Stavby 21. století - stavby ze dřeva (X)

Hodnocení dřevěných rámových stavebních sestav z hlediska trvanlivosti a použitelnosti

V Čulického nomogramu rovnovážné vlhkosti dřeva (viz závěr minulého příspěvku), který je zpracován i pro záporné teploty vzduchu do -20°C, končí odpovídající hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva hodnotou 28 %. Proto tam, kde odpovídající rovnovážná hmotnostní vlhkost dřeva v tepelně izolační vrstvě ve vazbě na teplotně vlhkostní podmínky na sledovaném rozhraní může přesahovat hodnotu 28% je uveden symbol > 28.

Základní posouzení podle harmonizovaných ČSN

(ČSN EN ISO 13788, ČSN EN ISO 6946, ČSN 730540)

Obvodová stěna č. 1.1 (pracovní označení: SO_TD+KZS-EPS.1)

Skladba konstrukce (od interiéru):

Číslo	Název	D [m]	L [W/mK]	C [J/kgK]	Ro [kg/m3]	Mi [-]	Ma [kg/m2]
1	Sádrokarton	0.0125	0.2200	1060.0	750.0	9.0	0.0000
2	PE folie	0.0002	0.3500	1470.0	900.0	144000.0	0.0000
3	Dřevotříska	0.0130	0.1100	1500.0	800.0	12.5	0.0000
4	Rockwool Rockm	0.1000	0.0400	840.0	100.0	2.0	0.0000
5	Rockwool Rockm	0.0300	0.0400	840.0	100.0	2.0	0.0000
6	Rockwool Rockm	0.0100	0.0400	840.0	100.0	2.0	0.0000
7	Dřevotříska	0.0130	0.1100	1500.0	800.0	12.5	0.0000
8	Baumit lep. st	0.0020	0.8000	920.0	1300.0	50.0	0.0000
9	Baumit EPS-F	0.0600	0.0400	1270.0	17.0	40.0	0.0000
10	Sloučené vrstvy	0.0050	0.7368	920.0	1540.0	42.2	0.0000

Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946:

Tepelný odpor konstrukce R:	3.725 m2K/W
Součinitel prostupu tepla konstrukce U:	0.257 W/m2K

Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540:
(bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:

rozhraní:	i	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	e
tepl.[°C]	19.4	19.0	19.0	18.3	2.2	-2.7	-4.3	-5.0	-5.0	-14.7	-14.7
pd [Pa]	1243	1239	252	246	240	238	237	231	228	146	138
pd" [Pa]	2250	2200	2199	2097	714	489	427	400	400	169	169
Relativní vlhkost prostředí RHx (%)							≤ 55,5
Rovnovážná vlhkost dřeva ωx (%)							< 11,5

Při venkovní návrhové teplotě nedochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry.

Bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti dle ČSN EN ISO 13788:

Roční cyklus č. 1
V konstrukci nedochází během modelového roku ke kondenzaci.

Při okrajových podmínkách výpočtu podle ČSN 730540 (návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi 50%), a při uvažování stoprocentní účinnosti parozábrany nedochází v konstrukci obvodové stěny č. 1.1 ke kondenzaci vodní páry. Zároveň lze předpokládat, že rovnovážná hmotnostní vlhkost dřeva zabudovaného do tepelně izolační vrstvy posuzované konstrukce s vlhkostí prostředí na posuzovaných rozhraních (3-4 až 6-7) sendviče dřevěné rámové konstrukční sestavy (RHx ≤ 55.5 %) nepřekročí 11,5%.

Pokud podle předchozích zjištění snížíme difúzní odpor, respektive faktor difúzního odporu parozábrany za shodných okrajových podmínek o jeden řád, tj. na 10% hodnoty deklarované u příslušného materiálu tvořícího parotěsnící vrstvu (viz. obvodová stěna č. 1.2), změní se v této konstrukci zejména teplotně vlhkostní podmínky (viz průběh teplot a tlaků, včetně Obr. 1).

Obvodová stěna č. 1.2 (pracovní označení: SO_TD+KZS-EPS.2)

Skladba konstrukce (od interiéru) - změna:

Číslo	Název	D [m]	L [W/m.K]	C [J/kg.K]	Ro [kg/m3]	Mi [-]	Ma [kg/m2]
2	PE folie	0.0002	0.3500	1470.0	900.0	14400.0	0.0000

Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540:
(bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:

rozhraní	i	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	e
tepl.[°C]	19.4	19.0	19.0	18.3	2.2	-2.7	-4.3	-5.0	-5.0	-14.7	-14.7
pd [Pa]	1243	1223	719	690	655	645	641	613	595	175	138
pd" [Pa]	2250	2200	2199	2097	714	489	427	400	400	169	169
Relativní vlhkost prostředí RHx (%)					91,7	100	100	100	100	100
Rovnovážná vlhkost dřeva ωx (%)					≈23	>28	>28

Celoroční bilance vlhkosti:

Množství zkondenzované vodní páry Gk:	0.033 kg/m2,rok
Množství vypařené vodní páry (kapacita odparu) Gv:	1.560 kg/m2,rok

 Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než 0.0 °C.

Podle okrajových podmínek pro výpočet bilance vlhkosti dle ČSN 730540 je dřevěná konstrukce v části svého profilu vystavena teplotně vlhkostním podmínkám, kterým odpovídá rovnovážná hmotnostní vlhkost dřeva vyšší než 20 % po dobu 113 dní v roce.

Obr. 1 - Rozložení tlaků vodní páry v konstrukci obvodové stěny č. 1.2

Při doporučené degradaci difúzních parametrů parotěsnící vrstvy lze konstrukci obvodové stěny č. 1.2 hodnotit podle příslušné ČSN 730540 jako vyhovující, jak z hlediska množství zkondenzované vodní páry, tak i z hlediska celoroční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry. Vzhledem k tomu, že při výpočtové teplotě vnějšího vzduchu -15 °C jsou v konstrukci podmínky, při kterých může rovnovážná vlhkost dřeva dosahovat prakticky hodnoty bodu nasycených vláken a ke kondenzaci vodní páry dochází už při venkovní teplotě nižší než 0 °C, je reálný předpoklad, že po určitou část roku nebude tato konstrukce vyhovovat podmínkám pro její zařazení do třídy použití 2 podle EUROCODE 5.

Z toho plyne, že konstrukce a stavby ze dřeva nestačí navrhovat a posuzovat pouze podle kriterií přípustného množství zkondenzované vodní páry G_k ≤ G_k,N a kladné bilance kondenzace a odparu.

Bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti dle ČSN EN ISO 13788:

Roční cyklus č. 1
V konstrukci dochází během modelového roku ke kondenzaci.

Kondenzační zóna č. 1

	Hranice kondenzační zóny		Akt. kond./vypař.	Akumul. vlhkost
Měsíc	levá [m]	pravá [m]	Gc [kg/m2s]	Ma [kg/m2]
12	0.1787	0.1787	1.14E-0009	0.0031
1	0.1787	0.1787	1.14E-0009	0.0061
2	0.1787	0.1787	-1.29E-0009	0.0030
3	---	---	-1.81E-0008	0.0000

Na konci modelového roku je zóna suchá.

Obr. 2 - Rozložení tlaků vodní páry v konstrukci obvodové stěny č.1.2

Podle ČSN EN ISO 13788 je vzhledem k rozdílným okrajovým podmínkám tohoto způsobu výpočtu průběh tlaků vodní páry a nasycené vodní páry příznivější (viz obr. 2). Z hodnocení však vyplývá, že ke kondenzaci bude v konstrukci docházet v průběhu dvou měsíců v roce. Z toho lze usuzovat na možný nárůst rovnovážné vlhkosti dřeva v konstrukci nad 20 % po dobu více než několika týdnů v roce. Porovnej s definicí třídy použití 2 v EUROCODE 5.

Připustíme-li, že takto bude realizována stavba, u které nebude zabezpečena dostatečná výměna vnitřního vzduchu, tj. stavba trpící tak zvaným "syndromem nemocné budovy", vlhkostní poměry v konstrukci se ještě zhorší (viz obvodová stěna 1.3 a průběh tlaků vodní páry na obr. 3). Pro shodnou konstrukci obvodové stěny uvažujeme návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi 60%.

Obvodová stěna č. 1.3 (pracovní označení: SO_TD+KZS-EPS.3)

Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540:
(bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:

rozhraní	i	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	e
tepl.[°C]	19.4	18.7	18.7	17.9	2.0	-2.8	-4.4	-5.1	-5.1	-14.7	-14.7
pd [Pa]	1491	1444	837	803	761	748	744	710	689	183	138
pd" [Pa]	2253	2153	2153	2053	705	484	423	397	396	169	169
Relativní vlhkost prostředí RHx (%)					100	100	100	100	100	100
Rovnovážná vlhkost dřeva ωx (%) ~					> 28	> 28	> 28

Celoroční bilance vlhkosti:

Množství zkondenzované vodní páry Gk:	0.086 kg/m2,rok
Množství vypařené vodní páry (kapacita odparu) Gv:	1.194 kg/m2,rok

 Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než 0.0 °C.

Obr. 3 - Rozložení tlaků vodní páry v konstrukci obvodové stěny č. 1.3

Při těchto okrajových podmínkách se v identické konstrukci zvýší množství zkondenzované vodní páry cca 2,5 krát a množství vypařené vodní páry se sníží cca o 23,5 %. Celkové množství zkondenzované vodní páry je sice hluboko pod přípustnou hodnotou podle ČSN 730540 a celoroční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry je kladná, zvýšené množství zkondenzované vodní páry však negativně ovlivní tepelnou vodivost konstrukčních a izolačních materiálů právě v zimním období. Vzhledem k tomu, že u moderních tepelně izolačních materiálů výrobci obvykle nedeklarují závislost jejich tepelné vodivosti na hmotnostní vlhkosti, bude projektant ve výpočtu tepelných ztrát počítat se součinitelem prostupu tepla shodným s výpočtem pro obvodovou stěnu č.1.1. V důsledku toho lze předpokládat, že vypočtená potřeba energie na vytápění objektu bude podstatně nižší než skutečná spotřeba energie na vytápění. Připouštět zvyšování vlhkosti materiálů zabudovaných v dřevěné rámové stavební konstrukci je kontraproduktivní, zejména při navrhování konstrukcí pro nízkoenergetické objekty.

Řada projektantů a dodavatelů staveb si v poslední době z nízkoenergetických staveb vytvořila jakýsi reklamní slogan, aniž by mnohdy tušili, co projekce a realizace těchto staveb obnáší. Navrhování a provádění nízkoenergetických a pasivních staveb má ovšem svá specifika. Tyto stavby jsou náročné na komplexní detailní zpracování již ve fázi projektové přípravy a náročné na kvalitu provádění. Nejedná se tedy o stavby, u nichž je bez dostatečné znalosti problematiky aplikována extrémní tloušťka tepelných izolací a maximálně sníženy tepelné ztráty větráním používáním velmi těsných oken, apod.

U takovýchto nekomplexně řešených staveb bez dostatečné výměny vzduchu dochází k nadměrnému hromadění oxidů uhlíku a dalších plynů v obytném prostředí. Dochází také k nadměrnému hromadění vodní páry v interiéru. Odborníci na hygienu upozorňují na tak zvaný syndrom nemoci z budov, (SBS). Tento syndrom je spojován se zvýšeným výskytem alergií, dýchacích obtíží, bolestmi hlavy, poruchami spánku, problémy se soustředěním, apod. (Holcátová, 2003)

Zvyšující se relativní vlhkost vnitřního prostředí pak má negativní vliv na zvýšení vlhkosti dřeva a tepelných izolací v konstrukcích a s tím související zvýšené deformace dřevěných prvků konstrukcí, především jejich dotvarování. Zvyšováním vlhkosti dřeva a tepelně izolačních materiálů pak právě v zimním období klesá jejich tepelně izolační schopnost. Kromě toho jsou takto navržené a realizované stavby ze dřeva vystaveny zvýšenému riziku napadení dřevokaznými plísněmi a houbami a tím i podstatnému snížení jejich životnosti.

Snahou dosáhnout u staveb ze dřeva co nejnižších tepelných ztrát snižováním součinitele prostupu tepla obvodových konstrukcí a snižováním či eliminací jejich průvzdušnosti však nesmí být dotčeny ostatní základní požadavky kladené na tyto konstrukce a stavby. V rámci řešení výzkumného záměru jsme se v úkolu "Analýza tepelně vlhkostních poměrů uvnitř obvodového pláště dřevostavby v závislosti na změnách teplot vnějšího prostředí" zaměřili na oblast navrhování a posuzování konstrukcí a staveb na bázi dřeva tak, aby při zvyšování jedné z vlastností vztahujících se k základním požadavkům nedošlo k omezení nebo snížení funkční spolehlivosti těchto konstrukcí a staveb z hlediska dalších základních požadavků a aby byla zajištěna přiměřená životnost, respektive trvanlivost a funkční spolehlivost těchto konstrukcí a staveb ze dřeva.

Některé další dopady nedocenění těchto souvislostí, a možnost správného postupu při navrhování dřevěných rámových stavebních sestav budou uvedeny v dalším příspěvku.

Příspěvek vznikl v rámci řešení Výzkumného záměru MSM 6215648902 "Les a dřevo - podpora funkčně integrovaného lesního hospodářství a využívání dřeva jako obnovitelné suroviny".