Je nutné zateplovat sokl nepodsklepených budov?

Úvod do problematiky

V praxi se často setkáváme s tím, že sokl je nutné u novostavby zateplit. To je někdy podpořeno i termovizním snímkováním – obr. 1 a 2. V místech soklu je na termovizním snímku vidět vyšší povrchová teplota, než je povrchová teplota zdiva. Toto zjištění se velmi jednoduše prezentuje, zejména laikům, jako tepelný most. Následně přichází odůvodnění, že sokl je potřeba zateplit, aby se předešlo tepelným únikům a prochládání zdiva v interiéru (často se hrozí zvýšenou vlhkostí a plísněmi). Problém však není tak černobílý, jak se na první pohled může zdát. Zároveň se musí rozlišovat různé konstrukční a materiálové řešení stavby. Určitě bude velký rozdíl mezi starou stavbou a novostavbou. V článku se budeme věnovat pouze okruhu nepodsklepených novostaveb.

Obr. 1: Termovizní snímek RD s nezatepleným soklem

Obr. 2: Nevytápěný zahradní dům

Rozpory

Pokud se budeme dále zabývat termovizním snímkováním spodní části staveb, poté zjistíme, že nezateplený sokl „svítí“ na stavbě rodinného domu i na stavbě nevytápěného zahradního domu. Pokud provedeme výpočet rozložení teplot typickým detailem při ustáleném vedení tepla pro prokázání splnění požadavku na vnitřní povrchovou teplotu konstrukce viz obr. 3–4 a podrobně zkoumáme teploty při vnějším povrchu konstrukce, poté si můžeme všimnout, že vnější povrchová teplota soklu je mírně vyšší v případě nezatepleného soklu než obvodové zdivo a v případě zatepleného soklu je povrchová teplota soklu v podstatě stejná jako zdiva. Při zběžném pohledu na rozložení pole teplot v jednotlivých detailech rozdíly vidět nelze. Pokud toto převedeme do reality, nemůžeme s jistotou prohlásit, že by na termovizním snímku sokl tolik „svítit“ neměl (záleží také na nastavení termokamery nebo stupnice teplot a prezentování termosnímku).

Obr. 3 a 4 – Obr. 3 a 4 – 2D simulace průběhu teplot v oblasti soklu při ustáleném vedením tepla. Vlevo běžné řešení detailu soklu bez zateplení, vpravo zateplený sokl zateplením soklu. V hloubce 3 m je použita okrajová podmínka – teplota +5 °C.

Odůvodnění

Na prvním místě lze konstatovat to, že pokud provádíme hodnocení teplotního faktoru vnitřního koutu styku podlahy a obvodové stěny podle normového postupu, nelze průběhy teplot v místě základů a soklu považovat za průkazné. Výpočty se provádí pro hodnocení a prokázání splnění požadavků na vnitřní povrchovou teplotu nikoliv na průběh teplot v celém modelu detailu. Dále se hodnotí tepelná vazba uváděná hodnotou lineárního tepelného činitele, která se poté zavádí do výpočtů energetické náročnosti budov.

Jak si tedy můžeme zdůvodnit zvýšenou povrchovou teplotu nezatepleného soklu? Pro teoretické hodnocení musíme zvolit výpočty, které pracují s časově proměnnými okrajovými podmínkami. Pro hodnocení byly zvoleny 2 modely detailu soklu – nezateplený a zateplený od základové spáry až ke spodnímu líci obvodové stěny. Spodní líc stěny je 30 cm nad terénem. Hloubka založení je 90 cm. 2D model má světlou délku podlahy 4,1 m, tomu odpovídá i velikost bloku zeminy. Pro výpočet byly zvoleny přestupy tepla pro vnitřní konstrukce dle ČSN 73 0540-3, kde se uvažovalo s konstantní vnitřní teplotou 20 °C. Vnější teplota byla do výpočtu zaváděna s hodinovým krokem na základě referenčních dat pro lokalitu Českých Budějovic poskytnuté ČHMI. Přestup tepla na vnější straně konstrukcí, kde je neustálený tepelný tok, byl uvažován hodnotou 13,5 W/m².K podle ČSN EN ISO 13792. Ve výpočtech se uvažovalo s konstantními vlastnostmi materiálů viz tab. 1 a tab. 2. Neuvažoval se vliv slunečního záření, spodní vody ani sněhové přikrývky. Bylo uvažováno s tepelným tokem do spodního líce bloku zeminy hodnotou 60 mW/m². Tato hodnota odpovídá průměrnému tepelnému toku zeminou směrem od zemského jádra k povrchu v ČR. Teplota na spodním líci bloku zeminy byla uvažována konstantní hodnotou 10 °C. Začátek výpočtu byl zvolen 1. květen. Celková doba výpočtu byla 2 roky kvůli tomu, aby se teplotní poměry v bloku zeminy, která má velmi vysokou teplotní setrvačnost, ustálily.

Z vypočtených dat se pro hodnocení průběhu teplot využívalo období druhého roku. Průběh teplotního pole v průběhu roku je vidět na obr. 5–12. Z nich je patrné, že teplotní pole pod budovou je v obou případech velmi podobné. Pokud se podíváme na výřez obr. 13 a 14, který je z 1. ledna, poté jsou patrné rozdíly v teplotním poli. U nezatepleného soklu dochází k prochládání konstrukce základů z vnější strany, naproti tomu u zatepleného soklu je vidět jasný vliv izolantu, který prochládání konstrukce brání. Vnitřní povrchová teplota je však v obou případech velmi podobná.

Nezateplený sokl	Zateplený sokl
Obr. 5: teplotní pole 1. 1.	Obr. 6: teplotní pole 1. 1.
Obr. 7: teplotní pole 1. 4.	Obr. 8: teplotní pole 1. 4.
Obr. 9: teplotní pole 1. 7.	Obr. 10: teplotní pole 1. 7.
Obr. 11: teplotní pole 1. 10.	Obr. 12: teplotní pole 1. 10.

Nezateplený sokl	Zateplený sokl
Obr. 13: teplotní pole 1. 1.	Obr. 14: teplotní pole 1. 1.

Graf 1: Tepelný tok z interiéru do konstrukce podlahy

Na grafu 1 je vidět průběh tepelného toku z interiéru do konstrukce podlahy. Pokud budeme zjednodušeně posuzovat vliv na tepelnou ztrátu podlahou, poté stačí zintegrovat křivku za určité časové období a vyčíslit množství energie prošlé z interiéru do konstrukce podlahy. Při uvažování otopného období od 15. 9. do 15. 4. jsou hodnoty tepelného toku a zjednodušeně stanovené náklady na vytápění vyjádřené v tabulce 3:

Z výsledků vyplývá, že při zatepleném soklu je tepelný tok konstrukcí podlahy 3× menší! Pokud však porovnáme finanční náklady na vytápění za 1 otopnou sezónu, pak je rozdíl pouze 417 Kč/rok při uvažování vytápění zemním plynem. Tedy pokud uvážíme vícenáklady na pořízení izolantu na dům o obvodu 32 m a výšce izolantu 1 m a tloušťce 10 cm, to je tedy 3,2 m³ izolantu (cena XPS cca 3500 Kč/m³), pak se náklady na pořízení polystyrenu při výpočtu prosté návratnosti zaplatí za 27 let!

Graf 2: Průběh povrchové teploty v koutu místnosti

Na grafu 2 je vidět průběh povrchové teploty ve vnitřním koutu detailu. U nezateplené varianty detailu jsou povrchové teploty nižší než u varianty se zatepleným soklem. Nicméně při dané skladbě konstrukcí jsou v obou případech povrchové teploty vyšší než 17 °C, což je naprosto postačující hodnota i pro nízkoenergetické domy.

Odpověď na otázku, proč detail nezatepleného soklu na termovizních snímcích „svítí“, je vidět na obr. 15 a 16. Tepelný izolant na soklu se vyznačuje nízkou tepelnou vodivostí, nízkou objemovou hmotností a malou teplotní setrvačností, tedy změna povrchové teploty vnějšího povrchu izolantu je na změnu vnější teploty velmi rychlá. Naproti tomu u nezatepleného soklu je teplotní setrvačnost betonu mnohem větší, a tudíž se teplota povrhu mění pomaleji. Poté je rozdíl mezi vnější povrchovou teplotou stěny a soklu u nezatepleného soklu větší. Při výpočtech je povrchová teplota výrazně závislá na součiniteli přestupu tepla na rozhraní konstrukce a vnějšího vzduchu. Může se tedy stát, že ve výpočtech vnější povrchová teplota zatepleného soklu může být mírně vyšší než nezatepleného, ale při porovnání rozdílu vnější povrchové teploty soklu a přilehlého zdiva je větší rozdíl povrchových teplot v případě varianty nezatepleného soklu. To je také důsledkem toho, že teplotní pole je spojité a prochládání soklu ovlivňuje i přilehlé zdivo. Další jev, který hraje roli, je „odvádění“ tepla z teplejšího podzákladí k vnějšímu povrchu betonu nezatepleného soklu. Tyto jevy se poté projevují na termosnímcích.

Obr. 15: Nezateplený sokl

Obr. 16: Zateplený sokl

Shrnutí

U nepodsklepených budov je vliv zateplení soklu v detailech zřejmý, tepelný tok do konstrukce podlahy z interiéru je výrazně nižší než u nezatepleného soklu.

Avšak v obou případech je tepelný tok velmi nízký! To má velkou spojitost se zavedením reálných klimatických dat. V případě běžně používaných výpočtů metodikou ČSN EN ISO 13370 s využitím současně používaných klimatických dat (měsíční výpočet) v tepelnětechnických výpočtech může vést k velkým rozdílům velikosti tepelného toku podlahou. A to může mít za následek zbytečné navyšování tloušťky izolantu v podlaze.

Povrchové teploty vnitřního koutu jsou dostatečně vysoké. Nevzniká riziko spojené s nízkou povrchovou teplotou.

Z ekonomického hlediska se zateplení soklu nemusí vůbec vyplatit (prostá návratnost investice do extrudovaného polystyrenu je více než 30 let). Další podstatnou věcí je to, že nemá smysl do podlahy používat masivní tloušťku zateplení, neboť tepelný tok do konstrukce podlahy je malý. Zvyšování tloušťky tepelného izolantu stavbu prodražuje nejen samotnou investicí do potřebného objemu izolantu, ale i vícenáklady na ostatní konstrukce, kdy je nutné splnit např. požadavek na světlou výšku místností. Musíme počítat s větším objemem zdicích prvků na obvodové i vnitřní zdivo, s tím spojené vícenáklady na zhotovení a přesun hmot a dále komplikace při realizaci, neboť se rozhodí skladebný výškový modul (obvykle 250 mm). Samotné správné technické provedení zatepleného soklu není jednoduché, a pokud se práce neprovedou správně, může mít toto konstrukční řešení výrazně kratší životnost, než je uvažovaná životnost stavby.

Pozitivní přínos v případě zateplení soklu můžeme nalézt v použití výrazně menší tloušťky zateplení ve skladbě podlahy. Nemá smysl kombinovat zateplení soklu s velkou tloušťkou (> 140 mm EPS) izolantu ve skladbě podlahy i pro nízkoenergetické domy. Teoreticky můžeme zmenšit hloubku základů kvůli zmenšení zámrzné hloubky v oblasti základové spáry a zajistit větší ochranu konstrukce základů před teplotním namáháním (možný vliv na statiku stavby).

V případě nezatepleného soklu je provedení konstrukce jednoduché a trvanlivé např. s využitím štípaného ztraceného bednění. Zároveň pokud se zdivo přesazuje přes sokl, únosnost v patě stěny klesá (nemusí však být problém). Další nezanedbatelnou vlastností je zajištění vzduchotěsnosti detailu, kdy je nutné zatřít stavebním lepidlem styčné spáry mezi přesazenými zdicími prvky. V případě, kdy se zdivo nepřesazuje, tento problém odpadá.

U jednovrstvých zděných konstrukcí, které vyhovují doporučeným požadavkům na U podle ČSN 73 0540-2, je možné bez problémů provést detail soklu bez zateplení. U zděných konstrukcí se zdicími prvky s vysokou tepelnou vodivostí (beton, vápenopísek) je nutné samotné zdivo zateplit včetně soklu, aby nedošlo k prochládání konstrukce i na straně interiéru. Neboť v místě soklu a první vrstvy zdicích prvků s vysokou tepelnou vodivostí může vzniknout tepelný most.

Je zřejmé, že pro optimalizaci a typizaci konstrukčních návrhů detailů soklu v návaznosti na stanovení energetické náročnosti budov je potřeba provést více výpočtů se zavedením obvykle používaných vlastností konstrukčních materiálů, zemin a okrajových klimatických podmínek. Tento článek si kladl za cíl upozornit na problém šíření tepla v místě detailu soklu, neboť současné praxe při navrhování a provádění detailu soklu vede často ke zbytečnému prodražování staveb a neefektivnímu využívání stavebních materiálů.

Použité zdroje

• ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin
• ČSN EN ISO 13370 Tepelné chování budov – Přenos tepla zeminou – Výpočtové metody
• ČSN EN ISO 10211 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Tepelné toky a povrchové teploty – Podrobné výpočty
• ČSN EN ISO 13792 Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Zjednodušené metody
• ČSN EN ISO 13793 Tepelné chování budov – Tepelnětechnický návrh základů pro zabránění pohybům způsobených mrazem
• Nízkoteplotní vytápění a obnovitelné zdroje energie, prof. Ing. Dušan Petráš, Ph.D., a kol., JAGA Group, s.r.o., Bratislava 2008
• PLANETA, odborný časopis pro životní prostředí, Geotermální energie z hlubin Země – současné možnosti využití, Ing. Vlastimil Myslil, CSc., Doc. RNDr. Zdeněk Kukal, DrSc., RNDr. Karel Pašmourný, CSc., Mgr. Václav Frydrych, Ročník XV, číslo 4/2007, Ministerstvo životního prostředí
• Režim teploty půdy v městské a příměstské krajině (Olomouc a okolí), Diplomová práce, Bc. Michal LEHNERT, Univerzita Palackého v Olomouci, Olomouc 2012