Použití tepelně izolační pěny pro obvodové pláště nízkoenergetických a pasivních domů

1 ÚVOD

Výstavba nízkoenergetických a pasivních objektů s sebou přináší mnoho témat a problémů z různých oblastí stavebního inženýrství, které je třeba důsledně zodpovědět a vyřešit.

Nejsou to však pouze obecná technická řešení a výběr systémů tvorby vnitřního prostředí, které v konečném důsledku ovlivňují výsledné mikroklima staveb. Ve stejné míře se na výsledné kvalitě vnitřního prostředí podílí jednotlivé konstrukce - respektive jednotlivé stavební materiály, které konstrukce staveb tvoří [3].

Vzhledem k tomu, že stavby nízkoenergetické a pasivní reprezentují především dřevostavby, tak je zřejmé, že z hlediska energetických úspor je důležité materiálové řešení a skladba obvodových plášťů budov s ohledem na dosažení maximálního tepelně izolačního standardu, ale především také na maximální neprůvzdušnost obvodových plášťů [3].

1.1 Vnitřní prostředí budov

Vnitřní prostředí je omezená část životního prostředí, jehož stav formují agencie představující energetické a hmotnostní toky mezi dvěma prostředími. Pro vhodný návrh je zásadní interní mikroklima budov - čili vnitřní prostředí budov [1].

Tvorba interního mikroklimatu představuje vytvoření požadovaného stavu vnitřního prostředí budov. Základním prostředkem tvorby interního mikroklimatu v naší zeměpisné poloze je stavební konstrukce, která poskytuje prvotní ochranu před vlivy počasí. Zásadním technickým prostředkem celoroční tvorby interního mikroklimatu je však klimatizace a v zimním období vytápění.

Nejvýznamnější složkou vnitřního prostředí budov je tepelně-vlhkostí mikroklima, které se na výsledném stavu prostředí podílí 30% (obr. 1). Jeho dílčími složkami jsou pak teplota (54%), vlhkost (23%) a rychlost proudění vzduchu (23%) [1].

1.1.1 Vliv vnitřního prostředí na lidské zdraví

V souvislosti s nevyhovujícím vnitřním prostředím budov se často zmiňují plísně a s nimi související alergické reakce a astma. Výskyt plísní je přímým důsledkem vnitřního klimatu vyznačujícího se dlouhodobě vysokou relativní vlhkostí vzduchu (dlouhodobé hodnoty > 60%). Neméně závažným, ale podstatně méně uváděným problémem je však také trvale nízká relativní vlhkost vzduchu (dlouhodobé hodnoty < 40%). Nízká relativní vlhkost vzduchu způsobuje vysychání sliznic především horních cest dýchacích, které jsou pokryty řasinkami, jejichž prvotní funkce je filtrace vdechovaného vzduchu a zabránění prostupu virů a bakterií do organismu (obr. 2).

Největší pokles výskytu mikroorganismů ve vzduchu je v rozmezí 35-55% relativní vlhkosti vzduchu. Z tohoto důvodu je optimální mikroklima charakterizováno relativní vlhkostí vzduchu v rozmezí 40-60%. Podstatným faktorem z hlediska interního mikroklimatu je také koncentrace CO₂ ve vnitřním prostředí budovy. Oxid uhličitý produkuje člověk dýcháním a řadí se mezi nejběžnější kontaminanty vnitřního prostředí. V interiérech je vždy zastoupen více než venku. Se zvyšováním koncentrace CO₂ stoupá i koncentrace vodní páry v ovzduší a tím i relativní vlhkost vzduchu. Jedinou ochranou je dostatečné větrání [2].

2 STANOVENÍ CELKOVÉ PRŮVZDUŠNOSTI OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ BUDOVY

Současná energetická politika (nejen v měřítku České Republiky a Evropské Unie, ale v celosvětovém měřítku) je zaměřená na maximální energetické úspory. V segmentu stavebnictví to znamená prosazení snahy o minimální energetickou náročnost budov. Tohoto stavu lze v současnosti dosáhnout řadou konstrukčních a systémových opatření vedoucích k velmi omezenému prostupu tepla obálkou budovy. Jedním z opatření je razantní snížení průvzdušnosti obálky budovy na hodnotu, definovanou výměnou vzduchu za tlakového rozdílu 50 Pa n50 [1/h] [5].

Doporučuje se splnění podmínky:

n₅₀ ≤ n_{50, N} [7]

Tento požadavek je veden poznáním, že ve standardních stavbách ztráta tepla větráním, zpravidla realizovaným nekontrolovanou průvzdušností obalovými konstrukcemi staveb, dosahuje až 40% celkové ztráty tepla.

Požadavky na průvzdušnost obalových konstrukcí jednotlivých staveb klasifikovaných podle energetické náročnosti ukazuje tabulka níže (vit tab. 1). Průvzdušnost obalových konstrukcí staveb se zjišťuje tzv. blower door testem.

klasifikace stavby	stávající stavby	současná novostavba	NED s nuceným větráním	NED s rekuperací tepla	PD s rekuperací tepla
měrná potřeba tepla na vytápění	> 300 kWh/(m2a)	< 140 kWh/(m2a)	< 50 kWh/(m2a)	< 50 kWh/(m2a)	< 15 kWh/(m2a)
požadovaná průvzdušnost	> 7 h-1	< 4,5 h-1	< 1,5 h-1	< 1,0 h-1	< 0,6 h-1

Tab. 1 Požadavek na průvzdušnost v závislosti na měrné potřebě tepla na vytápění objektu n_{50, N} [5]

3 PORUCHY OBVODOVÝCH PLÁŠŤŮ

V rámci nízkoenergetické a pasivní výstavby je podstatné sledovat nejen vysoký tepelně izolační standard obvodových plášťů budov, ale současně je třeba dosahovat maximální neprůvzdušnost přes obvodové pláště. Průvzdušnost obvodových plášťů způsobuje nárůst tepelných ztrát budov oproti výpočtovým předpokladům ve stadiu zpracování projektu a tvoří 15 - 50% celkových tepelných ztrát budov, je tedy podstatným měřítkem z hlediska energetické bilance budov.

Neprůvzdušnost obvodových plášťů dřevostaveb je nejčastěji zajištěna parotěsnou fólií. Funkčnost parotěsné fólie je zaručena pouze tehdy, je-li zcela neporušená. Porušení parotěsné fólie v rozsahu 2% snižuje její funkčnost téměř na nulu. Porucha parotěsné (resp. vzduchotěsné) vrstvy s sebou přináší (viz obr. 3):

• degradaci tepelně izolačních materiálů
• snížení tepelně izolačních vlastností izolací
• nárůst tepelných ztrát
• vznik plísní v tepelně izolační vrstvě
• průvzdušnost obvodových plášťů - riziko vzniku kondenzátu
• nekontrolovaný únik tepelného a vlhkostního toku přes obvodové pláště budov
• dlouhodobě nízké relativní vlhkosti vzduchu v interiéru přes otopnou sezónu
• není dosaženo optimálního mikroklimatu z hlediska lidského zdraví
• není zaručena stabilita a životnost konstrukčních prvků, které nemohou být dlouhodobě vystaveny zvýšené relativní vlhkosti vzduchu

4 PŘÍPADOVÁ STUDIE

Pro případovou studii byl zvolen rodinný dům s dřevěnou rámovou konstrukcí. Jedná se o dřevostavbu s typickými sendvičovými konstrukcemi. Obvodové stěny jsou tvořeny nosným dřevěným rámem tloušťky 120 mm, oboustranně opláštěné Fermacellem, vnitřní výplň tvoří izolace z minerálních vláken a parotěsná fólie pod Fermacellem na straně interiéru. Z exteriéru je kontaktní zateplovaní systém z fasádního polystyrenu tl. 100 mm.

Referenční objekt je vystavěn na principu nízkoenergetického domu. Maximálně jsou využity solární zisky přes jižní fasádu a severní strana má naopak minimum otvorů. Z hlediska systémů tvorby vnitřního prostředí je v domě instalována jednotka nuceného větrání a vytápění.

Tepelně technické parametry domu jsou: U _{obvodová stěna} = 0,18 Wm^-2K^-1, U _střecha = 0,20 Wm^-2K^-1, U _{podlaha přízemí} = 0,29 Wm^-2K^-1, k _okno = 1,1 Wm^-2K^-1, tepelná ztráta objektu je 7,0 kW, fázový posun teplotního kmitu obvodové stěny je 3 hodiny.

Graf 1 Průběhy teplot a relativních vlhkostí vzduchu v interiéru a exteriéru - březen 2007 [6]

Graf 2 Průběhy koncentrací CO₂ v interiéru - březen 2007 [6]

Realizovaná měření ukázala, že v průběhu měřeného období bylo v interiéru průměrně dosaženo 28% relativní vlhkosti vzduchu. Tento jev je z hlediska optimálního mikroklimatu v domě nežádoucí, neboť relativní vlhkost vzduchu by se měla v objektech pro bydlení pohybovat v rozmezí 30-60%. Dlouhodobé hodnoty nad nebo pod tímto vlhkostním intervalem nejsou prospěšné pro lidské zdraví. Biologický dopad na lidský organismus je popsaný v kapitole 1.1.1.

Z naměřených výsledků a z posouzení konstrukce stavby se dá usuzovat, že důvodem nízké relativní vlhkosti vzduchu v referenčním objektu je průvzdušná obálka stavby, tzn. že velké (nežádoucí) množství tepelného a vlhkostního toku uniká přes obvodové pláště budovy.

Výsledné mikroklima referenční stavby není z dlouhodobého hlediska optimální. Řešením nepříznivého stavu vnitřního prostředí je minimalizace průvzdušnosti obvodových plášťů budovy. Jedním s efektivních řešení je použití neprůvzdušné tepelné izolace, která vyplní prostor bez netěsností a přilne k podkladnímu materiálu a nosným prvkům stěny dřevostavby.

5 TEPELNĚ IZOLAČNÍ PĚNA APLIKOVANÁ NÁSTŘIKEM

Řešení požadavku na vysoké kvalitní izolační vlastnosti obvodových plášťů nízkoenergetických a pasivních domů a zároveň na splnění požadavku neprůvzdušných skladeb obalových konstrukcí budov přináší tepelně izolační pěna. Jedná se o tepelně izolační materiál aplikovaný nástřikem a je určen pro zabudování do konstrukcí (obvodových stěn, stropů, krovů apod.). Tepelně izolační pěna Icynene je především charakterizována vlastnostmi:

• nenasákavá tepelná izolace
• vytváří neprůvzdušnou vrstvu (vzduchotěsná bariéra)
• neumožňuje vznik kondenzátu
• nepodporuje vznik plísní
• prostor skladby konstrukce vyplňuje beze zbytku, bez netěsností
• vykazuje skvělou přilnavost ke všem běžným stavebním materiálům
• zachovává objemovou stálost, nesmršťuje se, neslehne a přitom je schopná přenášet pohyby a dotvarování stavby a jednotlivých konstrukčních prvků

Tepelně izolační pěna Icynene je určena k aplikaci do rámových konstrukcí, a to jak dřevěných, tak ocelových. Je vhodným řešením pro novostavby i rekonstrukce stávajících objektů.

6 ZÁVĚR

Izolační pěna aplikovaná nástřikem navržená v jednotlivých skladbách obvodových plášťů budov zajišťuje vzduchotěsnou obálku, což je přínosem z hlediska energetické bilance budov, kdy tepelné ztráty exfiltrací přes obalové konstrukce se na celkových tepelných ztrátách budov podílí v rozsahu 15% - 50%. Požadavek na neprůvzdušné pláště budov je primárně sledován u nízkoenergetické a pasivní výstavby, kde z hlediska minimalizace tepelných ztrát a správného fungování jednotek nuceného větrání je neprůvzdušnost obvodových plášťů zásadní.

Literatura

[1] JOKL, Miloslav , Prof., Ing., DrSc., Teorie vnitřního prostředí budov, vydání dotisk -Vydavatelství ČVUT, Praha, 1993, 261 stran, 177 obrázků, ISBN 80-01-00481-3
[2] KOLEKTIV autorů, Vnitřní prostředí budov, první vydání, EXPO DATA spol. s.r.o., Brno, 2001, 126 stran, ISBN 80-7293-023-0
[3] PÁTKOVÁ, Zuzana, Ing., Mikroklima nízkoenergetických domů a systémy TZB, pojednání k disertační práci, VUT v Brně, 2004
[4] LIKO-S, a.s. - podklady firmy
[5] PALEČEK, Stanislav, Mgr., Blower door test průvzdušnosti budov - detekční metody, TZB-info
[6] PÁTKOVÁ, Zuzana, Ing., Nucené větrání a vytápění domů na bázi lehké prefabrikace dřeva a jeho vliv na mikroklima, článek ve sborníku konference Juniorstav 2008, strana 93, VUT v Brně, 478 stran, ISBN 978-80-86433-45-5
[7] VAVERKA, Jiří, prof. Ing. DrSc., Stavební tepelná technika a energetika budov, vydání první - Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, Brno, 648 stran, ISBN 80-214-2910-0