Dlouhodobá spolehlivost vzduchotěsnicích opatření – výsledky opakovaného měření čtyř pasivních domů s dřevěnou konstrukcí
V této studii se dlouhodobá spolehlivost vzduchotěsnicích opatření ověřovala opakovaným měřením vzduchotěsnosti čtyř pasivních domů s dřevěnou konstrukcí v průběhu jedenácti let. Studie je jedinečná tím, že všechny zkoušky vzduchotěsnosti realizoval stejný technik stejným postupem a stejným měřicím zařízením. Většina zkoušek byla realizována ve stejném ročním období. Rozdíly mezi výsledky opakovaných zkoušek tedy především odrážejí vliv „stárnutí“ SVO případně vliv zásahů uživatelů.
Úvod
Smyslem požadavků na vzduchotěsnost je omezit nekontrolované proudění vzduchu netěsnostmi v obálce budovy a tím zamezit především nadměrným tepelným ztrátám a zvýšenému riziku stavebních poruch v souvislosti s intenzivním transportem vodní páry v proudícím vzduchu. Projektanti a dodavatelé dřevostaveb jsou si tohoto problému často vědomi a snaží se zamezit vzniku netěsností v obálce budovy návrhem uceleného systému vzduchotěsnicích opatření (SVO). V současnosti je na trhu k dispozici řada speciálních výrobků pro tento účel – desek, fólií, lepidel, lepicích pásek, atd. Přestože výrobci deklarují laboratorně stanovenou životnost dílčích součástí SVO (např. lepicích pásek), informací o tom, jak se v čase mění vzduchotěsnost budov ve skutečných podmínkách, je dosud málo. Jinými slovy, otázka, jak dlouho a za jakých podmínek si může budova zachovat počáteční úroveň vzduchotěsnosti, je stále aktuální. Nabízí se hledat odpověď opakovaným měřením dokončených budov.
V této studii se dlouhodobá spolehlivost vzduchotěsnicích opatření ověřovala opakovaným měřením vzduchotěsnosti čtyř pasivních domů s dřevěnou konstrukcí v průběhu jedenácti let. Studie je jedinečná tím, že všechny zkoušky vzduchotěsnosti realizoval stejný technik stejným postupem (podle [1]) a stejným měřicím zařízením. Většina zkoušek byla realizována ve stejném ročním období. Rozdíly mezi výsledky opakovaných zkoušek tedy především odrážejí vliv „stárnutí“ SVO případně vliv zásahů uživatelů.
Sledované budovy mají stejný tvar, velikost a stejnou konstrukci včetně SVO. Všechny byly vystavěny stejným dodavatelem na stejném místě a dokončeny ve stejném roce. Dokonce kvalita provedení SVO, jeho stáří i klimatické podmínky ovlivňující stárnutí a dlouhodobou spolehlivost SVO jsou u všech sledovaných budov identické. Jednotlivé budovy však slouží různému účelu a u většiny z nich jsou dobře zdokumentovány zásahy do konstrukce, které by mohly mít vliv na její vzduchotěsnost. To umožňuje sledovat také vliv uživatelů na spolehlivost SVO.
Sledované budovy
Všechny čtyři sledované budovy jsou součástí souboru třinácti pasivních domů v Koberovech, který v rámci pilotního projektu vystavěla firma Atrea v letech 2006 až 2007 [2]. Budovy mají stejný tvar a téměř stejnou velikost odpovídající běžnému rodinnému domu. Konstrukční řešení je rovněž u všech budov stejné – dřevěný skelet montovaný na stavbě, obvodové konstrukce mají tepelnou izolaci z minerálních vláken. Budovy jsou vybaveny mechanickým větracím systémem se zpětným získáváním tepla.
SVO byl navržen se zvláštní péčí. Projektanti spolupracovali se specialisty, kteří již měli předchozí zkušenosti s měřením vzduchotěsnosti a navrhováním pasivních domů. Hlavní vzduchotěsnicí vrstvu (HVV) podlahy na terénu tvoří hydroizolace ze svařovaných asfaltových pásů. V obvodové stěně a střeše plní funkci HVV parozábrana z PE fólie. Spoje této PE fólie jsou slepeny butylovou lepicí páskou a zajištěny dřevěnými latěmi, které nesou sádrokartonový obklad. Aby se omezil počet prostupů skrz parozábranu, jsou veškeré rozvody vedeny v instalační mezeře mezi parozábranou (HVV) a SDK obkladem. Pro utěsnění spojů HVV a navazujících prvků a pro utěsnění prostupů skrz HVV byly navrženy speciální vzduchotěsnicí výrobky (butylové pásky, tzv. okenní pásky, manžety).
SVO byl realizován s důrazem na kvalitu provedení, která byla průběžně kontrolována. Během výstavby bylo na každé budově realizováno několik kontrolních zkoušek vzduchotěsnosti s cílem odhalit a opravit případné netěsnosti. Vzhledem ke složitému řešení některých detailů se ani přesto všechny netěsnosti odstranit nepodařilo.
Budova A
Budova A je obývaný rodinný dům (obr. 1). Vlastníkem je technik, který dobře zná principy pasivního domu. Velmi dobře si uvědomuje význam vzduchotěsnosti, a proto veškeré stavební práce v domě řídí tak, aby nedošlo k poškození SVO. V ostatních ohledech užívají obyvatelé budovu způsobem obvyklým pro rodinné domy.
Budova je trvale obývána od dokončení v roce 2007. Nábytek a vybavení domu bylo osazeno (pod dohledem majitele) bez zásahu do SVO. V roce 2013 byl nainstalován nový zdroj tepla, opět bez zásahu do SVO. Majitel neuvedl, že by v domě proběhly jiné zásahy, které by mohly ovlivnit vzduchotěsnost budovy. Upozorňuje však na netěsnosti půdního výlezu, který zřejmě používáním a postupnou degradací ztrácí své původní vlastnosti.
První zkouška vzduchotěsnosti proběhla bezprostředně po dokončení budovy v roce 2007, další v letech 2010, 2014, 2016 a 2018. Všechny zkoušky proběhly na jaře nebo v létě. Vliv sezónních změn klimatických podmínek na výsledek zkoušky by tedy měl být minimální. Výsledky zkoušek – viz obr. 2.
Obr. 1 Budova A v roce 2018
Obr. 2 Budova A – výsledky opakovaných zkoušek vzduchotěsnosti
Vzduchotěsnost budovy A se během 11 let sledování zhoršila. K největšímu nárůstu hodnoty n50 došlo během prvních tří let po dokončení budovy. Není zřejmé, zda je rozdíl mezi výsledky z let 2007 a 2010 způsoben odlišnou přípravou budovy (utěsněný výlez na půdu), nebo zda se jedná o efekt přirozeného stárnutí SVO. Mezi lety 2010 a 2016 se hodnota n50 pomalu zvyšovala, nicméně rozdíly mezi výsledky zkoušek jsou menší, než jejich nejistota (rozdíly jsou tedy neprůkazné). Mezi roky 2016 a 2018 hodnota n50 náhle a významně stoupla, velmi pravděpodobně v důsledku urychlené degradace těsnění půdního výlezu. To naznačuje i výsledek zkoušky z roku 2018 s utěsněným půdním výlezem.
Budova B
Budova B (obr. 3) není trvale obydlena, slouží jako vzorový dům stavební společnosti, která tyto domy dodává. Přítomnost lidí v budově je omezena pouze na krátké intervaly (exkurze apod.). Změny teploty a vlhkosti vnitřního vzduchu spolu s dalšími faktory, které souvisí s přítomností obyvatel (např. upevňování nábytku), jsou v této budově minimální a zřejmě nemohou podstatně ovlivnit dlouhodobou spolehlivost vzduchotěsnicích opatření.
Od roku 2010 probíhá v budově B každoročně srovnávací měření Asociace Blower Door CZ [3]. Srovnávací měření trvá 2 až 3 dny, během kterých se v budově realizuje 10 až 20 zkoušek vzduchotěsnosti. Cyklické zatížení vzduchotěsnicích vrstev zvýšeným tlakovým rozdílem během zkoušek může naopak působit jako faktor urychlující přirozené stárnutí (podobně jako účinky větru).
Budova byla dokončena v roce 2007. Po dokončení však nebyla vybavena nábytkem a příslušenstvím, které se obvykle kotví do stavebních konstrukcí a jehož instalace může ovlivnit vzduchotěsnost budovy (kuchyňská linka, závěsné skříňky, police, vestavěný nábytek apod.). V roce 2016 proběhla částečná rekonstrukce budovy s cílem odstranit některé závady a zlepšit vzduchotěsnost. V průběhu rekonstrukce byly rozebrány některé obvodové konstrukce v 1. NP a byly mimo jiné provedeny rozsáhlé opravy SVO. V souvislosti s realizací nového systému elektrického osvětlení a osazením okenních žaluzií přibylo několik dalších prostupů elektroinstalací skrz HVV obvodové stěny. Kvalita provedení vzduchotěsnicích opatření byla v průběhu rekonstrukce sledována, mimo jiné proběhlo několik kontrolních zkoušek vzduchotěsnosti (výsledky nejsou součástí této studie). K jiným zásahům do SVO mezi lety 2007 a 2008 nedošlo.
První zkouška vzduchotěsnosti proběhla bezprostředně po dokončení budovy v roce 2007, další v letech 2010, 2014 a poté pravidelně každý rok. Všechny zkoušky proběhly na jaře nebo v létě. Vliv sezónních změn klimatických podmínek na výsledek zkoušky by měl být opět minimální. Zkouška v roce 2016 proběhla před začátkem rekonstrukce a zkouška v roce 2017 po jejím dokončení. Výsledky zkoušek – viz obr. 4.
Obr. 3 Budova B v roce 2018
Obr. 4 Budova B – výsledky opakovaných zkoušek vzduchotěsnosti
Hodnota n50 mezi lety 2007 a 2018 vzrostla, k největšímu nárůstu došlo opět mezi lety 2007 a 2010. Na rozdíl od budovy A, příčinou rozdílu mezi výsledky zkoušek z let 2007 a 2010 zřejmě není odlišná příprava budovy (utěsnění půdního výlezu). Výsledky zkoušek z roku 2018 ukazují, že utěsnění půdního výlezu má jen malý vliv na vzduchotěsnost. Mezi lety 2010 a 2018 se hodnota n50 měnila jen málo (výsledek zkoušky z roku 2015 není možné porovnávat s ostatními z důvodu odlišné přípravy budovy – je uveden pro úplnost). Mezi lety 2010 a 2016 hodnota n50 překvapivě klesala, rozdíly mezi výsledky zkoušek jsou však menší než nejistota měření. Po rekonstrukci v roce 2016 hodnota n50 mírně stoupla, ale s ohledem na nejistotu měření je tento vzestup nevýznamný. Výsledky zkoušek z let 2017 a 2018 jsou velice podobné výsledku zkoušky z roku 2010.
Budova C
Budova C (obr. 5) slouží jako výukové středisko. Konference a workshopy probíhají v zasedacích prostorech, které zabírají převážnou část 1. NP. Přítomnost lidí v budově je nárazová, trvá typicky jeden nebo několik dní. Během akcí, které trvají více dní, mohou být účastníci ubytováni v pokojích v 2. NP. Podobně jako budova B i budova C je užívána podstatně odlišným způsobem, než běžné rodinné domy.
Od dokončení v roce 2007 slouží budova svému účelu. Není známo, zda instalace četného vybavení a vestavěného nábytku probíhala tak, aby nedošlo k poškození SVO. Mezi roky 2007 a 2018 došlo k havárii kanalizačního potrubí. Při opravě byla rozebrána část obvodové stěny včetně vzduchotěsnicí vrstvy. Oprava byla provedena narychlo a bez kontroly, zda byla řádně opravena také porušená vzduchotěsnicí vrstva.
Vzduchotěsnost budovy byla měřena pouze dvakrát, po dokončení v roce 2007 a v roce 2018. Zkoušky se bohužel nepodařilo realizovat ve stejném ročním období. Výsledky zkoušek – viz obr. 6.
Obr. 5 Budova C v roce 2018
Obr. 6 Budova C – výsledky opakovaných zkoušek vzduchotěsnosti
Výsledek zkoušky z roku 20018 je výrazně vyšší, než výsledek z roku 2007. Rozdíl je nejspíše způsoben nedokonalým utěsněním HVV obvodové stěny při opravě havárie kanalizačního potrubí. Při zkoušce v roce 2018 byl v přístupném instalačním prostoru u obvodové stěny nalezen zcela neutěsněný prostup opravovaného kanalizačního potrubí. Je velmi pravděpodobné, že po neodborné opravě HVV zůstaly podobné netěsnosti také v nepřístupné části obvodové stěny.
Budova D
Budova D je obydlený rodinný dům (obr. 7). Několik let po dokončení změnila budova majitele. Obě rodiny užívaly budovu obvyklým způsobem bez zvláštního ohledu na vzduchotěsnost.
Obr. 7 Budova D v roce 2018
Obr. 8 Budova D – výsledky opakovaných zkoušek vzduchotěsnosti
Druhý majitel před nastěhováním budovu částečně zrekonstruoval, především zcela přestavěl 1. NP včetně rozvodů vody a elektroinstalací. Přesnější informace o rozsahu rekonstrukce chybí, nicméně je jasné, že problematika vzduchotěsnosti nebyla řešena, např. nebyla realizována žádná kontrolní zkouška vzduchotěsnosti.
Zkouška vzduchotěsnosti proběhla pouze dvakrát, bezprostředně po dokončení v roce 2007 a pak v roce 2018. První zkouška proběhla v létě, druhá na jaře. Výsledek zkoušky realizované v roce 2018 s utěsněným půdním výlezem je pouze informativní. Výsledky zkoušek – viz obr. 8.
Hodnota n50 v průběhu sledovaného období výrazně vzrostla. Tento nárůst je zřejmě způsoben zásahy v průběhu rekonstrukce, při kterých nebylo dbáno na zajištění vzduchotěsnosti.
Diskuse a závěry
Vzduchotěsnost všech sledovaných budov se během jedenácti let zhoršila, ovšem ne u všech stejně. U budov A a B vzrostla hodnota n50 především v prvních třech letech a poté se již příliš neměnila. Celkové zhoršení hodnoty n50 mezi lety 2007 a 2018 je v případě budov A a B spíše malé. U těchto dvou budov bylo tedy dosaženo dlouhodobé spolehlivosti SVO. U budovy B nedošlo k významné změně ani přes poměrně rozsáhlou rekonstrukci v roce 2016. Připomeňme, že kvalita provedení SVO byla v průběhu rekonstrukce kontrolována s cílem zachovat nebo dokonce zlepšit úroveň vzduchotěsnosti. Naopak u budov C a D došlo k výraznému vzestupu hodnoty n50, přestože v těchto budovách byl navržen stejný SVO, jako v budovách A a B, rovněž kvalita provedení SVO byla srovnatelná s budovami A a B. Na rozdíl od budov A a B však pozdější zásahy do konstrukcí obálky budov C a D proběhly bez zvláštní snahy o zajištění vzduchotěsnosti. Výsledky dosažené u budov A a B potvrzují základní požadavky na dosažení dlouhodobé spolehlivosti SVO formulované i jinými autory [4]: podrobný návrh a pečlivá realizace SVO s použitím kvalitních, k tomu účelu určených výrobků. Výsledky dosažené u budov C a D však ukazují, že pro dosažení dlouhodobé spolehlivosti SVO je důležitá nejen snaha o zajištění vzduchotěsnosti v průběhu návrhu a výstavby budovy. Klíčový význam má péče, která je věnována zajištění vzduchotěsnosti v průběhu celého životního cyklu budovy, především při vybavování nábytkem, údržbě, přestavbách, rekonstrukcích apod. Příklad budovy B ukazuje, že splnění všech těchto podmínek může zajistit dosažení dlouhodobé spolehlivosti SVO i při větším mechanickém namáhání, které v tomto případě představují opakované zkoušky vzduchotěsnosti v průběhu srovnávacího měření.
I přesto, že byly splněny podmínky pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti SVO, vzrostla hodnota n50 u budov A a B přibližně o 0,2 h−1 (cca 30 % počáteční hodnoty n50). Zdá se tedy rozumné předepsat přísnější cíle pro počáteční vzduchotěsnost, aby bylo možné udržet vzduchotěsnost pod úrovní odpovídající požadované hodnotě n50,N = 0,6 h−1 po celou dobu životnosti budovy. Např. všude tam, kde tomu nebrání technické, ekonomické nebo legislativní překážky bude vhodné zajistit nižší než požadované hodnoty n50, jak doporučuje ČSN 73 0540-2 [5].
Příčina rychlého nárůstu hodnoty n50 během prvních tří let po dokončení budovy zůstává neobjasněna. Nezdá se, že by přímo souvisela s chováním uživatelů nebo s objemovými změnami konstrukce (deformace, sedání, dotvarování). U budov A a B byl vzestup hodnoty n50 během prvních tří let srovnatelný, přestože budova A byla v tomto období vybavena zařízením (riziko poškození SVO) a obývána (teplotní a vlhkostní zátěž), zatímco budova B nikoli. SVO sledovaných budov se skládá z tažných materiálů (PE fólie, butylové pásky), takže by měl být schopný přizpůsobit se obvyklým deformacím konstrukcí bez významné ztráty vzduchotěsnosti.
Celkový nárůst vzduchotěsnosti mezi lety 2007 a 2018 může způsobit vzestup potřeby tepla na vytápění přibližně o 10 % v případě budov C a D a přibližně o 3 % v případě budov A a B (vztaženo k potřebě tepla odpovídající počáteční úrovni vzduchotěsnosti v roce 2007). Tento odhad je založený na výsledcích výpočetní studie vlivu vzduchotěsnosti na potřebu tepla na vytápění typického rodinného domu v klimatických podmínkách ČR [6]. Zaznamenané zhoršení vzduchotěsnosti sice nijak dramaticky nezvýší potřebu tepla na vytápění, může však zvýšit riziko kondenzace vodní páry ve skladbě konstrukcí a souvisejících vlhkostních poruch – jako např. v případě budovy C, kde je průtok vzduchu obálkou budovy soustředěný pravděpodobně do jedné nebo několika málo netěsností, které vznikly neodborným zásahem do SVO při opravě havárie kanalizačního potrubí.
Poděkování
Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov – Fáze udržitelnosti. Autor studie děkuje společnosti Atrea s.r.o. za dlouhodobou spolupráci při výzkumu vzduchotěsnosti budov a za zpřístupnění sledovaných budov.
Literatura
- ČSN EN 13829, Tepelné chování budov – Stanovení průvzdušnosti budov – Tlaková metoda, ČNI, 2000
- Morávek, P., Tywoniak, J.: Realizace obytného souboru 12 pasivních rodinných domů a školicího střediska Koberovy – Český ráj, dostupné z:
https://www.domyatrea.cz/cz/realizace-obytneho-souboru-12-ti-pasivnich-rodinnych-domu-a-skoliciho-strediska-koberovy-cesky-raj - http://www.asociaceblowerdoor.cz/
- Peper, S., Kah, O., Feist, W.: Long-time durability of passive house building airtightness, Sborník konference 38th AIVC conference, 13nd–14th September 2017, Nottingham, UK, ISBN: 978-2-930471-51-8, 381–390
- ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky, únmz, v platném znění
- Vlk, A., Novák, J.: Impact of airtightness on the heat demand of passive houses in central European climate, časopis Větrání, vytápění, instalace, č. 6, ročník 2017
Článek se věnuje velmi zajímavému tématu – a to vzduchotěsnosti objektů, což je mezi odbornou veřejností i mezi odborníky relativně nový obor a problematika dlouhodobého zkoumání vzduchotěsnosti je stále velkou neznámou. Měření vzduchotěsnosti se do nedávna provádělo výhradně v případě udělení dotace (nejvíce Zelená úsporám), přitom obvykle vyjadřuje i celkovou kvalitu prováděných stavebních prací. Je pravdou, že montované stavby mají handicap ohledně rizika vzniklých netěsností, ale v praxi vykazují relativně lepší „čísla“. Lepší výsledky obecně zaručí používání vzduchotěsnících pomůcek (kvalitní pásky, fólie, manžety), což je ovšem spojeno s vyšší cenou, pracností, správností použití a kontrolou. Některé měřené objekty ze čtyř prezentovaných jsou dostatečně známé i po stránkách výsledku vzduchotěsnosti, ale srovnání hodnot v čase (s odstupem let, a to i 12 let) není lehce dostupné, přestože má velký význam při predikci kvality provedení konkrétního typu konstrukce a kvality prací konkrétního zhotovitele. Takové zkušenosti musejí být zpětně promítnuty do způsobu navrhování Systému vzduchotěsnících opatření, aby byly vyhovující výsledky po dokončení stavby zcela jisté či se případně optimalizovaly návrhy dalších budov pro vyšší kvalitu. V současnosti se staví budovy, které se vůbec neměří, nemusejí vyhovovat žádnému stupni vzduchotěsnosti obálky budovy. V budoucnu však nastane problém, pokud náhle vznikne požadavek na vzduchotěsnost. Bude potřeba velký zásah do obalových konstrukcí, další velké náklady a značná pracnost.
Velmi oceňuji tento náhled na v čase, s ujištěním, že se vzduchotěsnost většiny staveb v čase příliš radikálně nezmění, i když jsou zde prezentovány výsledky s dvojnásobkem hodnoty n50 již po několika letech. Proto je třeba monitorovat i případný stavební zásah a také laický zásah do vzduchotěsnící vrstvy budovy v průběhu užívání. Uživatel musí být o tom všem detailně poučen, což není vždy možné zajistit. Vřele doporučuji, je to srozumitelný a přesný článek, naprosto bez připomínek.