Dodatečné tepelné izolace jako ochrana historických budov

Lidé často nedomýšlejí technické a fyzikální důsledky změn, které se v každém domě udály za posledních padesát let, a bojují za ?nezateplování? budov. Mezi obhájce tohoto názoru bohužel patří i někteří ochránci památek, architekti i osoby bez specializovaného vzdělání angažující se v ochraně památek. Neuvědomují si, že tento přístup k zachování stávajícího stavu budovy může vést k mnohem větším škodám, než je tzv. poničení stavby zateplením. V následujícím textu se zaměřím na technické řešení tohoto problému. Toto je vždy nutné konzultovat s pracovníky památkové péče a vždy je třeba si vzájemně vysvětlit důvody, které vedou buď k technickému návrhu na zateplení, a nebo naopak k zachování stávajícího stavu budovy. Následovat by mělo takové řešení, které bude pro všechny přijatelné.

Historická paralela
Při správném návrhu zateplení a dalších stavebních úprav dům téměř nezmění vzhled, bude však kvalitně tepelně izolován. U domů památkově chráněných (domy zapsané do seznamu kulturních památek, domy v památkových rezervacích nebo v památkových zónách) je třeba navrhnout každý detail tak, aby byly zachovány jejich proporce a původní podoba. Stávající omítky dokáží velmi dobře napodobit klasické vápenné štukové omítky i další používané povrchové úpravy; jistě je lepší pohled na omítku připomínající tu původní, než na omítku, která je z větší části opadaná. Při řešení problému je také nutné si uvědomit, že každé technické řešení má i finanční stránku, kterou musí někdo vyřešit. Pokud majitel domu nebude mít finanční prostředky na jeho opravu podle představ pracovníků památkové péče, musí dům nechat chátrat a jen doufat, že k ukončení jeho životnosti dojde až za delší dobu.
Lehce odbočím od tématu: Při opravách budov z počátku 18. století a starších se velmi často stává, že se na stropě pod omítkou, popřípadě pod podbitím, najde vrstva nádherně malovaných prken, které dříve tvořily strop. Vždy je na takové stavbě radost pracovat (mně se to stalo jednou při opravách protivínského zámku), protože se člověk dostane k nádherným malbám, které dají stropu po ošetření restaurátory neopakovatelný vzhled. Položme si však otázku, kde se pod omítkou vzaly krásné malby, a proč byly zaomítnuty, popřípadě proč byly dokonce překryty ještě jedním podbitím. Důvod je jednoduchý ? v polovině 18. století císařovna Marie Terezie vydala požární řády, které zakazovaly ve městech v interiérech budov spalné materiály. Musely být opatřeny nehořlavou povrchovou úpravou, tedy omítnutím. Samozřejmě, že tím došlo k poškození maleb, které se po jejich znovuobjevení musí pracně restaurovat. Ovšem pokud by nebyly omítnuty, pravděpodobně by se poškodily podstatně více, pokud by dokonce nezmizely.
Obdobné je to nyní se zateplováním domů. Samozřejmě netvrdím, že by se všechny domy měly zateplit na straně exteriéru, zrušit štuky a udělat z nich nevzhledné krabice bez proporcí. Na druhou stranu je třeba si uvědomit, že zateplení chrání domy před jejich zničením. Důvodů, proč je třeba starší budovy chránit dodatečnými tepelnými izolacemi, je několik. Na prvním místě můžeme jmenovat tepelně vlhkostní poměry, na druhém místě dilatační pohyby vyvolané teplotním namáháním. Je jasné, že dřívější znalosti tepelně vlhkostní problematiky byly menší. Majitel budovy bohužel často nemá finanční prostředky na komplexní obnovu, která zlepší tepelně-vlhkostní parametry domu a přitom bude přijatelná i z hlediska památkové péče. V mnoha případech lze brát dodatečné zateplení jako zakonzervování stávajícího stavu do doby, kdy budou na komplexní obnovu peníze. Přitom to může být i se stejným odstupem, s jakým se dnes restaurují staré malované stropy, což je 250 let.

¤ Obr. 1. Ukázka možného směru pronikání vodní páry do dřevěného trámového stropu

Změny tepelně-vlhkostních podmínek stavby 
Opět se vrátím k dřívějším časům, protože se změnou doby se měnily požadavky na užívání staveb pro bydlení, nároky na pohodlí, a v souvislosti s tím i mikroklima v budovách. Představme si, jak dříve vypadal život v klasickém měšťanském domě. Nemusíme jít daleko, stačí do první poloviny 20. století či ještě pozdější doby.
V bytech se vařilo každý den na kamnech, jako palivo sloužilo dřevo. V zimě se pak kamny i vytápělo, v chudších domech dřevem, v bohatších dřevem a uhlím. Všechno palivo se muselo koupit, nanosit do bytů, skladovat a starat se o ně. Proto se s ním šetřilo a vytápělo se na nezbytně nutnou teplotu. Chyběl také centrální rozvod tepla, a tak se topilo pouze v těch místnostech, kde to bylo nutné. Tento způsob užívání ovlivňoval stavební konstrukci. Zaprvé konstrukce nebyly tak prohřáté jako dnes a za druhé byla stavba neustále intenzivně provětrávána.

¤ Obr. 2. Vizualizace průběhu teplot ve stropním trámu ve zdivu s vyznačením linií, na kterých jsme provedli graf průběhu teplot. (pozn.: řez je veden středem dřevěného trámu).

Tepelně-vlhkostní problematika
Jak bylo výše řečeno, stavba byla v minulosti více větrána, neboť vzduch v místnosti sloužil procesu hoření v kamnech, načež byl komínem odváděn ven, a naopak dovnitř byl netěsnostmi v oknech a dveřích nasáván do místnosti vzduch z exteriéru. Protože vzduch v exteriéru má výrazně méně vody ? vztaženo k absolutním hodnotám, tj. uváděno v gramech vody na m3 vzduchu (viz tabulku 1) ? má jinou relativní vlhkost i jiný rosný bod (teplota, při níž dochází ke kondenzaci vodní páry). Pokud bychom výpočtově předpokládali, že vzduch v místnosti má 25% relativní vlhkost vzduchu, což je v zimním období běžně dosažitelná hodnota při intenzivním větrání, je teplota rosného bodu 0,2 °C. Znamená to, že povrch konstrukce může být poměrně chladný, a přesto na něm nedochází ke kondenzaci vodní páry. Pokud však větrání omezíme například tím, že lokální kamna odstraníme a místo nich dáme etážové vytápění, nebo dokonce vytápění elektrickými akumulačními kamny (oboje se ve velkém měřítku dělo kolem 70. let minulého století), dojde ke zvýšení relativní vlhkosti vzduchu, často i nad normové vlastnosti vzduchu v obytných prostorách. Nicméně pokud se podíváme v tabulce na hodnoty vzduchu v interiéru, zjistíme, že teplota rosného bodu je 10,2 °C. Je logické, že po ?pouhé změně způsobu vytápění? začne vodní pára kondenzovat tam, kde doposud nekondenzovala. Pokud je tomu tak na povrchu stěny, začne zde růst plíseň. Pokud k tomu však někde uvnitř konstrukce, kde je dřevo, začne dřevo podléhat hnilobět. Běžně jsou u staveb nejvíce ohroženy dřevěné stropy a dále okenní konstrukce, kde dochází obvykle k hnilobě ve styku okenního rámu se stěnou. Obě místa jsou skrytá zrakům, a tak strop vypadá bezproblémově až do té doby, než se začne výrazně prohýbat, a nebo dokonce spadne. Okno je také dlouhý čas v pořádku, obzvláště když jsou obnovovány nátěry, ale může se stát, že jednoho dne vypadne z rámu pant držící křídlo. Tyto závěry lze dokumentovat výpočty, kdy jsme simulovali průběh teplot ve stropním trámu osazeném v kapse klasického zdiva z plných pálených cihel.
Výpočty jsme prováděli s uvažováním různého způsobu zateplení z interiéru. Varianta A znamená svislé zateplení stěny v horní místnosti, varianta B svislé zateplení stěny v dolní místnosti, varianta C svislé zateplení stěny v horní i dolní místnosti a varianta D svislé zateplení stěny v horní i dolní místnosti a zateplení stropu zespodu. Varianta 1 a 2 jsou různá uvažování součinitele přestupu tepla a číslo uvedené u variant A, B, C a D pak označuje tloušťku uvažované tepelné izolace v centimetrech. Z grafů je patrné, že pouze bez vnitřního zateplení je teplota povrchu trámu mírně nad +0 °C (přesněji to je +1,55 °C), tedy mírně nad teplotou rosného bodu při velmi suchém vzduchu v interiéru. Při zvýšení relativní vlhkosti vzduchu v interiéru dojde téměř okamžitě ke kondenzaci vodní páry na dřevěném trámu se všemi negativními důsledky. Může dojít i k napadení dřevěného stropního trámu dřevomorkou, což je katastrofa pro každý dům.

Tab. 1. Porovnání vlastností vzduchu o různých parametrech

Tab. 2. Nejnižší povrchové teploty na trámu a na zdivu jsou patrné z následující tabulky 01

Jaké je řešení? Možností je několik:

• zůstat u klasického vytápění lokálními topidly (nereálné);
• zateplit budovu zvenku, a tím zvýšit teplotu dřevěného prvku. (Z hlediska stavební konstrukce ideální řešení, bohužel často z jiných důvodů nereálné ? pro vnější povrchové úpravy a vzhled stavby, památkovou ochranu. Nejde o ochranu domu jako celku, ale pouze o ochranu jeho vnějšího vzhledu.);
• zvýšit přívod tepla do inkriminovaného místa, například nahrazením konce trámu ocelovým prvkem, vedením rozvodů ústředního vytápění kolem zhlaví trámů, topným kabelem apod. (První řešení je necitlivé k domu ? část konstrukce je nahrazena ocelí, navíc znamená bourání podlah a stropů, druhé řešení předpokládá vědomé užívání domu.);
• intenzivní větrání inkriminovaného místa (lze akceptovat pouze u významných památek, neboť jde o nákladné řešení, které navíc vyžaduje vědomé užívání stavby);
• u oken je pak možné parotěsně utěsnit vnitřní povrch okenního rámu a napojení na zdivo. (To je u stropních trámů nereálné, neboť do mezistropního prostoru může vnikat vodní pára mnoha směry, u oken se jedná o pracné řešení s nejistým výsledkem.)

¤ Graf 1. Průběh teplot v linii 1, tedy na povrchu dřevěného stropního trámu

¤ Graf 2. Průběh teplot v linii 2, tedy na povrchu kapsy ve zdivu

Dilatační pohyby vyvolané teplotním namáháním
Dilatační pohyby vyvolané teplotním namáháním vznikají tam, kde dochází k cyklickému kolísání teplot. U budov jde o obvodový plášť, jehož konstrukce má uvnitř téměř konstantní teplotu, a tak k těmto dilatačním pohybům nedochází. Na obr. 3 je termogram funkcionalistické fasády. Jsou na něm patrné liniové tepelné mosty v úrovni nadpraží oken. Ty pak mají za následek trhliny v obvodovém plášti, který je ve viditelném spektru na obr. 4.
U funkcionalistických staveb dochází k rozdílnému teplotnímu namáhání železobetonového skeletu a vyzdívky. Dochází tak k trhlinám oddělujícím vyzdívky od nosné konstrukce se všemi důsledky. Již jednou vytvořená spára vede ke kondenzaci vodní páry v ní, k následnému růstu plísní a k dalším stavebním poruchám. Dokumentuje to obr. 5, na kterém je funkcionalistický dům v Praze.
Funkcionalistické stavby se také začaly rozcházet se Stavebním řádem Rakouska-Uherska, kde se, mimo jiné, pravilo (§ 47 zákona 40 z. z. ze dne 10. dubna 1886, kráceno): Pro obytné budovy s obvyklými dřevěnými stropy platí obecné pravidlo, že když pokoje nejsou hlubší než 6,5 m, hlavní zdi nemají být slabší než 1? cihly, tj. 450 mm. Hlavní zdi z kamene lomového buďtež v tomto případě zřízeny 600 mm silné.
Železobeton má výrazně vyšší pevnost než zdivo cihelné či kamenné, a proto se začaly používat subtilnější stavební konstrukce, a tím i slabší vyzdívky. To vedlo k tomu, že funkcionalistické stavby mají často horší tepelně izolační vlastnosti než dříve postavené domy. Dokumentuje to termogram na obr. 7. Reálný pohled na stejné místo je pak na obr. 8. Z toho pak vyplývají poruchy, které provázejí funkcionalistické železobetonové stavby, ale se kterými se u zděných staveb nesetkáváme.
Poznámka na okraj: Z předpisu pro sílu zdiva vycházely i první československé normy o tepelných izolacích a až do roku 1979 zeď postavená podle rakousko-uherského stavebního řádu splňovala požadavky na tepelné izolace.

¤ Obr. 3, 4. Na termogramu jsou patrné liniové tepelné mosty v nadpraží oken. Důsledkem jsou trhliny v obvodovém plášti.
¤ Obr. 5, 6. Rozdílné teplotní namáhání železobetonového skeletu a vyzdívky. Důsledkem jsou trhliny oddělující vyzdívky od nosné konstrukce.
Obr. 7, 8. Termogram ukazuje horší tepelně izolační vlastnosti železobetonových funkcionalistických staveb v porovnání se staršími domy postavenými klasickou technologií.

Autor: Ing. Roman Šubrt
energetický auditor a předseda sdružení Energy Condulting, www.e-c.cz