Kvalita obalových konstrukcí podstřešních prostor v praxi

Obalové konstrukce musí plnit řadu důležitých funkcí, mezi kterými je v současné době upřednostňováno zejména hledisko tepelně izolační - především z důvodu rostoucích cen energií. Na tomto místě je třeba říci, že hledisko snižování nákladů na vytápění je u podstřešních prostor stejně důležité jako hledisko energetické náročnosti v letním období. Důvodem je nízká akumulační schopnost použitých lehkých stavebních hmot, která může způsobovat značné přehřívání během horkých letních dnů. V řadě případů je tato problematika řešena instalací energeticky náročného klimatizačního zařízení. V běžné obytné zástavbě je však hledisko tepelného komfortu v letním období stále opomíjeno, což v důsledku vede ke značnému diskomfortu pro uživatele takových prostor. V zimním období pak nízká akumulační schopnost obalových konstrukcí snižuje možnost využívání například mimošpičkové energie pro vytápění.
V současné době převažuje pro výstavbu obalových konstrukcí podstřešních prostor užívání sendvičových konstrukcí, které mají řadu výhod, zejména při budování půdních vestaveb. Mezi nejdůležitější vlastnosti těchto konstrukcí patří:

• vysoká tepelně izolační schopnost;
• nízká hmotnost;
• vysoká rychlost výstavby;
• suchý proces výstavby;
• variabilita skladeb v závislosti na požadavcích.

Kvalita sendvičové konstrukce a její funkčnost bude vždy záležet na správném návrhu a řádném provedení jednotlivých vrstev v konstrukci. Na místě je také zmínit střešní plášť, pod kterým je umisťováno tepelně izolační souvrství. Střešní plášť musí především ochránit nosné a výplňové konstrukce před atmosférickými vlivy. Konstrukce střešního pláště musí umožnit odvětrání případné vlhkosti proniklé do obalové konstrukce. Vhodně zvolená skladba sendvičové konstrukce pak musí minimalizovat riziko pronikání vzdušné vlhkosti zvláště do tepelně izolačních souvrství a zabránit kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce. Tato kondenzace má negativní vliv na tepelně izolační vlastnosti a při dlouhodobém působení může způsobit napadení stavebních materiálů biologickými škůdci. Pro objekty navrhované v nízkoenergetickém a pasivním standardu je nezbytné zajistit i požadovanou neprůvzdušnost obálky budovy.
Tepelně izolační vrstvy sendvičových konstrukcí jsou zpravidla vytvářeny mezi nosnými prvky krovu, které vždy tvoří ve větší či menší míře tepelné mosty. Riziko vzniku tepelných mostů je možné předejít aplikací nadkrokevních tepelně izolačních souvrství, která se začínají v praxi stále více objevovat. Výhodou tohoto řešení je stejná tloušťka tepelně izolační vrstvy ve všech místech a možnost ponechání viditelných prvků krovu v interiéru. Význam tepelných mostů vzrostl v minulých dvaceti letech v důsledku stále více rostoucích nároků na tepelně izolační vlastnosti obalových plášťů. Tepelné mosty však nejsou jenom místem zvýšeného tepelného toku, tedy větší tepelné ztráty, ale mají za následek i nižší teplotu na povrchu obalových konstrukcí ve srovnání s povrchovou teplotou v ploše sendvičové konstrukce. Nižší povrchová teplota obalové konstrukce je vždy potenciálně místem s vyšším rizikem vzniku povrchové kondenzace vodních par, a tedy místem s vyšším rizikem vzniku růstů plísní. Stejně tak je třeba patřičným způsobem dbát na řešení detailů připojení jednotlivých konstrukcí pro zajištění požadovaných tepelně technických vlastností v koutech ve styku obalových konstrukcí.
Příčiny případných poruch funkčnosti obalových konstrukcí však nemusí vždy spočívat jen v jejich nesprávném návrhu či provedení, ale také v nesprávném způsobu užívání vnitřních prostor. Jedná se zejména o nedodržování návrhových tepelně vlhkostních parametrů vnitřního prostředí. Uživatelé, kteří byli v minulosti zvyklí na samoregulační vlastnosti masivních zděných konstrukcí, které byly schopné absorbovat značné množství vlhkosti, jsou nyní postaveni do situace, kdy musí správným užíváním bytu zajistit odvod vodních par do exteriéru. K tomu je třeba připojit vzduchotěsnost obálky vnitřních prostor, která je požadována předpisy. Uživatelé půdních prostor s moderními vnějšími otvorovými výplněmi musí také počítat s jejich minimální průvzdušností, danou snahou o maximalizaci snížení tepelných ztrát infiltrací. Z výše uvedeného vyplývá, že v nových budovách není možné spoléhat pouze na výměnu vzduchu infiltrací otvorovými výplněmi a požadovanou výměnu vzduchu je nezbytné zajistit jiným vhodným způsobem. Nejvyšší vlhkost se v bytech vyskytuje v ranních hodinách, zejména v ložnicích, z důvodu produkce vodní páry spícími osobami v místnosti a utěsnění oken, resp. výrazně sníženou výměnou vzduchu v nočních hodinách.

Příklady z praxe
V této části jsou uvedeny vybrané příklady obalových konstrukcí podkrovních místností, na jejichž površích docházelo v zimních měsících k povrchové kondenzaci vodní páry.
Na stěnách podkrovních bytů v bytovém domě se vyskytovaly mokré skvrny, táhnoucí se v celé délce místností v místě navazující šikmé části stropu, tvořeného sádrokartonovými deskami jako podhled střešního pláště. Zvýšená povrchová kondenzace se také projevovala na rámech a zasklení plastových oken a v místě připojovací spáry na ostění. V důsledku značné povrchové kondenzace docházelo postupem času ke vzniku a dalšímu růstu plísní v inkriminovaných detailech, zejména v koutech.
Bylo přistoupeno nejprve k bezkontaktnímu zjišťování povrchových teplot termokamerou. Po určení nejchladnějších míst na konstrukci bylo zahájeno dlouhodobé měření povrchových teplot a sledování parametrů tepelně vlhkostního mikroklimatu při běženém užívání jedné pobytové místnosti v každém bytě.
Tepelně technická měření probíhala v měsíci únoru a březnu roku 2008 na objektu bytového domu, který byl postaven v letech 2003 až 2004. V každé vybrané místnosti několika podkrovních bytů byla umístěna měřicí ústředna a termočlánková čidla pro měření povrchových teplot a jedno kombinované čidlo pro měření relativní vlhkosti vnitřního vzduchu a teploty vnitřního vzduchu. Současně byla termočlánkovým čidlem měřena teplota vnějšího vzduchu.

Měřeny byly následující veličiny:

• θ_i - teplota vnitřního vzduchu ve °C;
• Φ_i - relativní vlhkost vnitřního vzduchu ve °C;
• θ_sx - povrchové teploty obalových konstrukcí ve °C;
• θ_e - teplota vnitřního vzduchu ve °C.

Požadavky norem
Vzhledem k tomu, že byly měřeny pouze parametry vnitřního a venkovního prostředí a povrchové teploty obalových konstrukcí, je na tomto místě uváděn pouze normový požadavek na nejnižší povrchovou teplotu konstrukcí. V norně ČSN 73 0540-2:2002 [1], která platila do dubna 2007, byl stanoven z hlediska šíření tepla konstrukcí požadavek na nejnižší vnitřní povrchovou teplotu konstrukce v zimním období. Tento normativní požadavek uvádíme z důvodu jeho platnosti v době realizace bytového domu. Požadavek, kterým se hodnotí nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce, má za cíl zamezit růstu plísní a kondenzaci vodní páry na vnitřním povrchu konstrukcí za reálných podmínek. V zimním období musí dle [1] konstrukce v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ_i ≤ 60 % vykazovat v každém místě vnitřní povrchovou teplotu θ_si ve °C podle vztahu:

θ_si ≥ θ_si,N

kde θ_si,N je požadovaná hodnota nejnižší vnitřní povrchové teploty ve °C, stanovená ze vztahu:

θ_si,N = θ_si,cr +Δθ_si

kde θ_si,cr je kritická vnitřní povrchová teplota ve °C, při které by vnitřní vzduch s návrhovou teplotou θ_ai a návrhovou relativní vlhkostí φ_i dosáhl kritické vnitřní povrchové vlhkosti φ_i,cr;
θ_ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C, stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle [2];
Δθ_si je bezpečnostní teplotní přirážka ve °C, zohledňující způsob vytápění vnitřního prostředí a tepelnou setrvačnost konstrukce.
Je třeba připomenout, že relativní vlhkost vnitřního vzduchu φ_i v % je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu, stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle [2]. Kromě prostor s vlhkými a mokrými provozy se uvažuje φ_i = 50 %.
Od dubna roku 2007 platí norma ČSN 730540-2:2007 [3]. Proto na tomto místě uvádíme aktuální způsob hodnocení nejnižší povrchové teploty v poměrném tvaru jako teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi. Teplotní faktor vnitřního povrchu je vlastnost konstrukce ve sledovaném místě, která nezávisí na teplotách přilehlých prostředí.
Pro výpočet fRsi platí následující vztah:

(1)

kde f_Rsi je teplotní faktor vnitřního povrchu, bezrozměrný;
θ_si je vnitřní povrchová teplota ve °C;
θ_e je teplota venkovního vzduchu ve °C;
θ_ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C, stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle [2].

V zimním období musí konstrukce v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu Φ_i ≤ 60 % vykazovat v každém místě teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi podle následujícího vztahu:

f_Rsi ≥ f_Rsi,N (2)

kde fRsi,N je požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu.
Požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu se stanoví ze vztahu:

f_Rsi,N = f_Rsi,cr + Δf_Rsi (3)

kde f_Rsi,cr je kritický teplotní faktor vnitřního povrchu, bezrozměrný; Δf_Rsi je bezpečnostní přirážka teplotního faktoru, bezrozměrná.

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi,cr, při kterém by vnitřní vzduch s návrhovou relativní vlhkostí Φ_i a s návrhovou teplotou vnitřního vzduchu θ_ai dosáhl u vnitřního povrchu kritické vnitřní povrchové vlhkosti, se stanoví ze vztahu:

(4)

kde θ_e je teplota venkovního vzduchu ve °C;
θ_ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C, stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle [4];
Φ_i je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %, stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle [4] bez bezpečnostní vlhkostní přirážky;
Φ_i,cr je kritická vnitřní povrchová vlhkost v % bezprostředně při vnitřním povrchu konstrukce, která nesmí být pro danou konstrukci překročena. Pro výplně otvorů je kritická vnitřní povrchová vlhkost Φ_i,cr = 100 %, pro ostatní konstrukce je kritická vnitřní povrchová vlhkost Φ_i,cr = 80 %.

Bezpečnostní přirážka teplotního faktoru Δf_Rsi zohledňuje způsob vytápění vnitřního prostředí a tepelnou akumulaci konstrukce a stanoví se z tabulky v normě [3].

Ukázky z praktických měření v podkrovních bytech
Na tomto místě uvádíme výstupy z měření ve vybraných místnostech dvou podkrovních bytů. Pro názornost jsou vybrány výsledky měření z místnosti bytu mezi sousedními byty a v místnosti nárožního bytu. V obou případech se na stěnách a na otvorových výplních vyskytovala povrchová kondenzace a na některých místech byl zřejmý růst plísní.
V prvním případě se jednalo o dětský pokoj, který po obou stranách sousedí s vedlejšími vytápěnými místnostmi. Jak je patrné z obr. 1 a obr. 4, docházelo nejen k povrchové kondenzaci na vnitřním líci konstrukcí, ale také byl zaznamenán dlouhodobý růst plísní na inkriminovaných místech stavebních konstrukcí. Jednalo se zejména o místo styku okenní konstrukce s ostěním a styk šikmého sádrokartonového podhledu s obvodovou stěnou. V obou místech došlo vždy po odstranění plísní po čase k jejich opětovnému růstu. Měření v dětském pokoji probíhalo ve dnech 22. 2. 2008 až 7. 3. 2008. Byla instalována měřicí ústředna Almemo 2390-8, pět termočlánkových čidel a jedno kombinované tepelně-vlhkostní čidlo. Závažnost povrchových kondenzací a růstu plísní je dána navíc skutečností, že předmětná místnost slouží pro odpočinek a spánek dětí.

¤ Obr. 1. Pozice teplotniho čidla θ_s1

¤ Obr. 4. Pohled na kout stěna - sadrokartonovy podhled

Měřeny byly následující veličiny:

• θ_i - teplota vnitřního vzduchu ve °C;
• Φ_i - relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %;
• θ_s1 - povrchová teplota v místě styku okenního rámu a ostění ve °C;
• θ_s2 - povrchová teplota rámu střešního okna ve °C;
• θ_s3 - povrchová teplota v koutě štítová stěna - podhled ve °C;
• θ_s4 - povrchová teplota v koutě příčka - podhled ve °C;
• θ_e - teplota venkovního vzduchu ve °C.

Obvodová vnější stěna je vyzděna z keramických tvárnic typu Therm a je zateplena z vnější strany tepelným izolantem z pěnového polystyrenu. Šikmá část stropního podhledu je zateplena deskami z minerální vaty mezi krokvemi a z vnitřní strany je provedeno opláštění sádrokartonovými deskami. Na obr. 2 je znázorněn graf průběhů některých měřených veličin pro tři nejchladnější dny ve sledovaném období.
V daném časovém úseku, ve kterém byla osazena měřicí čidla, činila průměrná teplota venkovního vzduchu 3,7 °C. Dne 6. 3. 2008 byla zaznamenána nejnižší teplota venkovního vzduchu ve sledovaném období -8,4 °C. Masivnímu výskytu růstu plísní odpovídá podle měření i místo s nejnižšími zaznamenanými povrchovými teplotami. Jednalo se o styk okenního rámu s ostěním obvodové stěny. Na ostění docházelo k nedodržení požadovaného teplotního faktoru vnitřního povrchu, jak lze spatřit na grafu na obr. 3. V tomto případě sehrála roli kvalita obvodového pláště tvořeného zdivem Therm v tl. 300 mm a provedení připojovací spáry mezi oknem a ostěním. Při zvyšující se relativní vlhkosti vnitřního vzduchu a klesající teplotě vnějšího vzduchu rostou požadavky na kvalitu obalových konstrukcí z hlediska tepelně technického. Velký vliv na povrchovou kondenzaci má také zjištěná zvýšená relativní vlhkost vnitřního vzduchu, zvláště v nočních hodinách. Průměrná relativní vlhkost vnitřního vzduchu byla zjištěna 55,1 %. V nočních hodinách docházelo ke zvyšování relativní vlhkosti vnitřního vzduchu, a to až k hodnotě 66,4 %, což je hodnota vyšší než návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu včetně bezpečnostní přirážky (φ_i + φΔ_i = 55 %).

¤ Obr. 2. Průběh vybranych veličin ve třech nejchladnějšich dnech sledovaneho obdobi

¤ Obr. 3. Porovnani vypočteneho a požadovaneho nejnižšiho teplotniho faktoru pro měřene misto θ_s1

Obalové konstrukce v obývacím pokoji rohového bytu vykazovaly řadu závad, které indikovaly nesprávný návrh předmětných detailů nebo nesprávné užívání obytných prostor. V chladném období byly patrné v koutech ve styku šikmého podhledu a zdiva vlhká místa, na kterých se objevovaly plísně. Navíc zde vznikal problém s povrchovou teplotou v místě osazení rohových balkonových dveří, kde v zimním období docházelo na podlahových konstrukcích v blízkosti obvodového pláště k masivní kondenzaci a tvorbě námrazy na vnitřní keramické dlažbě.
V místě probíhajícího železobetonového věnce se také objevovala povrchová kondenzace. Měření v podkrovním bytě bylo realizováno ve dnech 8. 2. 2008 až 22. 2. 2008. Byla instalována měřicí ústředna Almemo 3290-8, sedm termočlánkových čidel a jedno kombinované tepelně-vlhkostní čidlo.

Měřeny byly následující veličiny:

• θ_i - teplota vnitřního vzduchu ve °C;
• Φ_i - relativní vlhkost vnitřního vzduchu ve °C;
• θ_s1 - povrchová teplota podlahy u balkonových dveří ve °C;
• θ_s2 - povrchová teplota v koutě stěna - podhled ve °C;
• θ_s3 - povrchová teplota v koutě stěna - podhled nad kuchyňskou linkou ve °C;
• θ_s4 - povrchová teplota železobetonového věnce ve °C;
• θ_s5 - povrchová teplota železobetonového věnce v místě ostění balkonových dveří ve °C;
• θ_s6 - povrchová teplota v koutě ve styku rámů balkonových dveří ve °C;
• θ_e - teplota venkovního vzduchu ve °C.

Konkrétní místa, kde byla osazena termočlánková čidla, byla určena na základě termovizního snímkování obalových konstrukcí. Termočlánková čidla byla osazena v místech s nejnižšími povrchovými teplotami. Na obr. 5 je termočlánkové čidlo v koutě mezi železobetonovým věncem a šikmým podhledem.

¤ Obr. 5. Pozice termočlanku θ_s2

V daném časovém úseku, ve kterém bylo prováděno praktické měření, činila průměrná teplota venkovního vzduchu -1,0 °C. Dne 17. 2. 2008 byla zaznamenána nejnižší teplota venkovního vzduchu ve sledovaném období, a to -12,4 °C, která se blížila návrhové teplotě venkovního vzduchu pro danou lokalitu. Nejnižší povrchová teplota 4,5 °C byla zjištěna v koutě ve styku rámů balkónových dveří.
Z grafu průběhů teplotních faktorů (obr. 7.) je zřejmé, že naměřená povrchová teplota vyjádřená ve formě teplotního faktoru nevyhovuje pro obě měřená místa. Hodnoty teplotních faktorů jsou pod normou požadovanou hodnotou. Nejnižší povrchová teplota stavební konstrukce 8,1 °C byla naměřena v koutě nad kuchyňskou linkou. Průměrná relativní vlhkost vnitřního vzduchu byla zjištěna 57,8 %, což je hodnota vyšší než normou uvažovaná vlhkost φ_i + φΔ_i = 55 %. V nočních hodinách docházelo téměř pravidelně ke zvyšování relativní vlhkosti vnitřního vzduchu, a to až k hodnotě 66 % (dne 20. 2.).

¤ Obr. 6. Průběh vybranych veličin ve třech nejchladnějšich dnech sledovaneho obdobi

¤ Obr. 7. Porovnani vypočteneho a požadovaneho nejnižšiho teplotniho faktoru pro měřene misto θ_s2 a θ_s3

Povrchové teploty byly měřeny za neustáleného teplotního stavu, přičemž při nejnižší naměřené teplotě vnějšího vzduchu -12,4 °C nebyl splněn na většině měřených míst normový požadavek na nejnižší teplotní faktor vnitřního povrchu. Vzhledem k tomu, že i při teplotách venkovního vzduchu vyšších než -17 °C docházelo k nesplnění normového požadavku na nejnižší teplotní faktor vnitřního povrchu, lze konstatovat, že při venkovních teplotách v okolí normou stanovené okrajové podmínky pro danou lokalitu budou povrchové teploty ještě nižší. Průměrná teplota vnitřního vzduchu v měřeném časovém období činila 20,5 °C.
Na výše uvedených měřeních lze doložit důležitost správného návrhu stavebních detailů z důvodu minimalizace vzniku rizika tepelných mostů v konstrukci. Při provádění je pak třeba zaměřit se na kontrolu provedení detailů před definitivním zakrytím podhledovými konstrukcemi. V případě, kdy se stýká velmi dobře tepelně zaizolovaná konstrukce (v tomto případě šikmý podhled) se špatně izolovaným železobetonovým věncem, vzniká vysoké riziko povrchové kondenzace. Navíc je třeba si uvědomit, že ke styku dochází zpravidla v koutech, v nichž je povrchová teplota vždy nižší než v ploše konstrukce.
Nedílnou součástí posouzení bylo také vyhodnocení podmínek užívání podkrovního bytu jejich obyvateli. Zvláště zvýšená relativní vlhkost vnitřního vzduchu má v případě špatně provedených stavebních detailů velký vliv na riziko vzniku povrchové kondenzace. U podkrovních prostor s velkým podílem utěsněných vnějších otvorových výplní je třeba dbát na dodržovaní návrhových parametrů vnitřního vzduchu. Toto lze v místnostech bez nucené ventilace dodržovat bohužel pouze pravidelným větráním otvorovými výplněmi.
Při správném návrhu a provedení obalových konstrukcí a při správném užívání obytných podkrovních prostor je možné minimalizovat riziko vzniku povrchových kondenzací.
Jako tepelná izolace šikmého podhledu byly použity rohože z minerálních vláken. Tloušťka tepelné izolace činila 180 mm. V obdobných případech mohou být použity materiály na bázi recyklovaných nebo obnovitelných stavebních hmot. V tomto případě se nabízela možnost využití foukané tepelné izolace např. na bázi rozvlákněné celulózy, která by při správném provedení eliminovala rizika vzniku tepelných mostů vlivem neodizolování kritických detailů u styku šikmého zatepleného podhledu a železobetonového věnce.

Příspěvek vznikl s pomocí výzkumného záměru MSM0021630511 Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí.

Použitá literatura:
[1] ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky. Praha: Český normalizační institut, 2002. 36 s.
[2] ČSN 73 0540-3. Tepelná ochrana budov. Část 3: Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování. Praha: Český normalizační institut, 1994. 39 s.
[3] ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky. Praha: Český normalizační institut, 2007. 44 s.
[4] ČSN 73 0540-3. Tepelná ochrana budov. Část 3: Návrhové hodnoty veličin. Praha: Český normalizační institut, 2005. 96 s.