Navrhování zděných konstrukcí z cihel HELUZ Family 50 2in1
Nové cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou určeny pro konstrukce obvodových stěn staveb. Součinitel prostupu tepla vnější stěny z těchto cihel při praktické vlhkosti zdiva je U = 0,11 W/m2.K. Obvodové stěny z těchto cihel splňují nejpřísnější požadavky podle nového návrhu ČSN 73 0540-2, kdy se pro vnější stěny pasivních domů doporučuje hodnota U intervalem 0,18 - 0,12 W/m2.K.
Přední český výrobce pálených cihel HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. uvedl v letošním roce na stavební trh převratnou novinku pod názvem HELUZ Family 50 2in1. Pod tímto označením se skrývá cihla, která má dutiny vyplněné pevně fixovaným izolačním materiálem. Tato cihla koncepčně vychází z již velice úspěšné cihly HELUZ Family, která vyniká nejen svými tepelněizolačními vlastnostmi. Velkou předností je zachování způsobu provádění zdiva z těchto cihel, kdy jsou stěny budovány klasickým způsobem zdění. Nezvyšuje se tedy pracnost a složitost provádění zdiva.
Účel použití
Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou určeny pro konstrukce obvodových stěn staveb s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění. Součinitel prostupu tepla vnější stěny (U) z těchto cihel je při praktické vlhkosti zdiva U = 0,11 W/m2.K. Tento výrobek splňuje nejpřísnější požadavky na obvodové stěny podle nového návrhu ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky, kdy se jako doporučené hodnoty U pro vnější stěny pasivních domů uvádí hodnoty intervalem 0,18 – 0,12 W/m2.K. Výrobek tedy v předstihu reaguje na požadavky tepelnětechnické normy a také na směrnici o energetické náročnosti budov, kdy by se od roku 2020 měly stavět pouze budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Připomeňme, že právě největší část energie v rodinných domech se spotřebuje na vytápění. Současně se snaží tento výrobek uspokojit stále náročnější požadavky trhu, kdy stavebníci chtějí co nejlepší vlastnosti stavebních materiálů, které přispějí ke snížení nákladů na provoz domu a zároveň také trvanlivost materiálů při prakticky stejných nákladech na výstavbu jako u tradičních materiálů.
Cihla HELUZ Family 50 2in1 s integrovanou izolací
Materiálová podstata
Jak bylo v úvodu řečeno, HELUZ Family 50 2in1 jsou dalším vývojovým stupněm zaběhnuté řady cihelných bloků HELUZ Family. Sálavá složka tepelného toku hraje v případě tvarovek s velkým počtem dutin významnou roli. Výrazného navýšení tepelněizolačních vlastností z hodnoty U = 0,16 W/m2 na hodnotu U = 0,11 W/m2.K se dosáhlo pomocí vyplnění dutin expandovaným polystyren - izolantem. Na první pohled velmi jednoduchá myšlenka, ale cesta k dosažení kýženého výsledku nebyla tak jednoduchá. Největším problémem, který bylo třeba vyřešit, byl vývoj technologie fixování polystyrenu do dutin v cihle. To se podařilo pracovníkům společnosti HELUZ zvládnout a na tuto technologii je nyní podána patentová přihláška.
Ukazuje se, že lepších tepelněizolačních vlastností cihel s integrovanou izolací se dosahuje při použití tvarovek s „hustým“ děrováním. Je několik důvodů proč tomu tak je. Pokud chceme zachovat statické vlastnosti tvarovek (např. pevnost 8 MPa), potažmo zdiva, musíme v případě cihel s malým počtem dutin volit hutný střep, který má horší součinitel tepelné vodivosti, zároveň je „cesta“ vedení tepla cihelným střepem u těchto tvarovek velmi krátká a přímá. To má za následek dosažení nižší hodnoty tepelného odporu oproti cihlám vyznačujících se velkým počtem malých dutin.
K samotným použitým materiálům:
Cihelný střep – optimalizovaný lehčený cihelný střep pro dosažení velmi dobrého poměru mezi tepelnou vodivostí a pevností. Cihelný střep se vyznačuje vhodnou paropropustností (a regulováním vlhkosti). V případě navlhčení cihelného střepu vodou v kapalném skupenství je tato voda velice dobře odváděna do míst s nižší koncentrací a následně dochází k jejímu odparu. Cihelný střep má oproti jiným materiálům velice dobrý průběh sorpční a desorpční izotermy. Tyto křivky znázorňují závislost hmotnostní vlhkosti materiálu na relativní vlhkosti vzduchu za ustálených podmínek. U cihel na rozdíl u jiných materiálů se obě křivky překrývají, což znamená, že se tepelné vlastnosti v podstatě neliší po cyklu navlhnutí a vyschnutí cihelného střepu vodou. U jiných materiálů tomu tak běžně není.
Sorpční a desorpční izotermy (Stavebná tepelná technika, akustika a osvetlenie, Prof. Ing. Martin Halahyja, DrSc. a kol., 1985)
Izolant – pevně fixovaný expandovaný granulovaný polystyren, který se vyznačuje vysokou parapropustností. Izolant je chráněn cihelným střepem před mechanickým a chemickým poškozením, vnější povětrností a škodlivým UV zářením.
Pro ověření zachování paropropustnosti cihelné tvarovky bylo provedeno měření difúze vodní páry ve zkušebně CSI Praha. Jako výsledek byl uveden ekvivalentní faktor difúzního odporu pro tvarovku nevyplněnou µ = 9,30 a pro tvarovku s intergrovaným polystyrenem µ = 9,71. Výsledky potvrzují, že nedošlo ke zhoršení paropropustnosti vlivem přidání izolantu, jinak řečeno, podařilo se optimalizovat vlastnosti izolačního materiálu.
Tepelnětechnické parametry
Právě cihly HELUZ Family 50 2in1 odpovídají na stále aktuálnější otázku, jaký materiál volit pro stavbu stěn energeticky nenáročných domů. Zdivo z cihel HELUZ Family 50 2in1 dosahuje výjimečných tepelněizolačních vlastností a hodí se tak pro stavbu obvodových stěn nulových, pasivních a nízkoenergetických domů. Úniky tepla stěnami obvodového pláště domu tvoří 20 – 30 % z celkové tepelné ztráty, proto je pro dosažení co nejúspornějšího domu nutné volit vhodně i ostatní konstrukce. Další významnou otázkou je správná volba technického vybavení.
Šíření tepla konstrukcí
Základním požadavkem podle ČSN 73 0540-2 je požadavek na teplotní faktor (povrchovou teplotu konstrukce). Pro běžné bytové stavby je tento požadavek v ploše stěny z cihel HELUZ Family 50 2in1 splněn vždy. V místech detailů konstrukcí (kouty, rohy, soklu, …) je nutné tuto hodnotu vypočítat pro každý posuzovaný detail. Avšak ani s těmito detaily není problém. Je tedy možné použít tyto cihly i pro první vrstvu zdiva na základové desce bez dodatečného zateplení extrudovaným polystyrenem.
Teplotní faktor pro stěnu v její ploše je fRsi,m = 0,972, požadavek fRsi,N = 0,804
| Jednoduché řešení soklu s využitím zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1 | Zateplení soklu extrudovaným polystyrénem tl. 60 mm |
 |
 |
 |
 |
| Ψ = 0,00 W/m.K | Ψ = 0,00 W/m.K |
| fRsi = 0,901 (požadavek fRsi,N = 0,803) | fRsi = 0,908 (požadavek fRsi,N = 0,803) |
Další požadavkem je splnění požadované hodnoty součinitele prostupu tepla UN,20. V současné době je požadavek pro těžké vnější stěny Un,20 = 0,38 W/(m2.K). Doporučená hodnota U pro vnější stěny je U = 0,25 W/(m2.K). Neomítnutá stěna z cihel HELUZ Family 50 2in1 při 1% hmotnostní vlhkosti (typická pro zdivo z pálených cihel) má U = 0,11 W/(m2.K). Tato hodnota je uváděna na základě měření fragmentu zdiva ve zkušebně CSI Praha. Je vidět, že tato hodnota několikanásobně převyšuje požadavky normy.
Šíření vlhkosti konstrukcí
Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou výhradně určeny pro jednovrstvé zdivo. Z praktického pohledu není vhodné plošně zateplovat zdivo z těchto cihel kontaktním zateplovacím systémem, neboť by se již adekvátně nesnížil součinitel prostupu tepla konstrukce a zdivo by bylo zbytečně tlusté.
Podle ČSN 73 0540-2 musí být splněny dvě podmínky na šíření vlhkosti konstrukcí, ve které kondenzace neohrozí její požadovanou funkci:
- roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce Mc v kg/(m2.a) < 0,10 kg/(m2.a) nebo 3% plošné hmotnosti materiálu (řídíme se přísnějším kritériem)
- roční množství vypařitelné vodní páry musí být vyšší než množství zkondenzované vodní páry
Pro jednovrstvou konstrukci z cihel HELUZ Family 50 2in1 je bilance vlhkosti následovná:
Uvažovaná skladba jednovrstvé konstrukce:
| Název | Tloušťka (mm) | (W/m.K) | c (J/(kg.K)) | OH (kg/m3) | µ(-) |
| Interiér (Tai: 21 °C, rel. vlhkost Fii 50%) | |||||
| Omítka vápenná | 15 | 0,87 | 840 | 1600 | 6 |
| Heluz Family 50 2in1 | 500 | 0,058 | 1000 | 640 | 9,7 |
| Lehčená jádrová omítka | 20 | 0,5 | 790 | 1200 | 20 |
| Silikátová šlechtěná omítka | 3 | 0,86 | 920 | 1800 | 40 |
| Exteriér (Te: -17°C, rel. vlhkost Fie 84%), oblast České Budějovice | |||||
- Množství zkondenzované vodní páry Mc,a =0,087 kg/(m2.a)
- Množství vypařitelné vodní páry Mev,a = 2,698 kg/(m2.a)
Je vidět, že pro návrhové podmínky působení je množství zkondenzované vody malé. Zároveň množství vypařitelné vodní páry je vysoké – typické pro jednovrstvé zdivo.
Při bilančním hodnocení zkondenzované a vypařené vlhkosti dle podmínek ČSN ISO 13788 nedochází během modelového roku v konstrukci ke kondenzaci vodní páry.
 |
 |
| Průběh tlaků vodní páry jednovrstvého zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1 s vyznačenou zónou kondenzace pro návrhové podmínky působení (Svoboda Software Teplo 2010). | Rozložení tlaků vodní páry podle ČSN EN ISO 13788, 2. měsíc v roce. V konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry. |
Tepelná stabilita
Cihly HELUZ Family 50 2in1 mají mimořádné vlastnosti v kombinaci poměrně vysoké objemové hmotnosti 640 kg/m3 a extrémně nízkého součinitele vedení tepla ekv = 0,058 W/(m.K). Díky tomu konstrukce v zimě velice dobře izoluje dům od studeného venkovního vzduchu a v případě přerušení dodávky tepla konstrukce pomalu vychládá a stejně tak při obnovení dodávky tepla není potřeba nahřívat zbytečně velkou masu materiálu (např. betonu). Naopak v letním období stěny z cihel Heluz Family 2in1 nepustí teplo do interiéru a výrazně tak pomáhají udržet příjemné klima v místnostech.
Teplotní útlum stěny z cihel HELUZ Family 50 2in1 je Ny = 71626,4 a fázový posun ideálních 13,2 hod.
Statika zdiva z cihel HELUZ Family 2in1
Pevnost zdiva, potažmo statická únosnost všech konstrukcí vždy hraje hlavní roli. Zdivo z cihel HELUZ Family 50 2in1 vyniká velice dobrou pevností mezi zdicími prvky v obecné rovině.
Vysoce tepelněizolační cihly HELUZ Family 50 2in1 se vyrábí v pevnosti 8 MPa. Jedná se o broušené cihelné tvarovky, tedy takové, kdy jsou obě ložné plochy zabroušené tak, že výška cihly je 249 mm. Podle normy ČSN EN 771-1 Specifikace zdicích prvků-Část 1: Pálené zdicí prvky se řadí do I. kategorie a podle Eurokódu 6 (ČSN EN 1996-1-1) se tyto cihelné bloky řadí do 3. skupiny.
Pro zdění se používají malty pro tenké spáry a to buď HELUZ celoplošné lepidlo (značené též SB C) nebo speciální polyuretanová pěna určená pro zdění pod označením HELUZ Pěna. Nepoužívá se malta HELUZ lepidlo, neboť by docházelo k neúměrné spotřebě tohoto materiálu se zanedbatelným výsledkem, případně by se zhoršily i tepelněizolační vlastnosti zdiva, neboť HELUZ lepidlo má větší tepelnou vodivost než zbylé dva druhy malt.
Charakteristická pevnost zdiva při použití malty:
- pro celoplošnou tenkou spáru HELUZ SB C je fk = 3,7 MPa.
- bezcementové malty HELUZ Pěna je fk = 2,0 MPa.
Pro návrhovou pevnost zdiva dle výše zmíněných charakteristických vlastností se používá dílčí součinitel materiálu γm= 2. Poté je návrhová pevnost pro:
- celoplošnou maltu pro tenké spáry HELUZ SB C fd = 3,7 / 2 = 1,85 MPa
- bezcementovou maltu HELUZ Pěna je fd = 2,0 / 2 = 1 MPa
 |
 |
| Nanášení celoplošného lepidla (tenkovrstvé malty) nanášecím válcem |
Nanášení polyuretanové pěny |
 |
 |
| Řezání cihel na stolní okružní pile | Uříznutá část cihly – polystyrén stále drží v dutinách |
Vyvrtaný otvor pro elektroinstalační krabici pod omítku
 |
| Vazba rohu zdiva s použitím doplňkové cihly |
Pro dosažení deklarovaných pevností zdiva výrobcem je nutné dodržovat předepsané zásady zdění a to zejména: založení cihel na znivelovanou zakládací maltu, dodržení převazby zdiva o 0,4hbloku , tedy 100 mm. Doporučuje se provádět převazbu rohů pomocí doplňkových cihel. Při nanášení celoplošné malty pro tenkou spáru používat nanášecí válec a zdít maximálně do +5 °C. Úprava tvaru cihel se provádí řezáním ruční nebo stolní okružnou pilou. Cihly je nutné v průběhu stavby chránit proti srážkové vodě.
Reakce na oheň
Vedle statické únosnosti je potřeba myslet i na požární odolnost konstrukcí. Společnost HELUZ tuto otázku nepodceňuje a své výrobky nechává ověřovat u akreditovaných zkušebních laboratoří.
Podle ČSN EN 13501-1+A1 Požární klasifikace výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň (PAVÚS) je cihla HELUZ Family 50 2in1 považována za nestejnorodý výrobek a klasifikována jako:
• třída reakce na oheň B-s1, d0,
Vysvětlivky k označení:
Třída reakce na oheň B: zkušební metoda podle EN 13823: FIGRA ≤ 120W/S a LFS < hrana zkušebního tělesa a THR600s ≤ 15MJ, zkušební metoda podle EN ISO 11925-2: vystavení 30 s: Fs ≤ 150 mm do 60 s
Doplňující kritéria:
s1 = přísnější kritéria než pro klasifikaci s2 = celkový vývin kouře a poměrné zvýšení množství kouře jsou omezeny.
d0 = žádné plamenně hořící kapky/částice
I přesto, že je cihla vyplněná expandovaným polystyrénem, tak je velice odolná ohni. Polystyrén je sám o sobě na oheň velice náchylný, což potvrzuje jeho klasifikace do třídy E. Avšak u cihel HELUZ Family 50 2in1 je co do hmotnosti polystyrénu velmi malé množství a tak je jeho příspěvek k vývinu požáru či kouře prakticky zanedbatelný a navíc je polystyrén „uzavřen v keramickém obalu“.
Osvědčení o zdravotní nezávadnosti
Trvanlivost
Cihly HELUZ Family 50 2in1 jsou určeny pro chráněné zdivo. Tedy takové zdivo, které je chráněno před povětrností a agresivními vlivy např. omítkami či obklady. Je všeobecně známo, že cihly během své životnosti nemění své parametry. Stejně tomu tak je i u zdiva z cihel HELUZ Family 50 2in1. Diskutovaný izolační materiál je chráněn v keramickém „obalu“ a není tedy důvod k jeho degradaci. Pro správnou funkci zdiva je nutné volit vhodné omítky. Na vnější stranu zdiva se doporučuje používat lehčené nebo tepelněizolační omítky a jako pohledovou vrstvou volit šlechtěné omítky na silikátové či silikonové bázi. Na straně interiéru se doporučuje používat vápenné či vápenocementové omítky.
Ochrana zdraví a ekologie
Bylo myšleno i na zdraví lidí a ekologii. Státní zdravotní ústav potvrdil vhodnost použití HELUZ Family 50 2in1 pro obytné budovy. Cihla je už sama o sobě přírodním materiálem ověřeným tisíciletou tradicí používání pro stavby.
Recyklace cihel jako takových je velmi snadná a nezatěžuje životní prostředí. Podobně snadno se recykluje i expandovaný polystyren. Případná recyklace cihel HELUZ Family 50 2in1 nebude výrazně složitější. Dnes se používá cihelný střep např. na výspravu zemědělských komunikací, kamenivo do cihlobetonu nebo jako kamenivo do konstrukcí vegetačních střech. Podobné uplatnění najde i recyklát z plněných cihel nebo se časem úspěšně vyvinou nové možnosti recyklace. Výhodné vlastnosti materiálů – cihly a polystyrenu dávají novince HELUZ Family 50 2in1 předpoklady stát se kusovým stavivem pro výstavbu moderních domů 21. století.
Vývoj produktu HELUZ FAMILY 50 2in1 byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.
Společnost HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. patří mezi tři největší výrobce zdících systémů na našem trhu, jako jediná je ryze česká. Zákazníkům nabízí kompletní cihelný systém pro hrubou stavbu.