Roubená stěna z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm
Při posuzování tepelných hodnot dřevěných srubových a roubených stěn výpočtovou metodou použitím postupu podle ČSN 730640 část 3 a 4 dochází ke značnému rozdílu od hodnot ověřených zkušební metodou. Výpočtové metody vykazují nepříznivé hodnoty tepelného odporu roubených a srubových stěn vůči hodnotám podle zkušebních metod. V tomto příspěvku je uvedeno odborné vysvětlení a zdůvodnění příznivých výsledků zjištěných zkušební metodou. Toto vysvětlení dává důvěru k těmto příznivým výsledkům. Součástí tohoto příspěvku jsou uvedeny naměřené výsledky tepelné vodivosti vybraných dřevěných desek z okenních profilů, z profilů srubových a roubených stěn a jiných profilů a desek vyhotovených přímo z profilů zkoušené roubené stěny.
Úvod
Při posuzování tepelných hodnot dřevěných srubových a roubených stěn výpočtovou metodou použitím postupu podle ČSN 730640 část 3 a 4 dochází ke značnému rozdílu od hodnot ověřených zkušební metodou. Výpočtové metody vykazují nepříznivé hodnoty tepelného odporu roubených a srubových stěn vůči hodnotám podle zkušebních metod. Naměřené výsledky roubených stěn ze dřeva smrk s tloušťkou 300 mm a vyšší a srubových „kulatin“ stěn ze dřeva smrk s tloušťkou 350 mm a vyšší vykazovali hodnoty vyhovující požadavku ČSN 730640 část 2 na maximální požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla – viz tabulka 1, kdežto hodnocení stejných stěn výpočtem nesplňuje tento požadavek jmenované normy. V tomto příspěvku je uvedeno odborné vysvětlení a zdůvodnění příznivých výsledků zjištěných zkušební metodou. Toto vysvětlení dává důvěru k těmto příznivým výsledkům. Součástí tohoto příspěvku jsou uvedeny naměřené výsledky tepelné vodivosti vybraných dřevěných desek z okenních profilů, z profilů srubových a roubených stěn a jiných profilů a desek vyhotovených přímo z profilů zkoušené roubené stěny. Právě naměřené výsledky tepelné vodivosti skutečných profilů zkoušené roubené stěny dávaly průkaz k správnosti zjištěného výsledku celkového tepelného odporu zkoušené stěny měřením. Je zde nutné konstatovat, že zkouška tepelného odporu a z ní vyplývajícího součinitele prostupu tepla roubené stěny byla provedena podle ČSN EN ISO 8990 metodou chráněné teplé skříně.
Pro účel porovnání zjištěných výsledků měření jsou uvedeny v tabulce 1 požadované hodnoty, doporučené hodnoty a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla pro pasivní budovy vnějších stěn podle národní normy 730540-2:2012 ZMĚNA Z1.
Druh konstrukce | Součinitel prostupu tepla [W/(m2.K)] | ||
---|---|---|---|
Požadovaná hodnota UN,20 | Doporučená hodnota Urec,20 | Doporučená hodnota pro pasivní budovy Upas,20 | |
Vnější stěna | 0,30 | Těžká: 0,25 | 0,18 až 0,12 |
Lehká: 0,20 | |||
Střecha strmá se sklonem nad 45° | 0,30 | 0,20 | 0,18 až 0,12 |
Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace) | 0,30 | Těžká: 0,25 | 0,18 až 0,12 |
Lehká: 0,20 |
Zjištěné tepelné vodivosti různých dřevěných desek metodou chráněné topné desky
Byla provedena řada zkoušek tepelného odporu a tepelné vodivosti na různých dřevěných deskách podle ISO 8302, ČSN EN 12664 a ČSN EN 12667 metodou chráněné topné (teplé) desky pomocí jednodeskového nebo jednovzorkového přístroje. Tabulka 2 uvádí výsledky zkoušek vybraných druhů různých rozměrů a tloušťek dřevěných desek, včetně zjištěných historických výsledků na konci tabulky – viz poznámka 1) a 2) pod tabulkou.
Uvedené hodnoty jsou informativní a slouží pro odbornou veřejnost a nesouvisí přímo s uvedeným příspěvkem.
Druh dřeva (stěny) / Rozměr v mm | Tloušťka/ Hmotnostní vlhkost d / um mm / % | Objemová hmotnost v suchém stavu ρd kg.m−3 | Tepelný tok měřicí plochy P W | Střední teplota tm ˚C | Rozdíl povrchových teplot Δt K | Tepelný odpor R m2.K/W | Tepelná vodivost λtm W/(m.K) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Smrk, kulatina (srub) / 300 × 300 | 27,5 / 13,1 | 398 | 1,5700 | 10,33 | 12,534 | 0,2615 | 0,1052 |
Bor, roubená (rám) / 300 × 300 | 30,0 / 13,5 | 558 | 1,8162 | 10,04 | 11,933 | 0,2152 | 0,1396 |
Smrk, roubená (rám) / 300 × 300 | 29,3 / 21,5 | 513 | 1,6639 | 10,70 | 13,041 | 0,2567 | 0,1141 |
Smrk, roubená (trám) | 29,6 / 17,1 | 423 | 1,6621 | 11,84 | 15,180 | 0,2992 | 0,0989 |
Smrk, kulatina (srub) / 500 × 500 | 41,7 / 14,2 | 368 | 2,5946 | 10,20 | 12,1154 | 0,4208 | 0,0992 |
Smrk, kulatina (srub) / 500 × 500 | 41,0 / 15,0 | 391 | 2,5883 | 10,23 | 11,930 | 0,4154 | 0,0988 |
Smrk, kulatina (srub) / 500 × 500 | 41,4 / 13,5 | 411 | 2,5441 | 9,53 | 11,119 | 0,3936 | 0,1052 |
Smrk, kulatina (srub) / 500 × 500 | 41,0 / 15,0 | 379 | 2,6297 | 10,22 | 12,200 | 0,4179 | 0,0981 |
Smrk, hranoly IV 68 / 500 × 500 | 50,2 / 10,8 | 393 | 2,0243 | 10,93 | 12,226 | 0,5443 | 0,0922 |
Smrk, hranoly IV 68 / 500 × 500 | 50,0 / 10,3 | 388 | 1,9560 | 10,79 | 11,827 | 0,5450 | 0,0918 |
Smrk, hranoly IV 68 / 500 × 500 | 62,0 / 12,7 | 433 | 1,6758 | 12,65 | 10,848 | 0,5834 | 0,1063 |
Smrk, hranoly IV 68 / 500 × 500 | 60,1 / 10,8 | 386 | 1,6363 | 10,12 | 11,076 | 0,6101 | 0,0985 |
Meranti (Gabon), hranoly IV 68 / 500 × 500 | 50,3 / 8,6 | 452 | 1,8956 | 9,22 | 9,817 | 0,4668 | 0,1078 |
Meranti (Gabon) / deska 300 × 300 | 30,0 / 8,0 | 593 | 1,6902 | 9,99 | 10,126 | 0,1963 | 0,1529 |
Meranti (Gabon) / deska 500 × 500 | 40,0 / 5,3 | 376 | 2,3385 | 11,01 | 11,214 | 0,4322 | 0,0927 |
1) Smrk (tok tepla ve směru vláken) | – / 6,0 – / 8,0 – / 10,0 – / 20,0 – / 30,0 – / 40,0 | 428 | – | – | – | – | 0,317 0,320 0,323 0,338 0,353 0,370 |
1) Smrk (tok tepla kolmo nebo po směru letokruhu, kolmý na vlákna) | – / 6,0 – / 8,0 – / 10,0 – / 20,0 – / 30,0 – / 40,0 | 547 | – | – | – | – | 0,158 0,162 0,168 0,194 0,220 0,245 |
1) Smrk (tok tepla kolmo na vlákna) | – / 6,0 – / 8,0 – / 10,0 – / 20,0 – / 30,0 – / 40,0 | 773 | – | – | – | – | 0,080 0,084 0,087 0,106 0,123 0,141 |
1) Bor (tok tepla kolmo nebo po směru letokruhu, kolmý na vlákna) | – / 0,0 – / 2,0 – / 4,0 – / 6,0 – / 8,0 | 459 | – | – | – | – | 0,103 0,106 0,109 0,113 0,115 |
2) Smrk (převzato z literatury) | – / 0,0 – / 5,0 – / 10,0 – / 15,0 – / 20,0 – / 25,0 – / 30,0 | – | – | – | – | – | 0,080 0,087 0,094 0,101 0,108 0,115 0,122 |
2) Dub (převzato z literatury) | – / 0,0 – / 5,0 – / 10,0 – / 15,0 – / 20,0 – / 25,0 – / 30,0 | – | – | – | – | – | 0,123 0,133 0,144 0,154 0,165 0,175 0,186 |
2) Buk (převzato z literatury) | – / 0,0 – / 5,0 – / 10,0 – / 15,0 – / 20,0 – / 25,0 – / 30,0 | – | – | – | – | – | 0,140 0,150 0,159 0,169 0,180 0,189 0,200 |
1) Hodnoty jsou převzaty z katalogového listu č. 11/80 z výzkumné zprávy bývalého pracoviště VÚPS Gottwaldov a jsou změřené v roce 1973-1974 – viz literatura č. 6.
2) Hodnoty jsou převzaty z katalogového listu č. 10/80 z výzkumné zprávy bývalého pracoviště VÚPS Gottwaldov a jsou změřené v roce 1970 (převzaté z literatury) – viz literatura č. 6.
Výsledky zkoušky roubené stěny z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm provedené podle ČSN 8990
Zadání
V rámci objednávky zadavatele zkoušky provedla zkušební laboratoř č. 1007.1 CSI, a.s., pracoviště Zlín, zkoušku tepelného odporu a součinitele prostupu tepla zkušebního vzorku roubené stěny z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm podle ČSN EN ISO 8990. Součástí objednávky bylo provedení zkoušky tepelného odporu a tepelné vodivosti podle ISO 8302 desek vyhotovených z materiálu vrstev zkoušené stěny.
Popis předmětu zkoušek
Cílem zkoušky je stanovení součinitele prostupu tepla U. Z tepelného odporu R zjištěného měřením podle ČSN EN ISO 8990 „Tepelná izolace – Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu – Kalibrovaná a chráněná teplá skříň“ metodou chráněné teplé skříně za ustáleného tepelného toku, se stanoví výsledná normová hodnota součinitele prostupu tepla U výpočtem podle vztahu:
kde: hodnota 0,17 m2.K/W je součet odporů při přestupu tepla podle ČSN 73 0540-4.
Schéma zkušebního zařízení je na obrázku 1.
Popis zkoušené stěny
Jedná se o ručně vyráběnou roubenou stěnu z masivních smrkových trámů. Mezi trámy je 30 mm spára zaizolována tepelnou izolací z dřevovláknitých desek STEICO FLEX. Jako parotěsná izolace se do spár vkládala miralonové lano o tloušťce 30 mm. Spára je ze strany interiéru i ze strany exteriéru pohledově začištěna dřevěnou masivní latí.
- Základ roubené stěny tvoří masivní trámy o průřezu (250 × 300) mm kladeny na sebe tak, že mezi nimi vznikne spára 30 mm. Spára je vymezena na rozměr 30 mm dřevěnými špalíky. Jednotlivé vrstvy roubení jsou mezi sebou spojeny dřevěnými kolíky cca po 1000 mm.
- Z interiérové i exteriérové strany jsou spáry pohledově utěsněny dřevěnou masivní lištou ze smrkového dřeva. Lišta má tvar trojúhelníku.
- Do spáry se vkládala dřevovláknitá deska STEICO FLEX. Jedná se přírodní izolační materiál, který má tepelně izolační vlastnosti srovnatelné s polystyrénem. Díky své elastice vyplňuje spáru pružně a nedochází zde vlivem působení tvarového stárnutí dřevěné konstrukce k poruchám izolace a tedy k nežádoucím tepelným mostům.
- Protože má dřevovláknitá izolace jiný difuzní odpor než roubení z masivního dřeva, je třeba spáru utěsnit parotěsnou izolací. Zde je použito miralonové lano vložené do spár /tepelná vodivost λ = 0,038 W/(m.K)/.
- Pro povrchovou úpravu trámů se používal tenkovrstvý lazurový nátěr. První nátěr je proveden bezbarvým napouštědlem, které obsahuje aktivní složky pro ochranu před dřevokaznými houbami a před dřevokazným hmyzem. Pak jsou aplikovány dvě vrstvy barevné vrstvy tenkovrstvé lazury s UV ochranným filtrem.
Celkový rozměr zkušební stěny: 1 200 mm × 1 500 mm
Součástí této zkoušky bylo laboratorní ověření pomocí deskového přístroje tepelných hodnot vrstev zkoušené stěny, a proto po ukončení zkoušky byly vyhotoveny tři desky z hlavních vrstev stěny a dále jedna deska ze dřevovláknité izolace podle následujícího popisu:
- Deska, která reprezentuje vnitřní vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-INT-13 o rozměru (501 × 500 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.
- Deska, která reprezentuje střední vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-STR-13 o rozměru (500 × 500 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.
- Deska, která reprezentuje venkovní vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-EXT-13 o rozměru (500 × 499 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dvou hmotnostních vlhkostech (při dané hmotnostní vlhkosti vzorku a další rozdílné hmotnostní vlhkosti) pro účel stanovení závislosti (regresní křivky) tepelného odporu nebo tepelné vodivosti vzorku na hmotnostní vlhkosti materiálu.
- Dále byla sestavena deska z materiálu dřevovláknité tepelné izolace STEICO FLEX odebrána ze zkoušené stěny o rozměru (300 × 300 × 32,2) mm, označená číslem 274-IZ-13. Na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 30) Z O7 1011 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.
Snímky zkušební stěny, kde jsou označeny jednotlivé trámy od A do F na vnitřní a vnější straně, jsou uvedeny na obr. 4.
Výsledky měření
Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla podle ČSN EN ISO 8990:
Měřená veličina | Fyzikální jednotka | Výsledky měření |
---|---|---|
Teplota vnitřního vzduchu θim | °C | 20,84 |
Teplota vnějšího vzduchu θem | °C | −0,19 |
Teplota vnitřního povrchu θsi,m | °C | 20,14 |
Teplota vnějšího povrchu θSe,m | °C | 0,36 |
Střední teplota vzorku θm | °C | 10,25 |
Normalizovaný součinitel prostupu tepla U | W/(m2ּK) | 0,304 |
Tepelný tok měrnou plochou vzorku P | W | 11,433 |
Doba měření v ustáleném stavu | hod | 8 |
Měrná plocha Am | m2 | 1,8000 |
Tepelný odpor R | (m2ּK)/W | 3,115 |
Zjištění průměrné hmotnostní vlhkosti a celkové hmotnosti zkoušené stěny
Následující tabulka uvádí zjištěné hmotnostní vlhkosti vybraných trámů, použité tepelné izolace z dřevovláknité desky, hmotnosti všech použitých trámů, včetně tepelné izolace a izolačních pásů po zkoušce a dále celkovou hmotnost zkoušené stěny po zkoušce.
Č. vrstvy | Hmotnostní vlhkost [%] | Celková hmot. vlhkost [%] | Hmotnost jednotlivých trámů [kg] | |
---|---|---|---|---|
B 1 | 19,31 | 19,16 | A | 24,7 |
B 2 | 20,38 | B + izolace | 49,2 | |
B 3 | 20,30 | C + izolace | 41,0 | |
F 1 | 17,65 | D + izolace | 40,6 | |
F 2 | 18,93 | E | 39,6 | |
F 3 | 18,41 | F + izolace | 28,7 | |
Dřevovláknitá deska | 13,75 | Rám + izolační pásy | 11,0 | |
Celková hmotnost stěny | 234,8 |
Celková zjištěná hmotnost dodané zkušební stěny: | 234,8 kg |
Plošná hmotnost dodané zkušební stěny: | 130,4 kg/m2 |
Zkoušená roubená stěna se považuje podle ČSN 73 0540-2 za těžkou. | |
Průměrná zjištěná hmotnostní vlhkost zkoušené stěny: | 19,16 % |
Průměrná zjištěná hmotnostní vlhkost dřevovláknitých desek: | 13,75 % |
Stanovení tepelného odporu a tepelné vodivosti hlavních (rozhodujících) vrstev zkoušené stěny podle ISO 8302:
Pro zjištění tepelných hodnot vrstev roubené stěny byly vyhotoveny zkušební vzorky o rozměru cca 500 mm × 500 mm z vrstev vybraných trámů C, D a E označených na stěně – viz výše uvedené obrázky; tyto vrstvy reprezentují vnitřní, střední a vnější část těchto trámů. Dále byl vyhotoven vzorek o rozměru 300 mm × 300 mm z použité tepelné izolace dřevovláknité desky.
Číslo vzorku | Tloušťka/ Objemová hmotnost d / ρd mm / kg/m3 | Hmotnostní vlhkost um % | Tepelný tok měřicí plochy P W | Střední teplota tm ˚C | Rozdíl povrchových teplot Δt K | Tepelná vodivost λtm W/(m.K) | Tepelný odpor R m2.K/W |
---|---|---|---|---|---|---|---|
274-INT-13 | 44,7 / 390,5 | 16,88 | 2,1227 | 9,95 | 9,880 | 0,1066 | 0,4192 |
274-STR-13 | 44,7 / 380,7 | 18,95 | 2,0855 | 9,95 | 9,874 | 0,1048 | 0,4267 |
274-EXT-13 | 44,7 / 399,4 41,0 / 394,4 | 16,64 2,99 | 2,0841 1,9234 | 10,23 10,21 | 10,309 10,057 | 0,1003 0,0871 | 0,4458 0,4712 |
274-IZ-13 | 32,2 / 78,6 | 13,1 | 0,3974 | 10,06 | 9,924 | 0,0394 | 0,8180 |
Vyhodnocení
Poř. čís. | Název parametru | Technický předpis | Zkušební metoda | Výsledky zkoušky |
---|---|---|---|---|
1. | Tepelný odpor R [m2.K/W] | ČSN 73 0540-2 Požadovaná maximální hodnota součinitele prostupu tepla pro vnější stěnu: UN,20 = 0,30 W/(m2ּK) | ČSN EN ISO 8990 | 3,12 |
2. | Součinitel prostupu tepla U [W/(m2ּK)] | 0,30 |
- Rozšířená nejistota měření součinitele prostupu tepla UU = ±3,0 %.
- Hodnota tepelného odporu R = 3,12 m2.K/W a součinitele prostupu zkoušené stěny tepla U = 0,30 W/(m2.K) platí pro průměrnou naměřenou hmotnostní vlhkost 19,2 %.
Poř. čís. | Název parametru | Zkušební metoda | Číslo vzorku | Výsledky zkoušky | Hmotnostní vlhkost [%] |
---|---|---|---|---|---|
3. | Tepelná vodivost při střední teplotě 10 ˚C λ10 [W/(m.K)] | ISO 8302 | 274-INT-13 | 0,1066 | 16,88 |
274-STR-13 | 0,1048 | 18,95 | |||
274-EXT-13 | 0,1003 0,0871 | 16,64 2,99 | |||
274-IZ-13 | 0,0394 | 13,1 |
Rozšířená nejistota měření tepelné vodivosti u(λ) = ±2,5 %.
Na základě měřených tepelných vodivostí u vzorku 274-EXT-13 byla stanovena regresní závislost tepelné vodivosti na hmotnostní vlhkosti tohoto vzorku, který představuje vnější vrstvu dřevěných trámů: λu = 0,08481 + 9,3274.10−4 . um (2)
Dále při zachování stejné směrnice lineární závislosti a z naměřených hodnot tepelné vodivosti vnitřní a střední vrstvy dřevěných trámů se dá stanovit regresní závislost pro tyto dvě vrstvy:
- vnitřní vrstva: λu = 0,09088 + 9,3274.10−4 . um (3)
- střední vrstva: λu = 0,08714 + 9,3274.10−4 . um (4)
Z těchto tří vztahů se stanoví závislost tepelné vodivosti zkušební stěny (bez izolace) na hmotnostní vlhkosti: λu = 0,0876 + 9,3274.10−4 . um (5)
Ve smyslu ČSN 73 0540-4, přílohy B, čl. B.2.1 a na základě výsledků – viz tabulky vyhodnocených výsledků a vztahu (5) lze stanovit výpočtem celkové hodnoty tepelného odporu a součinitele prostupu tepla včetně vlivu (podílu) tepelné izolace na zlepšení izolační vlastnosti konstrukce zkušební stěny:
Vypočítaný tepelný odpor zkušební stěny R = 3,03 m2.K/W;
Vypočítaný odpovídající součinitel prostupu tepla U = 0,31 W/(m2ּK).
Vyplývající ekvivalentní tepelná vodivost celé zkušební stěny: λekv,2 = 0,099nbsp;W/(m.K).
Při výpočtu byla dosazena průměrná hodnota zjištěné hmotnostní vlhkosti zkušební stěny um = 19,2 %, která je zřejmě vyšší než praktická hmotnostní vlhkost dřevěného materiálu 9 % až 12 %.
Při uvažování skutečné hodnoty ustálené hmotnostní vlhkosti při sorpční vlhkosti a vlhkostního součinitele materiálu – viz ČSN 73 0540-3, tabulka A.1 by byla hodnota tepelného odporu vyšší než naměřená (R = 3,115 m2.K/W; nebo hodnota součinitele prostupu tepla zkušební stěny by byla nižší než naměřená (U = 0,304 W/(m2ּK)).
Literatura
- [1] ČSN 73 0540-2: Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky
- [2] ČSN 73 0540-3: Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin
- [3] ČSN 73 0540-4: Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody
- [4] ČSN EN ISO 8990: Tepelná izolace – Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu – Kalibrovaná a chráněná teplá skříň
- [5] Protokol o zkoušce č. 270/13: Stanovení tepelného odporu a součinitele prostupu tepla podle ČSN EN ISO 8990 – Roubená stěna z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm, vydaný CSI a.s., pracoviště Zlín, dne 21. 10. 2013
- [6] Zásady pro navrhování a posouzení konstrukcí a prostorů bytových a občanských staveb: Stavební tepelná technika a stavební akustika – Díl 2: Tabulky fyzikálních vlastností, katalogové listy konstrukcí, vydaný VÚPS, Praha, 1981
This contribution deal with the testing of thermal resistance and derived thermal transmittance of timbered wall from spruce wood beams 300 mm thick according to the standard EN ISO 8990 by Hot Guarded Box method. Thermal conductivity tests of individual layers made from the tested wall were carried out according to the standard ISO 8302 by Guarded Hot Plate method after the test according to the standard EN ISO 8990. These thermal conductivity tests were carried out for the average thermal resistance determination of the wall from the equivalent thermal conductivity and also for the comparison with the value founded by Hot Guarded Box method. The part of the tests was also the determination of mass moisture of individual layers and then the equivalent mass moisture of the wall. The contribution contains the maximal requirement values of thermal transmittance of the exterior walls according to the national standard ČSN 73 0540-2. The contribution contains also informative table of thermal conductivities of the plates of different wood profiles founded by tests or from literature.