Obor: Typ:
Tepelně izolační materiály materiály,, výrobky výrobky,, systémy (03.02)
Autor:
Pavel Rydlo1, Jiří Hejhálek2
Technologie a provádění
Fotografie:
Pavel Rydlo
Why To Do ETICS On New Building Walls. Most Often Presented Advantages of New Building With Thermal Insulation.
Proč zateplovat stěny novostaveb? Nejčastěji uváděné výhody zateplených novostaveb. Slovo zateplování v současném stavebnictví již zcela zdomácnělo. Pro běžného občana je zateplování spojeno hlavně s rekonstrukcemi a zlepšením tepelné ochrany starších stažs tví no v oTo Také u velkého množs žství nov v eb. T o však není úplný pohled. T aké u v elkého mno staveb se dnes navrhují a realizují zateplené sendvičové obvodové stěny. Hlavní důvody zateplování novostaveb ukazuje tento článek na příkladu kontaktních systémů zateplení (ETICS) na bázi polystyrenu.
Obr. 1: Detail jednovrstvé konstrukce z cihelných bloků typu POROTHERM 44 Si zděné na maltu Porotherm TM (viz skladba č. 1 v dalším textu).
Obr. 2: Detail zateplené vrstvené konstrukce složené z cihel POROTHERM 24 P+D a fasádního polystyrénu EPS 70 F, tl. 100 mm (viz skladba č. 2 v dalším textu).
Shrneme-li nejčastěji uváděné důvody pro tvrzení, proč zateplovat také nové stavby, dostáváme se k argumentům z nejrůznějších oblastí stavebnictví. Těch základních je deset: 1 2
1. Možnost volby parametrů konstrukce Každý investor uvítá možnost rozhodnout o vlastnostech budoucí, zejména obvodové, stěny. Jedná se především o úrovni její tepelné izolace, pevnosti a únosnosti, akustických parametrech apod. Při použití sendvičové zateplené konstrukce je pouze na volbě investora, který ve spolupráci s projektantem rozhodne o izolačních parametrech stěny a budoucích provozních nákladech stavby. Volba izolačních vlastností stěny není prakticky omezena, dnes se běžně provádějí stěny s tlouškou tepelné izolace 10, 15 i 20 cm. Nedávná minulost nás přesvědčila, že věřit „zaručeným“ poznatkům, že je hloupost zateplovat silnější deskou než „pětkou“, se rozhodně nevyplatí. V tomto duchu se před časem vyskytly zprávy, že stěny s lepším tepelným odporem než 2,0 m2K/W nemají smysl. Podobné nesmysly smetly ze stolu postupné deregulace elektřiny a plynu. Ti, již zateplovali „pětkou“, si dnes často říkají, „že jsem si pět tisíc nepřiplatil a nezateplil alespoň „desítkou“. Alespoň někteří se již ponaučili: pro dům o ploše fasády 120 m2 stojí zvýšení tloušky tepelné izolace o 50 mm cca 7 000,- Kč. Ostatní náklady na zateplení jsou konstantní a tak se jedná o 7 tisícovek velmi dobře investovaných pro budoucnost. Další velkou skupinou zateplených novostaveb jsou nízkoenergetické a pasivní budovy. Také v ČR se stávají tyto stavby s minimálními provozními náklady stále žádanější a rozšířenější. Fasádní tepelně izolační desky u těchto staveb dosahují tloušky větší než 20 cm.
e yW Obr. 3: Příklad zateplené masivní stěny s deskami Gr Gre yWall all 033 celkové tloušťky 400 m s tepelným odporem R = 8,1 m2·K/W, tj. součinitelem prostupu tepla U = 0,121 W/(m2·K). V kombinaci s trojitým zasklením se jedná o stěnovou konstrukci vhodnou pro nízkoenergetické a pasivní domy. O tepelně izolačních vlastnostech desek GreyWall 033 , které jsou novinkou v sortimentu společnosti Rigips, s.r.o., se dočtete více v [6].
Ing. Pavel Rydlo, člen technického oddělení Rigips, s.r.o., závod Česká Skalice část Tepelná akumulace zatepleného zdiva – kratší topná sezóna
30
Stavebnictví a interiér 6/2006
2. Odstranění typických tepelných mostů (přechod stěny na základ, maltové spáry, sekání cihel apod.) Druhým vážným argumentem pro použití zateplené stěny u novostaveb je téměř dokonalé odstranění tepelných mostů. Různě velké tepelné mosty vznikají u jednovrstvých konstrukcí nejčastěji v oblasti přechodu stěny na základ a terén, v místech překladů, věnců, dozdívek silnějších maltových spár, dozdívání u krovu atd. Jen velmi málo stavebních firem má k dispozici pily na cihelné bloky, jen málo projektantů dokáže navrhnout stavby tak, aby nebylo nutno cihly sekat. Detaily, které jsou teoreticky na papíře vyřešeny, tak zůstávají v praxi v žalostném stavu. Výsledkem bývá zhoršení tepelně technických parametrů jednovrstvých stěn o desítky procent. Jednoduché řešení nabízí zateplená stěna. Nosnou konstrukci lze postavit rychle, bez starostí o správné provedení komplikovaných tepelně technických detailů, bez speciálního nářadí, při použití běžné, levné cementové malty. Může se zpracovat kdejaká plná cihla či půlka a „domalovat“, co je třeba. Potom se vše jednoduše obalí tepelnou izolací beze spár a slabých míst a tak se vytvoří vlastní izolační obálka stavby.
Obr. 5: Řešení detailu ukončení hydroizolace pomocí drenážní desky DD Universal Rigips
a požadované izolační parametry jsou spolehlivěji dodrženy. Navíc provedení zateplení se i laikovi jednoduše kontroluje, nebo „díra v izolaci“ je dobře vidět a jde dobře spravit.
5. Menší tlouška stěny = větší interiér stavby
Obr. 4: Ukázka stále se objevujících chyb při zdění
3. Jednoduché vyřešení ukončení hydroizolace nad terénem. Jedná se o zdánlivou drobnost, nicméně často podceňovanou a u jednovrstvých stěn bez zateplení soklu velmi těžko řešitelnou. Není snadné ukončit hydroizolaci v soklu s klasickou vápenocementovou omítkou či obkladem tak, aby detail řešil dokonalou ochranu proti vlhkosti. Při běžném obkladu keramickými obkladačkami nám vlhkost s obsahem rozpuštěných solí vzlíná často až metr vysoko (nad obklad) a poté nám vytváří známé výkvěty a rozrušuje zdivo. U zateplených soklů lepíme soklovou desku nad a pod hydroizolaci (hydroizolace je za deskou obnažena) a tak je transport vlhkosti dokonale a jednoduše přerušen, viz obr. 5. Pod hydroizolací také nedochází k velkému odpařování vody a tudíž je transport solí významně snížen. Soklová, či drenážní deska se speciálním povrchem zároveň narozdíl od používaných nopových fólií umožňuje spojité provedení omítky či obkladu.
4. Oddělení stavby nosné konstrukce a provádění zateplení Další argument navazuje na předchozí, nebo běžného zedníka těžko donutíte ošetřit každý tepelně technický detail. Běžný zedník dokáže kvalitně a efektivně vyzdít stěnu bez speciálních detailů a poté přichází „zateplovací“ firma, pro kterou je např. samozřejmostí, že spáry mezi izolačními deskami jsou nepřípustné. Každý tak vytvoří efektivně a kvalitně svoji část stěnové konstrukce 6/2006 Stavebnictví a interiér
Zateplené stěny novostaveb dosahují průměrných izolačních parametrů s menší tlouškou, než jednovrstvé stěny. Zmenšíme-li tloušku obvodové stěny o 10 cm, získáme 0,1 m2 vnitřního prostoru na 1 běžný metr obvodového zdiva. U jednopodlažní stavby s délkou obvodové stěny 40 bm získáme plochu 4 m2 a u dvoupodlažní pak 8 m2. Tento zisk podlahové plochy nás nestojí téměř žádné navýšení stavebních nákladů s výjimkou výdajů za nákup a realizaci podlahových krytin.
6. Menší riziko reklamací (praskání omítek) Současnost přináší důrazné požadavky na velmi rychlé stavění. U rychlých staveb pozorujeme, že vysoký podíl reklamací souvisí s praskáním omítek. Důvodů je celá řada - používání nadměrně vlhkých staviv, snížení pevnosti zdiva v důsledku nemaltování styčných spár, dotvarování stavby, velmi tenké omítky apod. Všechny tyto „maličkosti“ vytvářejí ve zdivu, maltě a omítce s výrazně odlišnými moduly pružnosti, součiniteli teplotní roztažnosti a odlišnými pevnostmi mechanické napětí, které se u fasád často projeví vlasovými trhlinami. Trhliny na fasádách, které se i po úpravě novým nátěrem po čase znovu objeví, se tak stávají jednou z hlavních příčin reklamačních řízení. Pokud se však na pevnou stěnu nalepí mechanicky poddajná izolační vrstva, ta se následně vyztuží armovacím tmelem s vloženou sítí a poté nanese ušlechtilá a rovněž dostatečně poddajná omítka, riziko prasklin se odstraní nebo výrazně sníží.
7. Nižší kondenzace v konstrukci Tento argument je pro mnohé laiky překvapivý, nebo se jim často na první pohled zdá, že v konstrukci zateplené polystyrenem bude kondenzovat více vlhkosti, než ve stěně nezateplené. Na pomoc si tentokrát vezmeme výpočetní program a zkusíme 31
z hlediska množství zkondenzované vlhkosti porovnat základní používané stěnové konstrukce ve složení: • Skladba 1: vnitřní omítka MVC tl. 5 mm; cihla typu THERM tl. 440 mm (uvažován POROTHERM 44 Si zděný na maltu Porotherm TM); venkovní jádrová omítka MVC tl. 20 mm; fasádní omítka tl. 2 mm. • Skladba 2: vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní, tl. 100 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm. • Skladba 3: vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní tl. 150 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2mm. • Skladba 4: vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní tl. 200 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm. • Skladba 5: vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; pórobeton Ytong tl. 400 mm; jádrová omítka MVC tl. 20 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm.
Obr. 7: Příklad umístění oblasti kondenzace u zateplené vrstvené stěnové konstrukce, viz skladba 2, při teplotě a tlaku 21 °C a 50 % relativní vlhkosti na vnitřní straně a -15 °C a 84 % na venkovní straně.
Tab.1: Výsledky posouzení
• Skladba 6: vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; pórobeton Ytong tl. 300 mm; EPS 70 F fasádní tl. 100 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm. Z uvedených výsledků je zřejmé, že všechny posuzované skladby (zateplené i nezateplené) splňují požadavek platné ČSN 73 0540-2. Dále je zřejmé, že u zateplených konstrukcí dochází dokonce ke snížení kondenzace a to v závislosti na tloušce izolační desky z EPS. Čím silnější tepelná izolace z EPS je použita, tím méně vlhkosti v celé skladbě stěny kondenzuje. (Toto tvrzení nelze obecně uplatnit pro tepelné izolace z minerálních vláken, u nichž velikost kondenzace závisí na difúzní propustnosti fasádní omítky.)
Obr. 6: Příklad umístění oblasti kondenzace u jednovrstvé stěnové konstrukce, viz skladba 1, při teplotě a tlaku 21 °C a 50 % relativní vlhkosti na vnitřní straně a -15 °C a 84 % na venkovní straně. 32
Vlastní snížení množství a oblasti kondenzace se projeví dokonce výrazněji než v ploše u základních detailů – rohu místnosti, překladů, věnců a všude tam, kde je konstrukce nějak tepelně oslabena. Pro ilustraci vlivu zateplení jsme vybrali např. nejzákladnější detail rohu běžné místnosti. Ještě významnější rozdíly bychom nalezli např. u rohů místností s vestavěnou šatní skříní. Detail byl hodnocen s pomocí 2D analýzy teplotních a vlhkostních polí se zahrnutím stěn do vzdálenosti 1,5 m od rohu. • Pro roh stěn o skladbě 1 (Porotherm 44 Si) byla výpočtem stanovena nejnižší vnitřní povrchová teplota 16,1 °C. V detailu dochází jak při venkovní návrhové teplot -16 °C, tak během modelového roku ke kondenzaci vodní páry. Za zimní období v tomto lineárním detailu zkondenzuje 0,20 kg/m vodní páry – vzniklý kondenzát se nicméně může odpařit z detailu již do konce dubna. Detail rohu skladby 1 tedy splňuje požadavky ČSN 730540-2. Na obr. 8a,b je vidět průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek) a rozložení teplotních polí v hodnoceném detailu.
Obr. 8: a) průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek), b) rozložení teplotních polí v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 1. Stavebnictví a interiér 6/2006
Obr. 9: a) průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek), b) rozložení teplotních polí v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 3.
stěn riziko poklesu vnitřní povrchové teploty pod požadovanou hodnotu, tedy riziko kondenzace. Vyšší tepelný odpor lehké stěny má zajistit, aby teplo, které je obsaženo v ohřátých místech obvodové stěny (a také ve vnitřním vzduchu) jen v malém množství, bylo co nejdéle uchováno uvnitř stavby a vnitřní stěny aby chladly pomaleji. • Veličina, která může být mírou tepelně akumulační schopnosti jednovrstvého zdiva, je uvedena v [3] a s odkazem na [3] je zmíněna ve [4]. Je zde analyticky počítán časový průběh chladnoucího teplotního pole v konstrukci, které je popsáno superpozicí nekonečné řady tlumených harmonických prostorových teplotních vln, z nichž každá je parciálním řešením rovnice vedení tepla aplikované pro tento případ3. Konstanta v součinitelích útlumu těchto vln je v reciprokém vztahu k hledané veličině, která je ve [4] pojmenována jako ukazatel tepelné akumulace (UTA) a má rozměr času. Platí: ,
Obr. 10: a) Oblast s relativní vlhkostí 90 % v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 1, b) ve skladbě 3.
Na obr. 10a pak oblasti s relativní vlhkostí nad 90 %. Všechny grafické výstupy platí pro venkovní teplotu -16 °C. Pro roh stěn o skladbě 3 (Porotherm 24 P+D s vnějším zateplením EPS tl. 150 mm) byla výpočtem stanovena nejnižší vnitřní povrchová teplota 16,2 °C. V detailu dochází ke kondenzaci vodní páry pouze při venkovní teplotě nižší než –10 °C. Během modelového roku, který používá průměrné měsíční teploty venkovního vzduchu, proto ke kondenzaci vodní páry výpočtově nedochází a množství zkondenzované vodní páry nelze určit (tj. je tak malé, že ho výpočtová metodika ČSN EN ISO 13788 nepostihuje). Detail rohu skladby 3 tedy splňuje požadavky ČSN 730540-2. Na obr. 9 je vidět průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek) a rozložení teplotních polí v hodnoceném detailu. Na obr. 10b pak oblasti s relativní vlhkostí nad 90 %. Všechny grafické výstupy platí pro venkovní teplotu –16 °C.
kde, λ (W·K-1·m-1) je součinitel tepelné vodivosti, d (m) je tlouška vrstvy, ρ (kg·m-3) je objemová hmotnost, c (J·kg-1·K-1) je specifické tepelná kapacita zdiva a α = ρ·c (m2·s-1) je teplotní vodivost. • Jednoduchou úvahou byla ve [5] definována relaxační doba τ0, která je pro jednovrstvé zdivo polovinou UTA. V této úvaze byl spočítán pokles vnitřní povrchové teploty ze snížení obsahu tepla v konstrukci za krátkou dobu po přerušení toku tepla na vnitřním povrchu. Během této doby byl předpokládán nezměněný tok tepla na venkovním povrchu zdi a takové rozdělení teplot v konstrukci, které odpovídá ustáleným podmínkám. Počáteční rychlost chladnutí vnitřního povrchu je pak nepřímo úměrná relaxační době τ0 , pro kterou platí: . Název „relaxační doba“ vznikl proto, že tato veličina má fyzikální rozměr času a také proto, že určuje dobu, po kterou stěna přechází do nových ustálených podmínek, tedy „relaxuje“. Navíc i bez komplikovaného fourierovského rozkladu teplotního pole na monochromatické tlumené teplotní vlny v nehomogenním vrstevnatém prostředí lze snadno spočítat relaxační dobu i pro vícevrstvé sestavy. Pro dvouvrstvou stěnu platí:
Pozn. Posouzení skladeb bylo převzato z [1].
8. Tepelná akumulace zatepleného zdiva – kratší topná sezóna Platná stavební tepelná norma ČSN 73 0540-2 neuvádí konkrétní požadavek na velikost tepelné akumulace obvodových stěn. Ovšem pro stavby s lehkými obvodovými stěnami požaduje nižší součinitel prostupu tepla, než který je požadován pro těžké zdi. Důvodem je malá schopnost lehkých stěn akumulovat teplo, což plyne z jejich malé tepelné kapacity. Při přerušení dodávky tepla nebo při prudkém poklesu venkovní teploty hrozí u staveb z lehkých
Z vysoké schopnosti obvodové stěny akumulovat teplo, tedy z její dobré teplotní setrvačnosti, plyne zkrácení topné sezony a tedy i reálná úspora provozních nákladů za teplo. Jak je uvedeno např. v [2], u domu s vysokou tepelnou akumulací klesne za 12 hodin při nočním poklesu teplot na 7 °C vnitřní teplota z 21 °C na pouhých 20,4 °C. Takový dům překlene i několikadenní noční poklesy teplot nebo ranní mrazíky bez toho, aby se musel spouštět otopný systém. Vysoká tepelná akumulace umožňuje snížit topnou sezonu na 154 dny oproti 182 a více dnům topné sezony pro lehké neaku-
3
Když při ustálených teplotních podmínkách přerušíme dodávku tepla, tok tepla na vnitřním povrchu zdi se zastaví a povrch zdi i místa pod povrchem začnou chladnout. Chladnutí teplotního pole v jednorozměrném modelu (nekonečná stěna, kde se teplota i materiálové složení mění jen ve směru x), lze vyjádřit rovnicí ,
kde t je teplota, která závisí na čase τ a poloze x, dále te a tsi je venkovní resp. vnitřní povrchová teplota. Ve funkční řadě na pravé straně je d tlouška vrstvy, a je součinitel teplotní vodivosti a konečně An a mn jsou konstanty, které vyplývají z okrajových podmínek. Řada rychle konverguje, takže pro praxi většinou postačí pracovat s prvními dvěma až pěti členy. Z fyzikálního pohledu připomíná řada Fourierův rozklad teplotního pole na monochromatické prostorové teplotní vlny, jejichž amplituda An·exp (-µn2·ατ/d2) klesá s časem τ. Exponenciální výraz popisuje rychlost chladnutí n-té teplotní vlny, v něm se pak µn2·α/d2 nazývá součinitel útlumu ( n-té vlny) a výraz ατ/d2 ve [3] se nazývá Fourierovo číslo. Konstantní parametr α/d2, který se objevuje u všech členů rozkladu, je reciprokým vyjádřením ukazatele tepelné akumulace (UTA) podle [4]. 6/2006 Stavebnictví a interiér
33
mulující stavby (podle měření experimentálních domů v německém Darmstadtu, viz tab. v [2]).
Tab. 3: Charakteristika vícevrstvé konstrukce
Tab. 2: Tepelně akumulační vlastnosti posuzovaných stěnových sestav vyjádřené relaxačními dobami.
rovnání parametrů vybraného jednovrstvého a vrstveného zdiva, které bylo zpracováno pracovištěm CSI, a.s. Praha [7] v rámci publikace Snižování energetické náročnosti staveb.
9. Keramická cihla je chráněna před mrazem účinným izolantem Z průběhu teplot zateplenou a nezateplenou konstrukcí je zřejmé, že jednovrstvá konstrukce je namáhána mrazem v části, kde kondenzuje vlhkost, viz obr. 6. Naproti tomu u zateplené konstrukce je celá cihelná část před mrazem chráněna a oblast, která v zimě promrzá, se nachází pouze v izolaci, viz obr. 7.
Uvedené ceny konstrukcí byly stanoveny jako agregované položky uváděné např. URS Praha či RTS Brno. Tyto položky již obsahují náklady na materiály, dopravu, mzdy a režii včetně zisku. Dále byl při výpočtech použit ceník společnosti Wienerberger 2006 platný od 15.1.2006 uveřejněný na internetových stránkách. Všechny uvedené ceny jsou bez DPH. Tab. 4: Charakteristika jednovrstvé konstrukce
10. Ekonomická výhodnost Posledním důvodem častých aplikací zateplených stěn novostaveb je jejich cenová výhodnost. Pro lepší představu uvádíme poI N Z E R C E
Závěr Z uvedeného cenového porovnání vyplývá, že zateplená konstrukce není dražší, než jednovrstvá stěna, dokonce můžeme nějakou tu korunu ušetřit. Co se týče ekonomického, užitného a také bezpečnostního hlediska - při předcházení různých vlhkostních vad, je efekt ze zateplení větší při větších tlouškách izolace. Naopak při malé tloušce okolo či pod 5 cm je efekt malý, ne-li záporný kvůli horší bilanci kondenzované vlhkosti v konstrukci. Shrneme-li všechny uvedené argumenty, lze očekávat, že se zateplenými vrstvenými stěnami se budeme také u novostaveb setkávat stále častěji.
Literatura a zdroje: [1] Svoboda, Zbyněk: Tepelně technické posouzení – vybrané skladby zděných konstrukcí, posouzení z hlediska požadavků ČSN 730540-2, zpracováno IV/2006 pro objednatele Rigips, s.r.o. [2] Dudák, Marek: KMB SENDWIX - kouzlo tepelné akumulace, Stavebnictví a interiér č. 4/2006, str, 18, http://si.vega.cz/c1861. [3] Řehánek, J.: Tepelná akumulace budov, ČKAIT, Praha 2002. [4] Kučera, P.: Tepelný odpor a tepelná jímavost cihelného zdiva, příspěvek ve sborníku z celostátní odborné konference Zděné objekty v Hradci Králové, 23. - 24. května 2006, str. 21, vydal René Růžička - Stavokonzult, 2006. [5] Hejhálek, J.: Setrvačnost vnitřní povrchové teploty obvodových konstrukcí, Stavebnictví a interiér 2/2001, str. 56, http://si.vega.cz/c1516. [6] Hejhálek, J.: NEOPOR. Nová generace tepelné izolace, Stavebnictví a interiér 9/2005, str. 42, http://si.vega.cz/c1610. [7] Šafránek, J.: Izolační praxe 6 - Snižování energetické náročnosti staveb, vydalo Sdružení EPS 34
Stavebnictví a interiér 6/2006
