ZRUBOVÉ STAVBY - TEPELNÁ KVALITA A ENERGETICKÉ ÚSPORY

68

ZRUBOVÉ STAVBY - TEPELNÁ KVALITA A ENERGETICKÉ ÚSPORY Stanislav Jochim 1

Množstvo spotrebovaného paliva na vykurovanie priamo súvisí s mierou tepelných strát cez obalový plášť budovy. Mieru tepelných strát priamo ovplyvňuje úroveň tepelnej ochrany budovy požiadavky, návrh a realizácia tepelne-technickej kvality obalových konštrukcií.. Kvalita tepelnej ochrany zrubových stavieb {U - hodnota a tesnosť konštrukcií a detailov) súvisí s druhom, typom a prevedením zrubovej konštrukcie a zásadne určuje tepelné straty.

1. ÚVOD Budovy sú produktom stavebnej činnosti človeka predovšetkým za účelom ochrany pred klímou - pred chladom, teplom, dažďom a pod. Súčasné budovy sa bez energie nezaobídu. Spotrebúvajú ju hlavne na vykurovanie, ale aj na iné zabezpečenie komfortu na prípravu teplej vody, vetranie, svetlo atď. Spotreba energie v budovách znamená v súčasnosti spaľovanie predovšetkým fosílnych palív (uhlie, zemný plyn, ropa), čo má za následok emisiu škodlivých plynov do ovzdušia ako sú NO x , ale hlavne CO2 ako skleníkového plynu, zvyšujúceho teplotu atmosféry. Značnou spotrebou fosílnych zdrojov pre vykurovanie budov dochádza k ich rýchlemu vyčerpávaniu. Taktiež, pri ťažbe fosílnych palív dochádza k negatívnemu pôsobeniu na životné prostredie a jeho spätným nepriaznivým vplyvom pre život a rozvoj človeka. Preto je nevyhnutné znižovať spotrebu energie na vykurovanie realizáciou kvalitnej tepelnej ochrany budov. Spotreba energie na vykurovanie budovy a nadväzujúci ekonomický a ekologický dopad pre človeka závisí teda na zrealizovanej tepelne - technickej ochrane obalových konštrukcií objektu. Zrubové stavebné systémy sú náročnejšie na prevedenie tepelnej ochrany ako panelové drevené systémy Vyplýva to z porovnania princípu konštrukcií.

2. ZRUBOVÉ A PANELOVÉ DREVENÉ STAVEBNÉ SYSTÉMY Porovnanie konštrukčné a tepelnej ochrany daných systémov je v základe nasledovné: Zrubové systémy sa vyznačujú dominantnou zrubovou konštrukciou obvodových a priečkových nosných stien, nadväzujúcou na priznaný trámový strop z interiéru a exteriéru. Konštrukcia trámového stropu nadväzuje na konštrukciu krovu priznanou v exteriéri a podľa požiadaviek v interiéri. Zrubový systém sa z vonka nezatepľuje - priznáva sa hodnotná, architektonicky pôsobivá a príťažlivá zrubová konštrukcia, daná krásou dreva, dimenziami, konštrukčným návrhom a remeselným alebo priemyselným opracovaním dreva a vyhotovením konštrukcie. Špáry na zrubových stenách a tesárske spoje (rohy obvodových stien, obvodové steny a priečky, steny a strop a pod.) sa utesňujú rôznym spôsobom. Tesnenie obalového plášťa zrubového systému je teda detailné, nie celoplošnou tepelnou izoláciou. Ing. Stanislav Jochim, PhD., Technická univerzita vo Zvolene, e-mail: [email protected]

69

Panelový systém je prevedený z jednotlivých druhov drevených panelov s použitím veľkoplošných materiálov na konštrukciu panelov. Panelové systémy sa zvonka zatcpľujú súvislou tepelnou izoláciou eliminujú sa tepelné mosty a netesnosti konštrukcie a detailov proti prieniku vzduchu. Akú úroveň kvality tepelnej ochrany majú zrubové systémy (druhy a tvpy) a ako teda dokážu zabezpečovať požadovanú a výhodnú tepelnú ochranu budov v súčasnosti a perspektívnu do budúcnosti? Ako dokážu dosahovať energetické úspory na vykurovanie vzhľadom na štandardné normatívne požiadavky na spotrebu energie? Požiadavky na štandardnú (odporúčaná) a výhodnú súčasnú a perspektívnu tepelnú ochranu budov sú uvedené v tabuľke 1. Tab.l Štandardné, odporúčané a perspektívne vyhotovenia tepelnej ochrany konštrukcií drevených stavieb. Konštrukcia

Štandardné hrúbky tepelnej izolácie v súvislosti s STN 730540-2 [mm) 120- 140 160-200 160- 180 40-80

Tepelný odpor izolácie R [(m2.K)/W]

3-3,5 OObvodová stena 4-5 Strecha 4 - 4.5 Strop (v podkroví) 1-2 Podlaha (1NP) Okná a vonk. dvere Poznámka: Uvažovaná hodnota A tepelnej izolácie je 0.04.

Súčiniteľ prechodu tepla U[ W/(m:.K)]

Odporúčaná hodnota t .podľa STN 73 05 40-2

Perspektívne výhodná hodnota U, (energeticky uspomc d.)

0,33 - 0,29 0,25 - 0.20 0,25 - 0,22 1.00-0,50 1,7-2,7

0,32 0,20 / 0,32 0,25 0,45- 1,7 1.7

0,18 0,24 0,16 0,24 3,8 0.4 1.2 1.4

Rozdelenie zrubových systémov - zrubové systémy možno rozdeliť z viacerých hľadísk: 1) Podľa technologicko-architektonického vývoja: tradičné (kresané), novodobé (strojové), 2) Podľa spôsobu výroby: remeselné a priemyselné, 3) Podľa úpravy dreva: masívne, lepené (plné a duté), 4) Podľa základného tvaru prvkov: guliačové, prizmové, hranolové. 5) Podľa konštrukcie zrubovej steny: jednoplášťové, dvojplášťové, sendvičové, 6) Podľa vlhkosti zrubových prvkov: - mokré zruby (25 % a viac), vzduchosuché zruby (18 25 %), suché zruby (12-18%) 7) Podľa tvaru priečneho rezu: - neprofilované základný tvar ( nepravidelne kruhové, štvorcové, obdĺžnikové), - profilované - rôzne tvary profilov (kruhové, štvorcové, obdĺžnikové) 8) Podľa konštrukčného prevedenia: pravé, falošné, 9) Podľa použitia parozábrany: bez parozábrany, s parozábranou, 10) Podľa orientácie zrubových prvkov: horizontálne, vertikálne. Z uvedeného rozdelenia zrubových systémov vyplývajú rôzne možnosti konštrukčného a tepelne - technického prevedenia (U - hodnota, tesnosť proti infiltrácií). Preto v nasledujúcej časti pre zhodnotenie kvality tepelnej ochrany a možnosti energetických úspor pri vykurovaní vyberám len niektoré zrubové konštrukcie.

3. POPIS ZRUBOVÝCH KONŠTRUKCIÍ Zrubové stavby na Slovensku po dlhodobejšom útlme záujmu patria v súčasnosti opäť medzi atraktívne a pôsobivé konštrukcie pre bývanie a podnikanie. Dokazuje to vyšší záujem aj realizácie.

70

Tradičné zrubové konštrukcie: Konštrukčné prvky s ú ~ z kmeňov stromov opracované remeselným spôsobom. Zrubovú konštrukciu spájali a priestorovo s t u ž o v a l i ' tesárskymi spojmi napr. spoje rohov obvodových stien * . j i r pomocou vnútorných tesárskych zámkov (rybinový s p o j , ^ iné špeciálne tvary spojov), alebo vonkajších tesárskych • " . { zámkov (presahovanie zrubových prvkov za rovinu steny), ^r' spoje priečok s obvodovými stenami pomocou väzby hladkej, väzieb zošikmených a pod. ^ '' Vodorovné škáry medzi zrubovými prvkami utesňovali ^^ rôznymi tesniacimi materiálmi a rôznymi konštrukčnými spôsobmi (len machom, machom a dreveným krytím a pod.) Hrúbka zrubu (obvodových a priečkových stien) sa pohybuje v rozmedzí 15 30 cm. Týmto bola plnená tepelnoizolačná funkcia objektu. Pre slabú účinnosť tesnenia vodorovných škár voči infiltrácií sa zrubové steny „okožovávah" z interiéru alebo aj z exteriéru hlinenou mazaninou, neskôr vápenno - cementovými omietkami na drevený šikmý rošt. Zrubové konštrukcie realizované v súčasnosti ^ S Ú V konštrukčnom prevedení v zhode s pôvodnými J m k o n š t r u k c i a m i . Samozrejme požiadavky na bývanie ^ f l ^ j ^ ^ ^ ^ ^ H sú dnes oveľa vyššie, preto detaily a konečné prevedenie I i i i É á t f L S H ^ ^ ^ B B ^ B z interiéru je dokončené na patričnej požadovanej • w t L d á f l ^ ^ M J S F funkčnej a estetickej úrovni, ako napr. tesnosť týchto stavieb v spojoch stien, vodorovných stykoch zrubových Sfflľlfivffi H n i l P 1 ^ 0 ^ zrubovej steny a stropu. Používajú sa lepšie 1111)1 II tesniace materiály a prevedenia, aby sa prakticky ~"fc zamedzilo úniku tepla prúdením vzduchu cez netesnosti. Zruby môžu byť prevedené ako jednoplášťové (obvodová stena tvorená hrúbkou dreva), kde utesnenia zrubu je obzvlášť dôležité, čo však dnes je veľmi dobre možné, a sendvičové (zrub je zateplený a finálne opláštený drevom alebo sádrokartónom z vnútornej strany). Zrubové konštrukcie vytvárajú všestranné podmienky na zdravé bývanie. Výhodou je aj hospodárnosť reagujú veľmi dobre na drsné klimatické podmienky a ich výkyv. Podľa prebiehajúcich výskumov je tepelná ochrana sendvičových zrubov priaznivejšia ako navrhnutá. Novodobé zrubové konštrukcie: Konštrukcia pozostáva zo stavebných prvkov z masívneho dreva, alebo lepeného dreva resp. lepených blokov, spájaných v rohoch na vnútorný, ale najčastejšie na vonkajší zámok. Základným konštrukčným prvkom zrubových konštrukcií z masívu je strojovo profilované drevo. Masívny prvok môže byť dĺžkovo z jedného kusa, alebo dĺžkovo nadpojený rôznym typom spoja. Zrubové prvky pritom môžu mať maximálnu vlhkosť čerstvo zoťatého stromu, alebo môžu byť čiastočne presušené (prirodzene, umelo), alebo môžu byť vysušené. Zrubové konštrukcie z lepeného dreva sú technicky najmodernejšie konštrukcie. Zrubové lepené prvky sú vyrobené zlepením z viacerých častí (na hrúbku, výšku a dĺžku). Zrubové lepené prvky majú rôzne dimenzie a tvar priečneho profilu. Priečny profil môže byť štvorcového alebo obdĺžnikového tvaru. Tesnenie vodorovných škár novodobých zrubových konštrukcií je riešené pomocou rôzneho typu profilu prvku, alebo sa dopĺňa tesnením. Tepelno-technicky sa zruby konštrukčne

71

vyhotovujú ako jednoplášťové (hrúbky 1 5 - 2 1 cm), so zateplením ako sendvičové, alebo dvojité konštrukcie (obvodová stena má z vonka a z vnútra drevo a v strede je tepelnoizolačná výplň). Falošné zrubové konštrukcie rôznym spôsobom a v rôznej miere imitujú pravé zruby. Falošná zrubová konštrukcia pozostáva z dvoch základných častí: 1) Exteriérovej falošnej zrubovej konštrukcie imitujúcej pravý zrub, 2) Staticky nosnej konštrukcie ktorá môže byť: stipiková, panelová, murovaná, resp. betónová Tepelne - izolačné vlastnosti obvodovej steny sú tvorené základnou nosnou konštrukciou, pričom je možné dodatočné zatepľovanie pod zrubovým obkladom v patrične požadovanej hrúbke.

4. TEPELNÁ KVALITA ZRUBOV ÝCH STIEN A ENERGETICKÉ ÚSPORY 4.1 Tepelné straty budovy - náklady na vykurovanie Budovy majú dva základné spôsoby tepelných strát prúdením vzduchu (vetraním cez okná, dvere a iné netesnosti budovy) a vedením tepla cez obalové konštrukcie. K tepelným stratám budovy dochádza cez teplo-výmennú plochu budovy medzi interiérovým a exteriérovým prostredím. Teplo-výmennou plochou je obalový plášť budovy, ktorý tvoria nasledovné konštrukcie: 1. Podlaha najnižšieho podlažia - podlaha prízemia (1NP), strop suterénu a pod. 2. Obvodová stena: netransparentná časť, transparentná časť - okná, vonkajšie dvere... 3. Strecha - plochá, šikmá. 4. Strop nad vonkajším prostredím - strop podkrovia nad terasou a pod. 5. Strop pod nevykurovaným priestorom - strop podkrovia a pod. Podstatnými faktormi od čoho závisí miera tepelných strát sú: tepelný odpor R resp. súčiniteľ prechodu tepla U obalových konštrukcií objektu, vzduchotesnosť objektu, premenlivosť a rozdiel vonkajších a vnútorných klimatických faktorov teplota, vlhkosť a rýchlosť prúdenia vzduchu a pod. Vonkajšie klimatické faktory ovplyvňovať nemôžeme vnútorné môžeme, ale čo je tiež podstatne v našich rukách a čo môžeme ovplyvniť je návrh a realizácia tepelnej ochrany obalových konštrukcií budovy. Nízku spotrebu energie možno docieliť súhrnom opatrení, pričom najdôležitejšie sú: 1. Veľmi dobrá tepelná izolácia vonkajších stavebných konštrukcií (napr. podlaha 1NP, obvodové steny, strecha a pod.) a prvkov (napr. vchodové dvere a okná s U hodnotou podľa normy 1,7 W/(m2.K) a lepšou a pod.). Súčasné požiadavky na tepelnú ochranu budov stanovuje norma STN 73 0540-2. 2. Starostlivý návrh (pri vypracovaní projektu na stavebné povolenie) a vyhotovenie tepelnej ochrany budovy v detailoch (napr. osadenie obvodovej steny na základ, tepelná izolácia kovových stĺpov, rohový spoj obvodových stien atď.) - predchádzanie výskytu tepelných mostov a ich redukovanie.

72

3. Kompaktnosť (ucelenosť) budovy v samotnom návrhu geometrie tvaru (napr. voľba tvaru budovy bez rôznych výklenkov z obvodovej steny, resp. ich minimálny počet a pod. aby sme znižovali ochladzovanú plochu budovy). 4. Vzduchotesnosť vonkajších stavebných konštrukcií (napr. zrubová obvodová stena a pod.), prvkov (napr. vchodové dvere a okná a pod.) a konštrukčných detailov stavby (napr. detail obvodovej steny a vypusteného stropného trámu do exteriéru a pod.). 5. Optimalizované vetranie v závislosti od skutočnej spotreby čerstvého vzduchu v priestoroch budovy (časovo nutné naplno, správne nastavenie vzduchotechniky a jej riadenia a pod.). 6. Optimálne využívanie solárnych (tepelných) ziskov - oknami, zasklenými stenami, zimnými záhradami hlavne v prechodných obdobiach jar, jeseň a chladnejšie dni, v zime za slnečných dní) 7. Dobrá a pružná regulácia v rozvodoch tepla využitie napr. servoventilov a pod., 8. Vhodná produkcia tepla na vykurovanie napr. centrálne vykurovanie dvojdomú alebo radovej zástavby, vhodný zdroj tepla plyn, plyn a drevená štiepka, pelety a pod. . Realizovaním tepelnej ochrany domu - zateplenie podlahy, obvodových stien, stropu podkrovia, strechy, kvalitné okná a vchodové dvere, sa zmení podiel celkových tepelných strát vetraním a vedením a taktiež sa mení podiel jednotlivými konštrukciami. 4.2 Tepelná kvalita zrubových stien

Dominantnou konštrukciou zrubových systémov sú zrubové obvodové steny s nadväznosťou na priznanú konštrukciu stropu v exteriéri. Ich konštrukcie (jednoplášťové, dvojplášťové, sendvičové) a prevedenie detailov (materiálové riešenie a prevedenie styku guliačov, rohové spoje na vnútorný a vonkajší zámok, spoje obvodových stien a priečok na preplátovanie, detail stropných trámov a obvodovej steny a pod.) má podstatný vplyv na tepelné straty a možnosti energetických úspor. Pre projektanta zrubového objektu, konštruktéra zrubu, výrobu a montáž zrubu je dôležitou úlohou správny: - konštrukčne - fyzikálny návrh zrubových prvkov a steny: základný tvar, hrúbka a profil prvku , materiálové riešenie tesnosti styku prvkov, spojov a detailov, - technologický postup prevedenia zrubových stien: reálna presnosť profilov a spojov pre zabezpečenie tesnosti zrubovej obvodovej steny proti prúdeniu vzduchu cez zrubovú stenu. Pre rozličné konštrukcie zrubových stien možno určiť konštrukčné faktory vplyvu na úroveň kvality tepelnej ochrany: a) Jednoplášťové zrubové steny: hrúbka, vlhkosť, tvar a profil zrubových prvkov, prevedenie systému tesnenia špáry. b) Dvojplášťové zrubové steny: hrúbka vonkajšej a vnútornej steny, vlhkosť, tvar a profil zrubových prvkov, prevedenie systému tesnenia špáry, hrúbka a vlastnosti tepelnej izolácie, dôkladnosť a stálosť vyplnenia dutín tepelnou izoláciou. c) Sendvičové zrubové steny: hrúbka, vlhkosť, tvar a profil zrubových prvkov, prevedenie systému tesnenia špáry, hrúbka a vlastnosti tepelnej izolácie, dôkladnosť a stálosť vyplnenia dutín tepelnou izoláciou, použitie parozábrany a stav jej celistvosti (bez netesnosti na spojoch a pod).. Z hľadiska dosiahnutia požadovanej U hodnoty steny (0,32 W/(nr.K)) sú problémové jednoplášťové zrubové steny, ktoré sa pohybujú štandardne v rozmedzí podľa hrúbky, profilu a druhu dreviny prvku od 1 do 0,7. Pre zabránenie úniku tepla má však ešte väčší význam tesnenie špár pomocou navrhnutých profilov a použitím vzduchotesných tesnení. Pre zrubové steny z guliačov sa aplikujú v stykoch zrubových prvkov a v spojoch napr. priznané silikónové tesnenia, alebo pamäťové tesnenie do drážky. Pre docielenie požadovaného

73

energetického kritéria napr. podľa normy STN 73 0540-2 sa musí dovážiť tepelno-technická ochrana na ostatných konštrukciách (podlaha, sendvičové steny 2NP, strecha, okná a dvere a pod.) Dvojplášťové a sendvičové zrubové steny nemajú problém dosahovať U hodnotu 0,32 W/(m:.K) a lepšiu (0,18 W/(m:.K) ). Problémom pre dvojplášťové steny je tesnosť stykov zrubových prvkov ako pri jednoplášťových stenách, pretože do steny sa nezabudováva parozábrana. Tesnenie stykov je najlepšie pomocou skrytých tesnení v drážkach na interiérovej strane steny. Sendvičové zrubové steny sa z interiérovej strany najčastejšie dokončujú parozábranou a veľkoplošným materiálom na rošt, preto ich tesnosť je na únik tepla prúdením vzduchu najmenej problémová a najvyhovujúcejšia. Splnenie požadovaného energetického kritéria je u daných typov stien bezproblémové, za predpokladu správnej a dôslednej realizácie tesnenia stykov a detailov. 5. ZÁVER Zrubové systémy pri štandardnom návrhu tepelno-technických požiadaviek konštrukcii podľa STN 73 0540-2 a pri presnom a dôslednom zrealizovaní všetkých konštrukcií na vzduchovú tesnosť a najmä obvodových stien spĺňajú energetické kritérium a praktizujú ešte viac - prinášajú energetické úspory pri vykurovaní (nižšie náklady na vykurovanie a produkciu C0 2 ), čo ukazujú momentálne prebiehajúce naše výskumy in situ na reálnych obývaných rodinných domoch. Výskum predbežne ukazuje, že teplo-technické správanie sendvičového zrubu je v skutočnosti lepšie ako predpokladané výpočtom (skutočné tepelné straty sú menšie ako vypočítané). Výsledky výskumu budú zverejnené v najbližšom čase na konferenciách a v odborných časopisoch. Pre nízko-energetickú výstavbu obytných budov a pasívnych domov sú najvhodnejšie sendvičové zrubové steny, kde možno docieliť bezproblémovú tesnosť a U- hodnotu 0,12 W/(m:.K) pri hrúbke steny cca 38 cm. Pre všetky zrubové systémy pre dosiahnutie tepelno-technickej kvality a úsporu energie na vykurovanie platí - odôvodnený návrh tesnenia stykov, spojov a detailov zrubovej steny s dôslednou výrobou a montážou. Zrubové stavby sú splniteľným želaním zdravého, príjemného, hospodárneho a ekologického bývania.

6. POUŽITÁ LITERATÚRA 1) STN 73 0540-2: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcii a budov. Tepelná ochrana budov.Časť 2: Funkčné požiadavky. Marec 2002.