace, ČNI 2002 − ČSN EN 12153 Lehké obvodové pláště – Průvzdušnost – Zkušební metoda, ČNI 2001 Klasifikace Kritériem pro klasifikaci LOP podle vzduchotěsnosti je průtok vzduchu vztažený buď na jednotku plochy [m3/(m2.h)] nebo na jednotku délky tzv. pevné spáry [m3/(m.h)]. Průtok vzduchu závisí na rozdílu tlaku vzduchu, který působí na vnitřní a vnější líc LOP. Hodnoty průtoku vzduchu se zjišťují měřením vzorku LOP postupem podle ČSN EN 12153 na několika úrovních tlakového rozdílu. Na základě výsledku zkoušky podle ČSN EN 12153 se LOP zařadí do jedné z pěti tříd vzduchotěsnosti definovaných v ČSN EN 12152. Hranice každé třídy je definovaná jako závislost průtoku vzduchu na působícím tlakovém rozdílu. Pro libovolný tlakový rozdíl je tedy možné dopočítat odpovídající hraniční hodnotu průtoku vzduchu. Aby mohl být měřený vzorek zařazen do určité třídy, musí všechny naměřené průtoky vzduchu ležet pod horní hranicí této třídy. V ČSN EN 12152 se uvádí, že se při odvození hranic tříd průvzdušnosti vycházelo z 0.25 násobku návrhového zatížení větrem. Z textu normy není zřejmé, jakým způsobem se při
tomto odvození postupovalo. Pro praktické použití normy (klasifikace LOP na základě výsledků zkoušky průvzdušnosti) není tato informace podstatná. Zkouška Vzduchotěsnost LOP se zkouší v laboratorním zařízení metodou tlakového spádu podle ČSN EN 12153. Zkušební zařízení má tři základní součásti: •
zkušební tlakovou komoru s otvorem pro osazení zkušebního vzorku
•
zařízení pro vyvolání řízeného tlakového rozdílu mezi zkušební komorou a okolním prostředím (ventilátor)
•
zařízení pro měření průtoku vzduchu
Zkušební vzorek se vzduchotěsně osadí do zkušební komory a vystaví se působení tlakového rozdílu na několika úrovních. Na každé tlakové úrovni se měří průtok vzduchu zkušebním vzorkem. Naměřené hodnoty průtoku vzduchu se vztáhnou na jednotku plochy nebo jednotku délky pevných spár a porovnají s hraničními hodnotami klasifikačních tříd podle ČSN EN 12152. Na základě porovnání se LOP zařadí do jedné z klasifikačních tříd. Norma ČSN EN 12153 rozlišuje dva zkušební postupy: •
měření včetně vlivu otevíravých spár
•
měření s utěsněnými spárami
Z textu normy není zřejmé kdy nebo pro jaký účel se má požít jeden nebo druhý postup. V ČR provádí zkoušku vzduchotěsnosti několik akreditovaných laboratoří, například VÚPS Praha Uhříněves (kontakt: Tomáš Langr). Tato laboratoř je vybavena zkušební komorou pro zkoušení vzorků o rozměrech cca 3.5 x 3.5 m. Zkušební vzorek Zkouší se plně funkční reprezentativní výsek LOP. Zkušební vzorek má splňovat tyto podmínky: •
zkušební vzorek má mít skutečnou velikost (měřítko 1:1)
•
zkušební vzorek má mít stejné konstrukční řešení a má být vyroben ze stejných materiálů jako ověřovaný typ LOP
•
zkušební vzorek má být provozuschopný, připravený k použití
•
zkušební vzorek má být tak uspořádaný a musí mít takovou velikost, aby umožnil zkoušení alespoň jedné typické svislé spáry (u modulových fasád to znamená, že musí být sestaven alespoň ze dvou modulů/panelů)
•
výška vzorku má být větší než skutečná (svislá) vzdálenost mezi místy připojení na stavební konstrukci. V textu normy není zmíněn počet typických vodorovných spár, který se má zkoušet – mimo jiné zřejmě také proto, že u některých typů LOP lze
vodorovné spáry obtížně definovat (rastrové fasády). U modulových fasád (případ řešeného LOP) by měl zkušební vzorek pochopitelně obsahovat alespoň jednu vodorovnou spáru mezi moduly/panely, přestože to zkušební postup výslovně nepožaduje. Součástí vzorku má být také model stavební konstrukce, ke které má být LOP připojen (např. ŽB stropní desky). Pro upevnění do zkušební komory má být vzorek vybaven vhodným osazovacím rámem. Vodotěsnost Prokazování vodotěsnosti LOP řeší tyto dvě normy: − ČSN EN 12154 Lehké obvodové pláště – Vodotěsnost – Funkční požadavky a klasifikace, ČNI 2001 − ČSN EN 12155 Lehké obvodové pláště – Vodotěsnost – Zkušební metoda, ČNI 2001 Klasifikace Kritériem pro klasifikaci LOP je tlakový rozdíl (rozdíl tlaku vzduchu na vnitřním a vnějším líci LOP), při kterém dojde k zatékání vody skrz LOP. Tento tlakový rozdíl se zjišťuje laboratorní zkouškou vodotěsnosti podle ČSN EN 12155. Na základě výsledku zkoušky se zkoušený vzorek LOP zatřídí do jedné z pěti tříd vodotěsnosti. Zkouška Podstata zkoušky je velmi podobná zkoušce vzduchotěsnosti. Zkušební vzorek LOP se vystaví působení uměle vyvolaného tlakového rozdílu na několika úrovních. Na rozdíl od zkoušky vzduchotěsnosti se navíc vnější líc vzorku postřikuje vodou. V normě je podrobně popsaný předepsaný způsob postřikování včetně průtoku vody. Během zkoušky se sleduje, při jakém tlakovém rozdílu a v kterém místě dojde k průsaku vody na vnitřní líc zkušebního vzorku. Zkušební postup předpokládá, že zkouška vodotěsnosti následuje bezprostředně po zkoušce vzduchotěsnosti a využívá stejný zkušební vzorek. Pro účely tohoto projektu může zkoušku vodotěsnosti realizovat laboratoř VÚPS Praha, která má k dispozici předepsané zkušební zařízení. Jedná se o zkušební komoru na měření vzduchotěsnosti vybavenou postřikovacím zařízením. Maximální velikost zkušebního vzorku je tedy stejná, jako u zkoušky vzduchotěsnosti (cca 3.5 x 3.5 m). Zkušební vzorek Požadavky na zkušební vzorek jsou stejné jako v případě zkoušky vzduchotěsnosti (viz předchozí text). Zkušební postup předpokládá, že se pro obě zkoušky použije stejný zkušební vzorek. Vzduchová neprůzvučnost
− Stavební neprůzvučnost – stanovuje se měřením na stavbě − Celková stavební neprůzvučnost se váží podle průsvitné a neprůsvitné části − Možnost stanovit výpočtem, případně vyzkoušet v TZUS v Teplicích – prosím prověřit detaily zkoušky a cenu, případně popsat, co je potřeba k měření na stavbě a kolik by to stálo Součinitel prostupu tepla Stanovuje se výpočtem dle normy ČSN 73 0540-2.
Požární odolnost Kde je to vyžadováno, musí být požární odolnost klasifikována v souladu s ČSN EN 13501-2. Jelikož obvodový plášť není nosným prvkem budovy, není vždy potřeba, aby vykazoval požární odolnost. Ta bude vyžadována zejména v případech, kdy může kolidovat odstupová vzdálenost od takové fasády s jinými objekty, a to ve dvou variantách: 1. Obvodový plášť, na nějž dopadá přílišné sálavé teplo (je v požárně nebezpečném prostoru), musí splňovat požární odolnost, mezní stav EI. Jde tedy o vnější působení, tzv. vnější požár. 2. Obvodový plášť s požadovanou požární odolností alespoň EW bude brán jako požárně uzavřená plocha a jako takovému se zmenší odstupové vzdálenosti. Zde jde o vnitřní působení (z požárního úseku ven), tedy vnitřní požár. Požadavek požární odolnosti LOP tedy vzniká zejména v následujících situacích: 1. Budova má požární výšku vyšší než 12 m. Je vznesen požadavek na požární pás, mezní stav EI. 2. Budova sousedí s jiným objektem. Je vznesen požadavek na svislý požární pás, mezní stav EI. 3. Budova má členitou dispozici (například s vnitřními rohy) a požárně nebezpečný prostor jednoho požárního úseku zasahuje do obvodového pláště jiného požárního úseku. Je vznesen požadavek na tento obvodový plášť, mezní stav EI. 4. Budova stojí v požárně nebezpečném prostoru jiného objektu. Je vznesen požadavek na obvodový plášť, mezní stav EI. 5. Budova stojí blízko sousedního objektu a požárně nebezpečný prostor navrhované budovy zasahuje na konstrukce sousední budovy. Je vznesen požadavek na obvodový plášť, mezní stav EW. Pokud můžeme předpokládat, že před dřevěným LOP bude zevnitř vždy předstěna, která bude vykazovat požární odolnost a která bude staticky nezávislá na dřevěném LOP, odpadá požadavek zkoušet dřevěný LOP na vnitřní požár, protože jeho funkci zastane právě předstěna. Z hlediska vnějšího požáru (požadavek EI), pokud tato situace nastane, bude potřeba vzorek odzkoušet.
Pokud tedy nutnost klasifikace požární odolnosti nastane, zkouší se podle ČSN EN 1364-3 pro celý fasádní systém, případně podle ČSN EN 1364-4 pro některé konstrukční části LOP. Vzorek pro ČSN EN 1364-3 je alespoň 3,0 x 3,0 m, včetně všech komponent – tedy i předstěny apod. Vzorek by měl být vysoký jako v reálné situaci, minimálně však 0,9 m a alespoň 3,0 m široký. I zde by měl mít vzorek náležité ukotvení dle reálné situace a požární utěsnění. Reakce na oheň Kde je to vyžadováno, musí být reakce na oheň klasifikována v souladu s ČSN EN 13501-1. Třída reakce na oheň je hlavním ukazatelem při třídění konstrukcí na druhy DP1, DP2 a DP3. Konstrukce s hořlavými nosnými prvky je většinou DP3, což běžně stačí. Lepší druhy konstrukcí jsou vyžadovány u požárně nebezpečnějších požárních úseků (VI. – VII. SPB) a u budov vyšších, kde u budov nad 12 m požární výšky jsou požadovány požární pásy. Požární pásy musí vykazovat určitou požární odolnost, splňovat požadované rozměry (nejčastěji 900 mm pro přímý pás), druh konstrukce DP1 a povrchovou úpravu z nehořlavých výrobků nešířících požár (třída reakce na oheň A1 nebo A2 a index šíření plamene po vnějším povrchu is = 0 mm/min.). Navíc existují takové provozy nebo části budov, na jejichž fasádách požární normy přímo zakazují použití konstrukcí jiných než druhu DP1. Jedná se zejména o stavby větších zdravotnických zařízení (ČSN 73 0835 - Požární bezpečnost staveb - Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče, 2006) a o shromažďovací prostory (kina, divadla, posluchárny, ale i větší restaurace, větší kancelářské prostory apod.) (ČSN 73 0831 - Požární bezpečnost staveb - Shromažďovací prostory, 2011). Navrhovaný obvodový panel taktéž nesmí být užit na chráněné únikové cestě. Pokud jsou jednotlivé materiály patrně již odzkoušeny, není nutno panel klasifikovat do třídy reakce na oheň. Případná klasifikace by pak byla provedena na základě zkoušek dle ČSN EN ISO 11925-2 (zkouška malým zdrojem plamene) a ČSN EN 13823 (SBI test). Obě zkoušky však mohou zkoušet jen vzorek do tloušťky 200 mm. Celý panel se může zkoušet a klasifikovat dle ISO 9705 (resp. ČSN EN 14390). Šíření ohně Kde je to zvlášť vyžadováno, musí LOP obsahovat požární a kouřové přepážky, které jsou nutné k zabránění přenosu ohně nebo kouře přes dutiny v konstrukci LOP v jeho pevných napojeních s konstrukčními stropními deskami ve všech podlažích. Styk lehkého obvodového pláště a požárního stropu nebo stěny (např. mezibytové) bude nezbytné požárně utěsnit event. uzavřít za požární předstěnu. Vzhledem k různé úrovni přesnosti výroby (zhotovení) konstrukcí může mezera mezi stěnou (stropní deskou) a obvodovým pláštěm činit až několik centimetrů.
Utěsnění je řešeno systémovými ucpávkami s jádrem z minerálních vláken opatřeným buď intumescentním nátěrem, akrylátovým tmelem nebo protipožárním povlakem v závislosti na tloušťce spáry. Nevýhodou je, že intumescentní nátěr musí být aplikován s přesahem od několika mm až po 5 cma tyto materiály nesmějí být překryty žádnou další vrstvou (omítka, nátěr), protože by mohly znemožnit protipožární – napěňující – funkci. Protipožární ucpávka tedy bude viditelná nebo musí být skryta za konstrukcí s dostatečným odstupem (alespoň 30 mm). Tyto požadavky platí jak pro požární stěny, tak pro požární stropy. Na trhu taktéž existují některé výjimky: Při tloušťce spáry mezi dřevěným LOP a požárním stropem do 30 mm se může akrylátový protipožární tmel nanést pouze na horní povrch minerálního vlákna.Tím pádem může být spodní strana opatřena běžnou omítkou či nátěrem. Tato ucpávka má deklarovanou požární odolnost EI 90 minut, splňuje tedy nejvyšší možné požadované pro systémová těsnění (ČSN 73 0810 - Požární bezpečnost staveb - Společná ustanovení, 2009). Vhodnější tedy bude aplikace akrylátových tmelů na výplň z minerálních vláken. I v tomto případě je nutno přetáhnout protipožární tmel na okolní konstrukce a je požadováno, aby jádro z minerálního vlákna mělo dostatečnou výšku (cca 80 mm). Tmely na rozdíl od intumescentních nátěrů nezpěňují a vytvoří pevnou krustu. Je tedy možné je natírat či zakrýt jinou konstrukcí. Ucpávky s akrylátovým tmelem je možno aplikovat do šířky 100 až 150 mm– není asi potřeba předpokládat na styku stropní konstrukce a dřevěného LOP překročení této hranice. Trvanlivost Trvanlivost funkčnosti všech vlastností lehkého obvodového pláště není zkoušena, ale je vztažena na výsledky shody základních materiálů a konečné povrchové úpravy za stavu současného vývoje nebo kde jsou k dispozici evropské technické specifikace vymezující materiál nebo konečnou úpravu. Hlavními nástroji posuzování životnosti a trvanlivosti stavebních výrobků jsou Interpretační dokumenty nařízení EP a Rady č. 305/2011(Prohlášení o vlastnostech) a Pokyn F ke směrnici č. 89/106/EHS. Výsledkem je certifikace CE. Hlavní cesta k posouzení trvanlivosti zahrnuje zkoušky výrobku pro stanovení změn jeho charakteristik při daném zatížení nebo cyklu zatížení. Nejběžnější typy zkoušek založených na ukazatelích charakteristik jsou: •
•
•
Přímé zkoušení – dosažení určité úrovně ukazatelů charakteristik se pokládá za dostačující pro přijatelnou trvanlivost (např. zkoušky opotřebení, únavy, uzavření a rázové zkoušky). Nepřímé zkoušení – měření „zástupných“ charakteristik, které mohou být ve vzájemném vztahu ke skutečné funkci a tudíž i k trvanlivosti (např. pórovitost k odolnosti proti zmrazování – rozmrazování a tvrdost k odolnosti proti otěru). Přirozené zkoušky na povětrnost/stárnutí – tyto zkoušky buď poskytují přímý údaj o trvanlivosti (např. zkoušky koroze), nebo umožňují, aby běžné zkoušky charakteristik byly po úpravě prováděny venku, což umožní stanovit degradaci ukazatelů charakteristik.
• •
Urychlené zkoušky na povětrnost/stárnutí – jako výše, ale s urychleným normálním procesem stárnutí, aby se zkrátilo trvání zkoušky. „Zátěžové“ zkoušky – výrobek je podroben podmínkám, které jsou mnohem drsnější než ty, se kterými se kdy může při použití setkat (např. zkoušení výrobků z polyesterového laminátu nebo z laminovaného dřeva varem).
Jak řečeno výše, tyto zkoušky jsou určeny pro jednotlivé výrobky použité v LOP, tedy samotný LOP už se používat nemusí, jen dle poznámky ČSN EN 13830 je nutno udržovat všechny součásti, materiály a konečné povrchové úpravy s ohledem na jejich přirozené stárnutí. V závislosti na jejich expozici k nepříznivým činitelům navrhnout jejich údržbu, která by zachovala funkčnost během celé životnosti. Jelikož však dle Pokynu F lze LOP považovat za konstrukci, která je opravitelná nebo snadno vyměnitelná, popřípadě hůře opravitelná nebo vyměnitelná, její předpokládaná životnost u běžných staveb je 10, respektive 25 let. Propustnost vodní páry − Určitě platí obecné požadavky ČSN 73 0540-2 − Mělo by se výpočtově prověřit šíření vodní páry a riziko kondenzace vodní páry v pevných výplních LOP − Mělo by se ověřit riziko kondenzace ve stycích mezi panely (ve spárách) za předpokladu, že nedochází k proudění Pospojování Jde o zemnění. Pokud nebudeme mít kovové součásti, tak se nás netýká. Odolnost proti zemětřesení Pouze tam, kde je to vyžadováno, musí být odolnost proti zemětřesení stanovena v souladu s technickými specifikacemi nebo jinými opatřeními platnými v místě použití. Tento požadavek platí i v místě použití LOP, kde může dojít k zatížení od vibrací dopravou. Odolnost proti změnám teploty Kde je stanoven požadavek na použití skla odolného proti změnám teploty (tepelným šokům, například při částečném zastínění), musí být vybráno odpovídající tepelně zpevněné nebo tvrzené sklo, které odpovídá normám. Konstrukční a tepelný pohyb Konstrukce LOP musí být přizpůsobena tepelným a konstrukčním pohybům bez vyvolání poškození součástí nebo funkční vlastnosti. Specifikátor musí specifikovat pohyby stavby, které bude LOP vyrovnávat včetně pohybů všech spojů na konstrukci.
Odolnost proti dynamickým vodorovným zatížením Lehký obvodový plášť musí odolat dynamickému zatížení ve výšce příčlí, jak je specifikováno v ČSN EN 1991-1-1, tj: vodorovné zatížení v rozmezí 0,2kN/m až 5,0kN/m dle kategorie stanoveného použití objektu. Požadavky na údržbu dle ČSN EN 13830: Příloha B Způsob údržby stanovený individuálním projektem by měl zahrnout: -
specifická doporučení pro běžnou údržbu, čištění, vhodné čisticí prostředky a všechna mazání/nastavení pohyblivých částí; postupy pro výměnu poškozených nebo opotřebovaných součástí/konečných povrchových úprav.
Každý vybraný způsob údržby lehkého obvodového pláště by se měl přizpůsobit příslušným bezpečnostním normám a neměl by umožnit přenést na lehký obvodový plášť' sily překračující ty, které mohou být bezpečně přeneseny lehkým obvodovým pláštěm bez snížení jeho trvalé funkčnosti. Požadavky pro certifikaci
Klasifikace a označování funkčních vlastností LOP dle ČSN EN 13830 Č. 1 2
Vlastnost Článek 4.1 Odolnost proti zatížení větrem
Jednotky
Stálé zatížení Odolnost proti nárazu
kN/m
4.2
3 4.3 4 5
4.4
6
4.5
7
4.6
8
4.7
vnitřní výška nárazu vnější výška nárazu
Průvzdušnost Zkušební tlak Vodotěsnost Zkušební tlak Vážená vzduchová neprůzvučnost Rw (C; Ctr) Součinitel prostupu tepla
11
4.13
Ucw Požární odolnost Celistvost ( E ) i -> o, o-> i, o <-> i Celistvost a izolace ( EI ) i -> o, o-> i, o <-> i Pospojování
12
4.17
Odolnost proti vodorovným zatížením
9 4.8 10
2
npd
2
npd
kN/m
npd
(mm)
npd
(mm)
npd
(Pa)
npd
(Pa) dB -2
W.m .K
-1
Deklarovaná hodnota I1 I2 I3 (200) (300) (450) E1 E2 E3 (200) (300) (450) A2 A3 A4 (300) (450) (600) R5 R6 R7 (300) (450) (600) Deklarovaná hodnota
npd
Deklarovaná hodnota
npd
kN na m výš ky příčl e
I0 (n.a.) E0 (n.a.) A1 (150) R4 (150)
npd
npd
E E E 30 60 90 EI EI EI 30 60 90 Deklarovaná hodnota
npd
Deklarovaná hodnota
(min) (min) (Ω)
Třída nebo deklarovaná hodnota Deklarovaná hodnota
npd
E 15 EI 15
I4 (700) E4 (700) AE (>600) RE (>600)
Pokud je pro určené použití výrobku fuknční vlastnost bezvýznamná, může být od jejího stanovení upuštěno (npd = žádný ukazatel není stanoven). Případně mohou být vynechány zmíněné vlastnosti. To neplatí v případě stanovených mezních hodnot. Klasifikace LOP, pokud jde o výše uvedené, musí být identifikována každou jednotlivou konstrukcí, ať je konstruována z účelově navrženého systému nebo standardního systému.
Inspirace
Koncept projektu MeeFS Retrofitting a přehled konsorcia. Zdroj: http://www.meefsretrofitting.eu/images/documents/meefs_poster.pdf Výzkumný projekt FP7, zahájen v září 2012, poběží do roku 2016. Cílem projektu je vyvinout komplexní prefabrikované řešení rekonstrukcí poválečné výstavby v nízkoenergetickém standardu, včetně integrace technologií a nových rozvodů. Výsledky budou demonstrovány na 3 budovách (Španělsko, Německo, Nizozemsko).
Koncept projektu RetroKit. Zdroj: http://www.retrokitproject.eu/project-description
RetroKit – koncept ventilace (Fraunhofer). Zdroj: Prezentace na konferenci SB13 v Mnichově. Projekt IEA, běžel v letech 2006-2011. Na stránkách projektu jsou příklady velkoformátových fasádních dílců a videa z montáží. Prezentace projektu dostupná na http://www.emparen.ch/A50/Prefab_Retrofit_06_2010.ppt.
Koncept rekonstrukcí vyvinutý v Annexu 50 ECBCS. Zdroj: http://www.emparen.ch/A50/Prefab_Retrofit_06_2010.ppt TES EnergyFacade je prefabrikovaný stavební systém velkoformátových dřevěných rámových panelů, který byl vyvinut v rámci projektu SmartTES (nadace Woodwisdom.net) v letech 2008-2009. Systém získal řadu ocenění. Finální report projektu je ke stažení na http://tesenergyfacade.com/downloads/TES_Manual-ebookFINAL.pdf. Technologicky jsou pravděpodobně nejvyspělejší ze zde prezentovaných řešení, především pro renovace zděných nebo panelových budov.
Projekt lehkého obvodového pláště na bázi dřeva, jako alternativa pro kovové lehké obvodové pláště, použitelný především pro nebytové stavby, je předmětem projektu EnviLOP (UCEEB ČVUT).
Pilotní instalace systému EnviLOP ve výzkumném centru UCEEB (červenec 2014)
Obdobným tématem industrializovaného lehkého obvodového pláště s důrazem na integraci systémů technického zařízení budov se bude zabývat nově zahájení projekt MORE CONNECT. Členem konsorcia je tým UCEEB ČVUT. Poznámka k volbě tepelně-izolačních hmot Výrobci izolačních hmot a systémů se snaží pro zvětšující se trh nabízet nová řešení. Do běžného užívání se v posledních letech dostavy výrobky z tzv. šedého polystyrénu (s grafitovým plnivem). Při stejné tloušťce lze dosáhnout až o pětinu většího izolačního efektu, což má pozitivní vliv i na snížení zátěže životního prostředí. Výhodné může být i snížení tloušťky obvodové konstrukce. Mezi nové materiály můžeme zahrnout i resolovou (fenolickou) pěnu s tepelnou vodivostí až 0,022 W/(m2K). Pro vícevrstvé masivní systémy, kdy dominantní tepelně-izolační funkci má vnější vrstva izolantu, je charakteristická snaha snížit tloušťku vrstvy nosné (zdivo z vápenopískových bloků, dřevěné panely typu KLH apod.). Perspektivní jsou i nové výrobky s vakuovou tepelnouizolací, omezující jinak obvyklá rizika poškození při montáži. Mezi novinky pro speciální aplikace, zejména tam, kde je potřeba lokální eliminace tepelného mostu při minimální tloušťce přidané vrstvy (při rekonstrukcích), patří kromě desek s vakuovou izolací (tepelná vodivost orientačně 0,007 W/(m.K) pro stavební aplikace) i výrobky z aerogelu (tepelná vodivost orientačně 0,013 0,016 W/(m.K)). Intenzivní diskuse se týká využití izolačních hmot z přírodních materiálů – na bázi dřeva nebo jiných rostlin. Stále ne zcela dostatečné jsou údaje o jejich vlastnostech, zejména tepelné vodivosti v závislosti na vlhkosti, životnosti těchto biogenních materiálů. Tato oblast si zaslouží značnou pozornost, protože může jít o lokální produkty podporující místní zemědělce i zpracovatele, o hmoty s nízkými hodnotami svázané energie a navíc nezávislé na ropě. Neméně zajímavou aplikační oblast může tvořit kombinace přírodě blízkých hmot s high-tech materiály, které tvoří doplněk v konstrukční skladbě nebo jsou přímo propojeny ve struktuře hmoty. Součástí odborné diskuse (a experimentálních prací) by měla být i otázka vhodné míry hydrofobity použitého izolantu s ohledem na umístění v souvrství a dále otázka příspěvku zvolené izolační hmoty k tepelné setrvačnosti obvodové konstrukce a budovy jako celku. Omezení využití izolačních hmot je i v souvislosti s maximální akceptovanou tloušťkou finálního souvrství (negativní vliv tvar budovy, negativní ovlivnění denního osvětlení a oslunění interiérů v některých případech). V konstrukčním řešení obvodového pláště může hrát významnou roli i integrace fotovoltaických systémů (plošné prvky v souvrství obvodové stěny, vystupující prvky solárních markýz, zábradlí apod.).
3. Energeticky a prostorově úsporné fasády Coral KNAUF 3.1 Stávající stav vývoje před zahájením projektu Knauf Coral fasády jsou kombinací lehké, vysoce tepelně izolační a prostorově úsporné fasády, která se svým vzhledem vůbec nemusí lišit od konvenčních zděných systémů obvodového pláště. Při jeho vývoji byl kladen důraz na suchý způsob montáže s možností rychlého uzavření obálky budovy proti povětrnostním vlivům. Využití celé tloušťky konstrukce pro umístění izolačního materiálu činí systém Knauf Coral jedním z prostorově nejúspornějších a ideálním pro nízkoenergetické či pasivní domy. Lehký sendvičový systém umožňuje zajištění vzduchotěsnosti umístěním parotěsné zábrany. Velmi jednoduchá je zde stále oblíbenější varianta větrané fasády. Modifikace fasád Knauf Coral jsou adaptovány jak na rekonstrukce klasických zděných objektů tak především na provádění fasád novostaveb u budov bytové i občanské výstavby. 3.1.1 Přehled možných systémů CORAL WOOD - Vidiwall - lehký nevětraný fasádní plášť na bázi dřevěných rámů
CORAL WOOD - Aquapanel - provětrávaná fasáda na bázi dřevěných rámů
CORAL CONTACT - Vidiwall - lehký nevětraný fasádní plášť s kontaktním zateplovacím systémem
CORAL STEEL – Aquapanel Outdoor - provětrávaná fasáda plášť na bázi energeticky úsporných profilů
CORAL RENO – Aquapanel Outdoor - předsazená provětrávaná fasáda pro sanaci obvodového pláště a) CORAL RENO – Aquapanel Outdoor – provětrávaná fasáda – EURO 2000
b) CORAL RENO – Aquapanel Outdoor – provětrávaná fasáda – DEKTMETAL DKM 2A
3.1.2 Přehled používaných desek Aqupanel - cementové desky ETA-07/0173 - specifikace produktu: objemová hmotnost:
tloušťka: 12,5 mm rozměry: 3000 x 1250 mm - mechanická odolnost a stabilita (ER1): - reakce na oheň (ER2): musí splňovat třídu A1 (EN 13501-1) - hygiena, zdraví a životní prostředí (ER3): uvolňování nebezpečných látek
paropropustnost – EN ISO 12572
- bezpečnost při užívání (ER4): odolnost proti nárazu – EN 1128 pevnost a tuhost deklarovaná hustota (minimálně 1000/1100 kg/m3; maximálně 1200 kg/m3) – EN 12467 pevnost v ohybu – EN 12467
pevnost v tahu kolmo k rovině desky – EN 319
pevnost ve smyku – EN 520
odolnost proti vytáhnutí (pull out test) (není součástí této ETA) - úspora energie a zadržení tepla (ER6) tepelná vodivost
propustnost vzduchu desky jsou neprovzdušné - odolnost proti vlhkosti
Guardex
- sádrokartonové desky EN 15283-1 + A1 GM-FH1R - specifikace produktu: objemová hmotnost: 900 kg/m3 tloušťka: 12,5 / 15 mm rozměry: 2000 - 3200 x 1200 mm - technické parametry:
Vidiwall HI
- sádro-vláknité desky - specifikace produktu a technické parametry:
3.1.3. Konstrukční detaily CORAL WOOD - Vidiwall
CORAL CONTACT - Vidiwall
CORAL STEEL – Aquapanel Outdoor
CORAL RENO – Aquapanel Outdoo – EURO 2000 (hliníkové profily)
CORAL RENO – Aquapanel Outdoor – DEKTMETAL DKM 2A (ocelové profily)
3.1.4 Přehled potřebných norem a předpisů Statika – metodika zatížení a výpočtu:
ČSN EN 1990 – zásady navrhování – mezní stavy ČSN EN 1991 – zatížení konstrukcí: ČSN EN 1991-1-1/2/ - zatížení vlastní vahou za normálních okolností a za požáru ČSN EN 1991-1-7 – mimořádná zatížení od nárazů a výbuchů - ? ČSN EN 1991-1-3 – zatížení konstrukcí sněhem
ČSN EN 1991-1-4 – zatížení konstrukcí větrem ČSN EN 1991-1-5 – zatížení konstrukcí teplotou ČSN EN 1991-1-6 – zatížení konstrukcí během provádění ČSN EN 1993 navrhování ocelových konstrukcí: ČSN EN 1993-1/2 –navrhování konstrukcí za normálních okolností a za požáru ČSN EN 1993-3/5 – navrhování ocelových konstrukcí – tenkostěnné profily/boulení stěn ČSN EN 1995 – Navrhování dřevných konstrukcí: ČSN EN 1995-1/2 – navrhování konstrukcí za normálních okolností a za požáru ČSN EN 1999 – Navrhování konstrukcí z hliníkových slitin ČSN EN 1999 – 1/2/3 – navrhování konstrukcí za běžných okolností a za požáru, konstrukce náchylné na únavu ČSN EN 1998 – Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení ČSN EN 1998 – 1 – Obecná pravidla, seizmická zatížení a pravidla pro pozemní stavby Bezpečnost při užívání
Požární odolnost – vnitřní a vnější požár – ČSN EN 1364-1/1365-1 Reakce na oheň - klasifikace dle ČSN EN 13 501-1 Vodotěsnost – zkouška CSI – odchylky rozměrů – zatékání – EN 12865 Paropropustnost – výpočtem EN ISO 13788 nebo odolnost proti pronikání vodní páry – dle EN 12524. Zkoušení odolnosti všech materiálů proti vodní páře dle EN ISO 12572 Bezpečnost při užívání
Základní mechanické zkoušky – ráz měkkým a tvrdým břemenem – pád a opření člověka – ISO 7892/7893 (Odolnost v míst upevnění – dimenzace kotevních prvků dle dané konstrukce) Ochrana proti hluku
Vzduchová neprůzvučnost – EN ISO 140-3
Zvuková pohltivost – není nutné…EN ISO 354 Úspora energie a ochrana tepla
Tepelně-izolační vlastnosti – výpočet – EN ISO 6946, model Eliminace tepelných mostů-posouzení podle EN ISO 10 211-1 a10 211-2. Zkouška tepelného odporu – dle EN ISO 8990 Průvzdušnost – v nejnamáhanějším místě konstrukce – dle EN 12 114 – hodnocení konstrukčních detailů Trvanlivost - zkouška ISO 15686 -1/2 - Koroze – ISO 7253
3.2 Dosud provedené experimentální práce Ještě před začátkem projektu byly provedeny zkoušky modelu fasády na tlak a sání větru, vodotěsnost a vzduchotěsnost. V průběhu roku 2014 bylo provedeno statické posouzení kritických detailů fasády výpočtem a jeho výsledky se ukázaly v souladu se skutečnostmi zjištěnými při zkouškách. Výsledky zmiňované praktické zkoušky zároveň prokázaly, že funkčnost kritických detailů (spoje/spáry desek, místa šroubů apod.) lze postihnout pouze zkouškou a vliv nekvalitního provedení těchto detailů může být pro tyto fasády devastující. Dalším cílem aktivit byly lehké fasády bez zateplovacího systému a jejich tepelně technického chování konkrétně eliminaci a chování domnělých či skutečných tepelných mostů v místech profilů. Přestože všeobecné povědomí založené na znalosti běžných fasád na bázi cihel či betonu předpokládají v těchto místech vážné problémy, výpočty ukázaly směry možných řešení i proveditelnost těchto systémů za předpokladu jistých úprav. Paralelně k těmto aktivitám jsme zahájily práce na sumarizaci výsledků získané ETA na konstrukce lehkých fasád. Obsah této práce je vytvoření přehledného podkladu jasně definující podstatné parametry a limity navržených řešení.
4. Počítačové simulace chování lehkého fasádního panelu Na základě provedené analýzy trhu a vyhodnocení odbytových možností bylo okamžitě přistoupeno k analýze lehkých panelů. Firma KNAUF již ze svých prostředků provedla experimentální vyšetřování první alternativy panelů. V tomto projektu jde o zobecnění výsledků. Cílem je nalézt řešení jak nejrychleji industrializovat stavění z recyklovatelných materiálů, s následným použitím vytvořených prvků v masovém měřítku. A to nejen velkými firmami, nýbrž i malými a středními firmami. Jedná se o kostrový systém fasády se dvěma materiálově odlišnými nosnými prvky. V první variantě je nosná kostra tvořena tenkostěnnými ocelovými profily a ve druhé dřevěnými profily. Staticky je nutné připravit nosný prvek pro použití na budovy nízkopodlažní i na vysokopodlažní, kde je nutné uvažovat větší zatížení od větru. Dalšími důležitými faktory jsou poměrně snadná rozebíratelnost pláště s následnou možností recyklace a užití sádry a elektrárenského popílku. V tomto kontextu doposud nebyl vyvinut průmyslově vyráběný systém, který by oslovil projektanty pozemních staveb na všech úrovních. 4.1 Panel s tenkostěnnými ocelovými prvky Konstrukce – Sledovaný reprezentant je panel s oknem. Nosnou konstrukci tvoří rám z tenkostěnných profilů U nebo C různých velikostí a tlouštěk. Propojení vodorovných a svislých prvků je uděláno z ocelových úhelníků. Opláštění je sádrokartonové, výplň je minerální vata.
Nárysné schema je vykresleno na následujícím obrázku. Schema nosných profilů v panelu
625
1700
900
3000
okno
225
300
625
1800
625
2100
Řešení
Pro zjištění statických veličin je nutné udělat statický výpočetní model panelu viz. obr.
Schéma okrajových podmínek panelu Linie v = 0
Bod ϕz = 0
z
Bod u=0
y
Linie v, w = 0, ϕy = 0
x
Zatížení Zatížení panelu svislé Vlastní tíha nosné konstrukce 0,75 kN/m2
Plášť + izolace
vodorovné Proměnné zatížení
větrem
Kombinace zatížení f = fg + fs
Modely Panel je modelován ve dvou krocích
1,5 kN/m2
Nejprve je řešeno rozložení sil pomocí prutových prvků lineárním výpočtem, poté je řešena detailně část panelu, kde je nosník modelován stěnodeskovými prvky nelineárním výpočtem. Nakonec je udělána kontrola lineární stabilitou. Jsou uvažovány různé průřezy nosníků a1) U profil 100 tl. 2mm, pásnice 40mm a2) U profil 150 tl. 1,5mm, pásnice 40mm a3) U profil 200 tl. 1,5mm, pásnice 60mm
a) Model celého panelu z prutových a stěnodeskových prvků V modelu je rám tvořen prutovými prvky různých průřezů U (100,150 a 200mm), opláštění stěnodeskovými prvky.
Výpočetní model (zleva profil 100, 150, 200)
Zatížení větrem – vodorovné zatížení (kN/m, w =1,5 kN/m2)
Zatížení stálé – svislé zatížení (kN/m, g= 0,75 kN/m2)
Výsledky
Z Y X
Průhyb od kombinace – svislé zatížení + vítr (mm)
Z Y X
Hlavní tlakové napětí (kPa)
Z Y X
Hlavní tahové napětí (kPa)
b) Detailní model části panelu ze stěnodeskových prvků Je porovnán model bez opláštění a s opláštěním. Tím zjistíme, jaký má vliv opláštění na statické působení celé konstrukce.
PROFIL U100
Z Y X
Nelineární stabilita pro U100. N=1,82,
Opláštění
Z
Z
Y
Y
X
X
Nelineární stabilita pro U100 s opláštěním. N=2,94, Nelineární výpočet pro U100 s opláštěním průhyb pro násobek n=3,0,
Nelineární výpočet pro U100 s opláštěním membránová síla pro n=3,0, Lineární výpočet pro U100 s opláštěním membránová síla pro n=3,0,
PROFIL U150
Z
Y X
Nelineární stabilita pro U150. N=3,02, Opláštění
Z
Z Y
Y
X
X
Nelineární stabilita pro U150 s opláštěním n=3,7 Nelineární výpočet pro U150 s opláštěním průhyb pro násobek n=3,66,
ny [kN/m] 106.42 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -120.00 -140.00 -160.00
ny [kN/m] 116.17 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -120.00 -140.00 -160.00 -183.95
-180.00 -200.00 -223.09
Nelineární výpočet pro U150 s opláštěním membránová síla pro n=3,66, Lineární výpočet pro U150 s opláštěním membránová síla pro n=3,66,
PROFIL U200
Z Y X
Nelineární stabilita pro U200, n=2,6,
stabilita σ
u
nelineární
σ
u
nx
(kN/m)
(mm)
výpočet n x
(MPa)
(mm)
C100
1,82
-300
23,8
1,72
-280
22,3
C100 s pláštěm
3,0
-250
23,1
2,94
-225
23,2
C150
3,02
-290
15,2
2,9
-280
14,5
C150 s pláštěm
3,7
-260
14,0
3,66
-210
12,8
C200
2,6
2,5
4.2 Panel Knauf Diamand s dřevěnými prvky V souvislosti s provedením zkoušek na navrhovaném panelu Diamand, složeném z dřevěných trámků a sádrokartonových desek byl proveden výpočet programem Atena. Konstrukce:
f
Konstrukce panelu se skládá z dřevěného rámu s tloušťkou 14 cm, který je z obou stran zpevněn sádrovými deskami o tl. 12,5 mm.
F
3m
Panel je podepřen ve svislém směru po celé spodní straně a dále v čtyřech jednotlivých bodech je zabráněno posunu ve všech směrech. Spojení dřev je realizováno přes sádrové desky. Spojení desek a dřev je uvažováno jako tuhé.
Zatížení je uvažováno rovnoměrným liniově s velikostí f = 5 kN/m a postupně narůstající silou F.
1,25 m
Materiálové specifikace: Materiálové specifikace byly převzaty ze zkušebních podkladů.
Dřevo: Modul pružnosti E [MPa]
1,000E+04
Poissonovo číslo m [–]
0,200
Specifická hmotnost r [MN/m3]
5,000E-03
Součinitel teplotní roztažnosti a [1/K]
1,200E-05
Sádra: Modul pružnosti E [MPa]
1,000E+03
Poissonovo číslo m [–]
0,200
Specifická hmotnost g [MN/m3]
7,000E-03
Součinitel teplotní roztažnosti a [1/K]
1,200E-05
Pevnost v tahu Ft [MPa]
7,000E-01
Pevnost v tlaku Fc [MPa]
-3,500E+01
Specfická lomová energie Gf [MN/m]
1,000E-05
Kritická tlaková deformace Wd [m]
-5,000E-04
Exc. e, určuje tvar plochy porušení [–]
0,520
Součinitel zafixování trhliny [–]
1,000
Poměrné plastické přetvoření při tlakové pevnosti ecp [–] -1,356E-03 Mez linearity v tlaku Fc0 [MPa]
-1,470E+00
Redukce tlakové pevnosti vlivem trhlin rc,lim [–]
0,2
Součinitel smykové tuhosti trhliny sF [–]
20,0
Výsledky: Závislost posunu na zatěžovací síle F: 12 10
síla F (kN)
8 6 výpočet 4
měření
2 0 0,00E+00 5,00E-03 1,00E-02 1,50E-02 2,00E-02 2,50E-02 přetvořeni (m)
hodnoty dosažené výpočtem posun
F
mm
naměřené hodnoty posun
F
mm
1
1,97E-05
0,98
0,0197
5,40E-04
0,9
0,54
2
4,90E-04
1,96
0,4902
1,50E-03 1,75
1,5
3
9,61E-04
2,94
0,9607
2,83E-03 2,65
2,83
4
1,43E-03
3,92
1,4310
4,38E-03 3,45
4,38
5
1,91E-03
4,9
1,9060
6,37E-03 4,35
6,37
6
2,39E-03
5,88
2,3850
8,57E-03 5,25
8,57
7
2,88E-03
6,86
2,8760
1,13E-02
6,1
11,3
8
3,39E-03
7,84
3,3860
1,40E-02
6,9
14
9
8,82
0,0000
1,68E-02
7,8
16,8
10
9,8
0,0000
1,93E-02 8,45
19,3
11
10,78
0,0000
2,23E-02
22,3
8,7
Kontrolní přepočet - pro případ, že veškeré zatížení F = 7,85kN převezmou pouze desky f F
Plocha jedné desky vodorovného řezu 1,25/0,0125 m: A = 0,015625 m2 Posuzovaný řez
I = 1/12bh3 = 0,00203 m4
Vnitřní síly působící na jednu desku: N = 5.1,25/2 = - 3,125 kN M = 8,17.3/2 =11,8 kNm Napětí
σ c , 0,d =
N sd M y , sd + z = −3,57 MPa A Iy
σ c , 0,d =
N sd M y , sd + z = −3,57 MPa A Iy
τ max =
Vsd 1,5 = 0,38MPa A
Průhyb
wmax =
Fl 3 Fl + = 0,0034m 3EI 1,2GA
Vykreslení deformací a trhlin
Ověření jednoduchým výpočtem prokázalo, že numerické výsledky pro dané materiálové konstanty a okrajové podmínky jsou správně. Vzhledem k velkému rozdílu mezi numerickými výsledky a zkouškou je pravděpodobné, že materiálové parametry, nebo okrajové podmínky nejsou dobře nastavené. U pevného dolního uložení může při reálné zkoušce dojít k odtržení desek od rámu a proklouznutí. To vede ke snížení tuhosti konstrukce.
5. Upřesnění práce pro rok 2015 Průmyslový partneři pro oblast Smart Buildings definovali holistický přístup, který je vyjádřen na následujícím obrázku:
Upřesnění jsou shrnuta do následujících bodů: •
•
Stabilita – prostorová tuhost objektu •
Vliv vlastností dřeva a svislé posuny objektu – sesedání
•
Zjištění objektivních příčin na základě měření laboratorních i in situ
•
Návaznost – počítačový model v rámci WP2
Varianty skladby panelů pláště •
Vyhodnocení měření firmy KNAUF
•
Data pro verifikaci výpočetních postupů
•
Data pro teplotní analýzu a analýzu nebezpečí vzniku kondenzace
•
Využití optimalizovaného subtilního skeletu pro energeticky efektivní výstavbu budov, který bude vybudován v rámci projektu TAČR 03010501
•
V rámci Smart Regions bude využit pro instalaci vyvíjených fasádních panelů firem KNAUF i RD Rýmařov.
•
V roce 2015 bude navrženo konstrukční uspořádání zavěšení panelů a rozsah měření, která se budou provádět.
•
Experiment bude dlouhodobý a bude realizován na pozemku UCEEB ČVUT v Buštěhradě, kde plná podpora pro experimentální výzkum.
•
Schéma objektu viz níže:
•
•
Zvýšení požární odolnosti sádrokartonových desek •
Identifikace příčiny svislých trhlin při požární zkoušce
•
Zpracování dat pro počítačovou simulaci rozlévání sádry ze 3 trysek na výrobní lince – spolupráce s WP2, kde se počítačová simulace bude realizovat programem katedry mechaniky ČVUT
•
Mikroskopická analýza příčných řezů deskou s cílem zjistit stupeň nehomogenity na rozhraní proudů sádry
•
Experiment s indikací proudu sádry pomocí různých barev a videokamery
•
Návrh opatření na výrobní lince pro zvýšení homogenity v příčném řezu a tím i požární odolnosti
Vyšší využití druhotných surovin - popílek •
Klasifikace popílků z elektrárny Počerady
•
Aplikace na cementové potěry. Zvýšení náhrady cementu popílkem z 36,8% na 50%.
•
Testy nových směsí s ohledem na konzistenci směsi. Porovnání se stávajícím produktem.
•
Finální návrh nových receptur.
•
Návod k použití pytlovaných směsí.
