Měření vzduchotěsnosti souboru energeticky pasivních domů v Koberovech - výsledky a zkušenosti

1. Úvod

Jednotná stavebně energetická koncepce třimácti budov, které soubor tvoří, je spolu s konstrukčním řešením podorobněji popsána např. v (1, 2). Při návrhu budov bylo použito mnoha inovativních řešení - mimo jiné i ve snaze o zajištění velmi dobré vzduchotěsnosti. Celý soubor byl realizován shodnou stavební technologií, formou pásové výstavby podobnou sériové průmyslové výrobě. To kromě jiných výhod přináší i jedinečnou možnost ověření efektivnosti zvolených řešení na statisticky reprezentativním vzorku téměř identických budov.

2. Zajištění vzduchotěsnosti

S ohledem na energetické cíle (pasivní dům), použití mechanického větracího systému a zvolený konstrukční systém (dřevěný skelet) byla vzduchotěsnosti věnována mimořádná pozornost od prvních koncepčních úvah až po poslední dokončovací práce na staveništi. Cílová úroveň vzduchotěsnosti odpovídá požadavkům na pasivní dům: n₅₀ ≤ 0,6 h^-1. Dílčí řešení tvoří koherentní, ucelený systém vzduchotěsnicích opatření (SVO), dobře zpadající do celkové stavebně energetické koncepce:

• jednoduchý tvar budovy a eliminace kritických detailů
• umístění vzduchotěsnicích vrstev do chráněné polohy za instalační mezerou
• důsledné řešení všech spojů a prostupů vzduchotěsnicími vrstvami pomocí speciálních prostředků (lepicí pásky, okenní pásky, manžety, ...)
• podrobný konstrukční návrh všech kritických míst, podrobná dokumentace
• přísná kontrola vzduchotěsnosti v průběhu výstavby

Pozornost zaslouží řešení vzduchotěsnosti ve styku vnitřního stropu a obvodové stěny. Ten zpravidla představuje (u dřevostaveb) výraznou překážku v dosažení velmi nízkých hodnot n₅₀. Spojitost hlavní vzduchotěsnicí vrstvy (HVV) vedené blízko vnitřního líce stěny může být v tomto místě narušena opakovanými prostupy stropních trámů. Problém se běžně řeší utěsněním prostupu každého stropního trámu nebo vzduchotěsným "obalením" stropních trámů - obojí je náročné a z hlediska vzduchotěsnosti značně rizikové. Proto byla u koberovských domů HVV zavedena do vnitřního stropu, takže kritickým detailem vůbec neprochází (obr. 1). Tato volba vycházela z empiricky ověřeného předpokladu, že zajistit vzduchotěsnost v ploše konstrukce je snazší, než zajistit vzduchotěsnost komplikovaného styku po celém obvodu budovy.

Obr. 1 Různá řešení styku obvodová stěna / vnitřní strop.
A - utěsnění prostupů trámů, B - "obalení" trámů, C - řešení použité u domů v Koberovech

Vizuální kontrolu SVO v klíčových okamžicích výstavby velice pečlivě zajišťoval technický dozor investora. Vzduchotěsnost každé budovy byla před zakrytím SVO kontrolována měřením (blower door test podle (4), metoda B). Součástí měření byla i detekce netěsností, které byly následně opravovány. Každá budova pak měla být měřena ještě jednou, po úplném dokončení, aby byla zjištěna definitivní, dosažená úroveň vzduchotěsnosti.

3. Kontrolní měření vzduchotěsnosti před dokončením budov

3.1. Výsledky měření vzduchotěsnosti

Výsledky měření jsou uvedeny na obr. 2. Naměřené hodnoty n₅₀ se pohybují v intervalu od 0,56 h^-1 do 1,44 h^-1. Přes veškerou péči se v této etapě výstavby podařilo dosáhnout cílové hodnoty n₅₀ pouze u jedné budovy (H), další budova se tomuto limitu přibližuje (G), ostatní jsou výrazně méně těsné. Budovy vybavené běžným zděným komínem s větracími kanálky mezi tepelně izolační vložkou a vnějším pláštěm jsou výrazně méně těsné než ostatní budovy, které mají tříplášťový kovový komín. Zvolený typ zděného komínu je tedy výrazně netěsný stavební prvek a (bez dalších konstrukčních úprav) zřejmě představuje překážku v dosažení cílové úrovně vzduchotěsnosti (problém je řešitelný např. použitím vzduchotěsného zděného komínu).

Obr. 2 Výsledky měření vzduchotěsnosti souboru pasivních domů v Koberovech.
Z - zděný komín, k - kovový komín

Kromě budov G a H je vzduchotěsnost budov s kovovým komínem relativně dobrá (n₅₀ = 0,84 - 0,92 h^-1) a nápadně vyrovnaná. Jednotná kvalitativní úroveň je zřejmě projevem efektu sériové výroby a přísné kontroly během výstavby. Ještě lepší vzduchotěsnost budov G a H, které byly měřeny jako poslední, je zřejmě projevem zpětné vazby a využití zkušeností z předchozích kontrolních měření. Předpokládalo se, že po dokončení povrchových vrstev (obklady, podhledy, podlahy) dojde ještě k určitému zlepšení vzduchotěsnosti všech budov s reálnou šancí na dosažení cílové hodnoty n50 u budov s kovovým komínem.

Obr. 3 Vybrané netěsnosti zjištěné při kontrolním měření vzduchotěsnosti

Vysvětlivky:

A - prostup trámu skrz HVV obvodové stěny
B - prostup elektroinstalací skrz podlahu na terénu
C - netěsnosti zděného komínového tělesa
D - netěsná průchodka skrz vnitřní strop
E - práh francouzského okna
F - prostupy prvků krovu skrz HVV šikmé střechy

3.2. Výsledky detekce netěsností

Narozdíl od většiny běžných budov nebyl u měřených domů zjištěn výskyt několika výrazných netěsností, ale naopak celá řada drobných netěsností. Prakticky ve všech konstrukčních spojích a potenciálně netěsných detailech byly při podrobnější prohlídce zjištěny velmi drobné netěsnosti, které by byly u běžných budov považovány za zanedbatelné. Přestože relativní význam jednotlivých netěsností lze jen velmi těžko odhadnout, mezi nejzávažnější zřejmě patří:

• prostup trámu u podlahy v 1.NP skrz HVV obvodové stěny (obr. 3 A)
• prostupy trámu skrz HVV šikmé střechy ve 2. NP (obr. 3 F)
• prahy francouzských oken v 1. NP (obr. 3 E)
• prostupy instalací (zejména kabelů) krz podlahu na terénu (obr. 3 B)
• netěsnosti ve vnějším plášti zděných komínových těles (obr. 3 C)

Prostupy prvků nosné konstrukce skrz HVV (obr. 3 A, F) byly velmi těžko utěsnitelné zejména z důvodu nedostatku manipulačního prostoru pro ruce (mezi podlahou a trámem v 1. NP, mezi střechou a trámem ve 2. NP). Prostupy instalací podlahou na terénu umístěné příliš blízo obvodové stěny často znemožnily kvalitní napojení HVV obvodové stěny na podlahu. Vzhledem k obtížnému přístupu se zkomplikovalo i utěsnění samotných prostupů podlahou - nejhůře utěsnitelné byly svazky elektrických kabelů (obr. 3 B). Příčinu výraznějších netěsností v oblasti prahu francouzských oken se nepodařilo odhalit.

Další překážkou v dosažení cílové úrovně vzduchotěsnosti byly jistě i drobné, ale opakující se netěsnosti v prostupech skrz HVV ve vnitřním stropě (obr. 3 D). Umístění HVV do vnitřního stropu na jednu stranu umožnilo obejít komplikovaný detail styku obvodové stěny a vnitřního stropu (riziko vzniku výrazných netěsností), na druhou stranu zvětšení plochy HVV přineslo řadu dalších netěsností - např. prostupy kanalizačního potrubí, průchodky pro další instalace a také netěsnosti ve vzduchotechnickém potrubí, které je vedeno ve vnitřním stropě (obr. 4). Zvolené řešení (obr. 1 C) je tedy zřejmě efektivní jen částečně.

4. Konečné měření vzduchotěsnosti po dokončení budov

Předběžné výsledky pro několik budov jsou uvedeny na obr. 2. U všech dosud měřených budov byly zjištěny hodnoty n₅₀ nižší než 1,0 h^-1. Vzduchotěsnost budov s kovovým komínem se velmi blíží cílové úrovni - naměřené hodnoty n₅₀ jen minimálně překračují 0,6 h^-1. Hodnoty n₅₀ nižší než 0,6 h^-1 však zatím zjištěny nebyly.

U většiny budov s kovovým komínem došlo k výraznému zlepšení vzduchotěsnosti oproti stavu zjištěnému při kontrolním měření (20 - 30 %). Toto zjištění koresponduje i s výsledky předchozích měření na jiných budovách s obvodovými konstrukcemi podobného typu. Zjištěná tendence má tedy u daného typu budov obecnější platnost. U budovy E se zděným komínem je zlepšení oproti výsledkům kontrolního měření ještě výraznější (35 %). K tomu mohlo přispět mimo jiné i omítnutí zděného komínového tělesa, které bylo bez omítky velmi netěsné - viz výsledky kontrolního měření.

U budov G a H byl pravděpodobně poškozen SVO během etap výstavby následujících po kontrolním měření. Z tohoto důvodu nebylo zřejmě zlepšení vzduchotěsnosti u budovy G tak výrazné, u budovy H došlo dokonce k mírnému zhoršení.

budova	AE/Va	kontrolní měření		konečné měření		konstr. systém	enenrg. náročnost
		n50	q50	n50	q50
	[m-1]	[h-1]	[m3/(h.m2)]	[h-1]	[m3/(h.m2)]
A	1,34	0,89	0,66			DS	PD
B	1,36	1,10	0,81			DS	PD
C	1,35	0,92	0,68			DS	PD
D	1,35	0,85	0,63			DS	PD
E	1,34	1,44	1,07	0,94	0,69	DS	PD
F	1,29	0,84	0,65	0,62	0,48	DS	PD
G	1,34	0,68	0,51	0,66	0,47	DS	PD
H	1,32	0,56	0,42	0,61	0,46	DS	PD
I	1,33	0,87	0,66	0,64	0,48	DS	PD
J	1,35	1,08	0,80			DS	PD
K	1,35	0,85	0,63	0,69	0,51	DS	PD
L	1,34	0,86	0,64	0,60	0,45	DS	PD
M	1,35	0,91	0,67			DS	PD
REF 1	0,90	0,63	0,70			2x4	PD
REF 2	0,90	1,06	1,17			2x4	PD
REF 3	0,90			0,76	0,85	Z+LS	NED

Tab. 1 Výsledky měření vzduchotěsnosti souboru domů v Koberovech a tří refrenčních rodinných domů

Vysvětlivky:
A_E - plocha obálky zahrnující všechny konstrukce podílející se na zajištění vzduchotěsnosti,
V_a - objem vnitřního vzduchu,
DS - dřevěný skelet,
2x4 - dřevostavba, systém "two by four",
Z+LS - zděné stěny + lehká střecha,
PD - pasivní dům,
NED - nízkoenergetický dům.

5. Diskuse nad dosaženými výsledky

Ve srovnání s běžnou výstavbou i s výstavbou nízkoenergetických a pasivních domů v ČR (4, 5) jsou dosažené výsledky velice dobré. Především hodnoty n₅₀ zjištěné při konečném měření se řadí mezi nejnižší, jaké byly dosud u rodinných domů v ČR zaznamenané. Ani přes mimořádné úsilí se však nepodařilo splnit cílovou hodnotu n₅₀. Jaké to bude mít důsledky pro energetické chování budov? Je tedy kvalita návrhu a provedení obálky nedostatečná?

Hodnoty n₅₀ nižší než 1,0 h^-1 by měly mimo jiné zajistit i efektivní funkci navrženého mechanického větracího systému. Na druhou stranu nesplnění cílové hodnoty (n₅₀ ≤ 0,6 h^-1) se jistě negativně projeví na účinnosti procesu zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu (nikoli na účinnosti výměníku ZZT). U budov s n₅₀ jen o málo vyšší než 0,6 h^-1 však lze předpokládat pouze minimální pokles účinnosti.

Cílová hodnota n₅₀ nebyla kupodivu dosud naměřena u žádné z budov. Vzniká dojem, že bylo dosaženo "nejlepší prakticky dosažitelné" úrovně vzduchotěsnosti odpovídající zvolené koncepci SVO. Tato koncepce je specifická nadstandardně velkou plochou konstrukcí, které mají zajistit vzduchotěsnost budovy. Poměr plochy těchto konstrukcí k objemu vzduchu uvnitř budovy je mimořádně nevýhodný (tab. 1). Pro hodnocení kvality obalových konstrukcí by bylo vhodnější vztahovat průtok vzduchu netěsnostmi při Δp = 50 Pa nikoli k jednotce objemu (n₅₀), ale k jednotce plochy HVV (q₅₀ [m³/(h.m²)]). V tab. 1 jsou kromě hodnot q₅₀ pro koberovský soubor budov uvedeny pro srovnání i hodnoty naměřené na třech rodinných domech s běžnou koncepcí SVO (obr.1 A, B). Koberovské domy dosahují při srovnatelných hodnotách n₅₀ vždy lepších hodnot q₅₀, což svědčí o velmi kvalitním provedení SVO.

Pro vyjádření vlivu vzduchotěsnosti na energetické vlastnosti budovy je jistě vhodné použít n₅₀. Pro hodnocení kvality obálky z hlediska vzduchotěsnosti je možné alternativně použít q₅₀. Poměr plochy obálky k vnitřnímu objemu je méně výhodný u malých budov (typicky rodinných domů). Naopak u u velkých budov je tento poměr nižší, takže při stejné kvalitě obalových konstrukcí lze snáze dosáhnout nižších hodnot n₅₀. Tyto souvislosti by měly být mimo jiné zohledněny i v připravované metodice pro hodnocení energeticky pasivních a nízkoenergetických bytových domů v ČR (6).

6. Poděkování

Tento výsledek byl získán za finančního přispění MŠMT ČR, projekt 1M6840770001, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS.

7. Literatura

(1) MORÁVEK, P. Obytný soubor pasivních domů Český ráj - Koberovy. Sborník konference Pasivní domy 2007, Brno, 2007
(2) TYWONIAK, J. Pasivní domy, energeticky nulové domy a primární energie. Sborník konference Pasivní domy 2006, Brno, 2006
(3) ČSN EN 13829 Thermal performance of buildings - Determination of air permeability of buildings - Fan presurization method
(4) NOVÁK, J. Měření průvzdušnosti budov v ČR - výsledky a zkušenosti. Sborník konference Pasivní domy 2006, Brno, 2006
(5) www.substance.cz/n50
(6) TYWONIAK, J. Nízkoenergetické a pasivní domy v ČR - bariéry a šance. Sborník konference Pasivní domy 2007 , Brno, 2007