Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky

1 Úvod do problematiky

V dnešní době narůstajících cen energií se začínají klást čím dál tím větší požadavky na omezení úniku tepla z objektu. Jednou z možností omezení ztrát tepla je dodatečná tepelná izolace objektu, což nezávisí pouze na volbě druhu izolačního materiálu, ale také na řešení specifických detailů stavby.

Příspěvek se zaměřuje na řešení detailů spodní stavby montovaných objektů bytové výstavby, soustavy BP-70 [3] z vnější strany. Pojednává o rozdílech průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry při různých variantách tepelné izolace základových konstrukcí a suterénní části panelového objektu. Posuzování vybraných detailů [3] je prováděno porovnáním výsledků tepelnětechnického posouzení konstrukcí namodelovaných v počítačovém software Area 2007 [6].

2 Konstrukční soustava BP-70

2.1 Skladba obvodových konstrukcí

Obvodové panely jsou železobetonové vrstvené, tloušťky 270 mm (150 mm železobeton + 60 mm tepelná izolace + 60 mm železobeton). Tepelněizolační vrstvu tvoří desky z pěnového polystyrénu. Na obr.1 je znázorněna skladba obvodových stěn, styk obvodových panelů a stropního panelu, skladba podlahových konstrukcí v 1.PP a 1.NP. Tepelná izolace podlahy v 1.NP je vytvořena kotvením Lignoporu o tl. 25 mm ke spodnímu líci stropního panelu v 1.PP.

Obr.1 BP-70: Styk stropního a obvodových panelů, skladba podlahových kcí v 1.PP a 1.NP [3]

2.2 Modelované konstrukce

Celkem bylo posouzeno 7 variant detailu suterénní části panelového objektu konstrukční soustavy typu BP-70. Posuzovaný detail, modelovaný v programu Area 2007 [6], se skládá z betonového základového pásu, obvodové stěnové konstrukce přilehlé k zemině, podlahové konstrukce 1.PP a 1.NP (včetně stropní konstrukce 1.PP).

Ve variantě 1 jsou všechny konstrukce bez teplené izolace. U varianty 2 je do podlahové konstrukce 1.PP přidána tepelná izolace Rockwool Dachrock o tl. 120 mm. Varianta 3 navíc obsahuje zateplení podzemní části tepelnou izolací Austrotherm 50 XPS-G o tl. 150 mm. Ve variantě 4 je zateplení podzemní části protaženo v tl. 100 mm přes základ až k základové spáře. U varianty 5 je tepelná izolace protažená 400 mm nad terén. Ve variantě 6 je základ opatřen tepelnou izolací o tl. 100 mm také z vnitřní strany. Varianta 7 posuzuje zateplení stěnové konstrukce z interiéru tepelnou izolací Austrotherm o tl. 100 mm.

Nastíněný problém je zde řešen pouze teoreticky, proto nebyly brány v úvahu možné problémy vzniklé případnou změnou světlé výšky a zmenšením půdorysné plochy místností v 1.PP. Při dodatečném vložení tepelné izolace do podlahové konstrukce (tl. 120 mm, varianta 2) by musely být výškově posunuty dveřní otvory a hlavně by se snížila světlá výška místností v 1.PP přibližně na 2,5 m, což nevyhovuje požadované minimální světlé výšce 2,6 m [2]. Vlivem případného provádění zateplení z interiéru (tl. 100 mm, varianta 7) by také došlo ke zmenšení půdorysné plochy místností v 1.PP. Snížená světlá výška by musela být schválena příslušným hygienickým úřadem, jehož stanovisko by mohlo být kladné - jelikož prostor 1.PP není užíván k trvalému pobytu osob.

Obr.2 Skladby obvodových konstrukcí detailů: V1, V3, V6, V7

Skladby modelovaných obvodových konstrukcí:

	Tl.[mm]	V1-V2	V3-V4	V5-V6	V7
tepelná izolace Austrotherm 50 XPS-G	100				ano
obvodová stěna: železobeton	150	ano	ano	ano	ano
obvodová stěna: pěnový polystyren	60	ano	ano	ano	ano
obvodová stěna: ľelezobeton	60	ano	ano	ano	ano
izolace proti zemní vlhkosti 2x Bitagit S35	7	ano	ano	ano	ano
tepelná izolace Austrotherm 50 XPS-G	150		ano	ano, vytažená 400 mm nad terén
přizdívka z cihel plných pálených	65	ano			ano

A1) Skladba obvodové stěny (od interiéru směrem k exteriéru)

	Tl. [mm]	V1	V2-V7
nášlapná vrstva podlahy - cementový potěr	15	ano	ano
betonová mazanina	35	ano	ano
betonová mazanina II	80	ano	ano
pomocná hydroizolace - 1x Bitagit S 35	3,5		ano
tepelná izolace - Rockwool Dachrock	120		ano
izolace proti zemní vlhkosti 2x Bitagit S35	7	ano	ano
betonová mazanina	100	ano	ano
rostlý terén	-	ano	ano

A2) Skladba podlahové konstrukce - 1.PP (od interiéru 1.PP směrem k exteriéru)

	Tl. [mm]	V1-V3, V7	V4-V5	V6
tepelná izolace - Austrotherm 50 XPS-G	100			ano
základový pás z betonu hutného 600x600 mm	600	ano	ano	ano
tepelná izolace - Austrotherm 50 XPS-G	100		ano	ano

A3) Skladba základové konstrukce

	Tl. [mm]	V1-V7
nášlapná vrstva podlahy - PVC	3	ano
nášlapná vrstva podlahy - lepidlo	2	ano
potěr cementový	45	ano
stropní konstrukce:	železobeton	150
tepelná izolace Lignopor	25	ano

A4) Skladba podlahové konstrukce - 1.NP (od interiéru 1.NP směrem k 1.PP)

3 Popis okrajových podmínek

Objekt je situován do teplotní oblasti Ostravy. Převážná část řešeného detailu leží pod úrovní terénu. Interiér podzemního podlaží (1.PP) je uvažován jako vytápěné vedlejší prostory s vnitřní teplotou vzduchu 15 °C. Jelikož se v přízemí nacházejí byty, jsou interiérové podmínky zvoleny jako u obytné místnosti.

a)	zemina:	θgr = 5 °C;	φgr = 100 %;	Rse = 0,04 m2K/W
b)	exteriér:	θa,e = -15 °C;	φe = 84 %;	Rse = 0,04 m2K/W
c)	interiér 1.PP:	θa,i = 15 °C;	φi = 50 %;	Rsi = 0,25 m2K/W
d)	interiér 1.NP:	θa,i = 21 °C;	φi = 50 %;	Rsi = 0,25 m2K/W

Veličiny [1]:

θ_gr / θ_a,e / θ_a,i = teplota zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu,
φ_gr / φ_e / φ_i = relativní vlhkost zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu,
R_se / R_si = tepelný odpor při přestupu tepla na vnější / vnitřní straně konstrukce
λ = součinitel tepelné vodivosti
μ = faktor difuzního odporu

4 Tepelnětechnické posouzení obvodových konstrukcí

Tepelnětechnické posouzení podzemních konstrukcí se skládá z posouzení obvodových stěn a podlah. Tepelnětechnické posouzení bylo provedeno v souladu s ČSN 73 0540-2 [1].

1. Tepelnětechnické posouzení obvodových stěn:
   1. posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu f_R,si [-]
   2. posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m².K)]
   3. posouzení kondenzace vodní páry uvnitř stěny M_c [kg/(m².a)]
2. Tepelnětechnické posouzení podlahových konstrukcí:
   1. posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu f_R,si [-]
   2. posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m².K)]
   3. posouzení kondenzace vodní páry uvnitř podlahové konstrukce Mc [kg/(m².a)]
   4. posouzení poklesu dotykové teploty podlahy Δθ₁₀ [-]

Popis konstrukce		UN [W/(m2.K)]
		Požadované	Doporučené
Stěna vnější	těžká	0,38	0,25
Podlaha/stěna přilehlá k zemině (kromě případů podle pozn.2)		0,60	0,40

Tab.1 Vybrané požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla U_N
pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θ_im = 20 °C dle [1]

Ozn.	Tl. [mm]	Popis	Povrchová teplota			Součinitel prostupu tepla [W/(m2.K)]				Teplotní faktor
			tsi,n [°C]	tsi [°C]	p	Un	* Un	Uk	p	fR,si,n [ - ]	fR,si [ - ]	p
Stěna
V1	342	Obvodová	8,40	11,07	s	0,38	0,25	0,52	n	0,793	0,869	s
V3	427	Obvodová	8,40	13,90	s	0,38	0,25	0,15	s	0,793	0,963	s
V5	427	Obvodová	8,40	13,90	s	0,38	0,25	0,15	s	0,793	0,963	s
V7	377	Obvodová	8,40	13,55	s	0,38	0,25	0,19	s	0,793	0,952	s
Podlaha
V1	237	Cement. potěr	8,40	10,09	s	0,60	0,40	1,96	n	0,799	0,509	n
V2	360	Cement. potěr	8,40	14,22	s	0,60	0,40	0,31	s	0,799	0,922	s

Tab.2 Seznam jednorozměrných kcí a vyhodnocení jejich tepelnětechnického posouzení dle [7],
viz [5]: p = požadavky, s = p splněny, n = p nesplněny, * = doporučené hodnoty

Varianta	Popis	Teplotní faktor
		fR,si,n [ - ]	fR,si [ - ]	p
V1	Všechny konstrukce nezateplené	0,793	0,879	s
V2	V1 + v podlahové kci 1.PP přidána TI tl. 120 mm	0,793	0,878	s
V3	V2 + zateplení podzemní části obvodové stěny TI tl. 150 mm	0,793	0,884	s
V4	V3 + svislá TI protažena v tl. 100 mm přes základ	0,793	0,884	s
V5	V4 + svislá TI protažena 400 mm nad terén	0,793	0,914	s
V6	V5 + základ opatřen TI tl. 100 mm z obou stran	0,793	0,914	s
V7	V2 + zateplení stěnové kce z interiéru TI o tl. 100 mm	0,793	0,956	s

Tab.3 Seznam dvourozměrných konstrukcí a vyhodnocení jejich tepelnětechnického posouzení dle [6],
viz [5]: p = požadavky, s = požadavky splněny, n = požadavky nesplněny

V tabulce tab.1 jsou uvedeny požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN u vybraných - zde posuzovaných - stavebních konstrukcí (stěna vnější, podlaha) pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θ_im = 20°C dle [1].

Tabulky tab.2 a tab.3 shrnují vyhodnocení tepelnětechnického posouzení všech zde posuzovaných konstrukcí, jejichž seznam a skladba je uvedena v bodě A1-A4 (V1-V7).

4.1 Výstupy dle [1], viz [5]

V této části jsou vybrány nejdůležitější výstupy z tepelnětechnického posouzení obvodových konstrukcí, které je provedeno v počítačovém programu Area 2007 [6]. Textové výstupy jsou obsahem Přílohy 1 - Tepelnětechnické posouzení podzemních obvodových konstrukcí viz [5]. Požadavky na teplotní faktory f_R,si,n < f_R,si dle [1] jsou u všech posuzovaných detailů splněny.

Obr.3 Způsob zadávání okrajových podmínek u nepodsklepených a podsklepených objektů [4]

4.2 Grafické výstupy

Na níže uvedených obrázcích (Obr.4-Obr.7) jsou znázorněny: porovnání průběhů izoterm a teplotních polí, rozložení relativních vlhkostí a kondenzace vodní páry v jednotlivých detailech. Pro každý detail je grafické znázornění vyčleněno samostatně.

Obr.4 Porovnání průběhů izoterm v jednotlivých detailech: V1,V3,V6,V7 (ostatní varianty viz [5])

Obr.5 Porovnání průběhů teplotních polí v jednotlivých detailech: V1,V3,V6,V7 (ostatní varianty viz [5])

Obr.6 Rozložení relativních vlhkostí v jednotlivých detailech: V1,V3,V6,V7 (ostatní var. viz [5])

Obr.7 Kondenzace vodní páry v jednotlivých detailech: V1, V3, V6, V7 (ostatní varianty viz [5])

5 Závěr

V tomto příspěvku je řešeno tepelnětechnické posouzení spodní stavby u podsklepených objektů panelové soustavy BP-70. Jsou posuzovány a porovnávány tepelnětechnické vlastnosti detailů kritických míst - styku podlahové a stěnové konstrukce nad základem - představujících možné tepelné mosty, vznik kondenzace vodní páry v konstrukci a pokles povrchové teploty.

Při návrhu skladby jednotlivých obvodových konstrukcí je využito informací o panelové konstrukční soustavě typu BP-70 [3]. Při volbě materiálů byly dodržovány určité zásady: Obvodové konstrukce např. splňují požadavek na hodnotu součinitele prostupu tepla U (dle [1], viz [4]).

Tepelné mosty v konstrukci mohou do značné míry znehodnotit jinak celkově dobrou tepelnětechnickou koncepci stavby, jelikož v místě tepelného mostu dochází k nadměrným tepelným ztrátám (v otopném období), a také ke kondenzaci vodní páry - důsledek poklesu povrchové teploty konstrukce pod teplotu rosného bodu.

Při porovnávání tepelnětechnických vlastností u detailů položených do stejného prostředí (se stejnými okrajovými podmínkami: t_i = 15 °C, t_gr = 5 °C, φ_i = 50 %, φ_gr = 100 %, #) má zásadní vliv na průběh povrchových teplot v koutě v interiéru materiál obvodové stěny a umístění tepelné izolace v podlaze a popř. z vnější strany obvodové zdi. U jednotlivých výše navržených variant je největší rozdíl vnitřních povrchových teplot v kritickém místě právě mezi V1 a V2 o cca 0,1 °C. Rozdíl mezi těmito dvěma detaily je v tom, že ve V2 je oproti V1 do podlahové konstrukce přidána tepelná izolace tl. 120 mm. Po následném přidání tepelné izolace tl. 150 mm také z vnější strany obvodové zdi (V3) je rozdíl vnitřních povrchových teplot v kritickém místě mezi V2 a V3 větší - cca 0,24 °C, což je zapříčiněno dobrými tepelněizolačními vlastnostmi přidané tepelné izolace.

Umístění tepelné izolace na boční straně základového pasu má jen malý vliv na průběh povrchových teplot v koutě v interiéru, avšak má výrazný vliv na velikost tepelných ztrát koutem (tzn. průběh teplot v zemině, v základovém pásu, v podlahových vrstvách i v části obvodové stěny v místě koutu). V detailu V4 je oproti detailu V3 na boční straně základového pásu z vnější strany přidána tepelná izolace tl. 100 mm, což má za následek zvýšení povrchových teplot v koutě v interiéru o cca 0,26 °C; to však také znamená zmenšení tepelných ztrát koutem. Při následném zateplení základového pásu také z vnitřní boční strany (tzn. základ je obložen tepelnou izolací z obou stran), je průběh teplot mezi V5 a V6 skoro totožný - 0,03 °C (bývá spíše ovlivněno hloubkou založení základu - čím hlouběji je založená stavba, tím menší je rozdíl teplot).

V detailu V7 je obvodová stěnová konstrukce zateplena z vnitřní strany. Toto řešení přináší mnoho rizik. Zde je styk stěnové a podlahové konstrukce výrazně tepelně namáhán. Špatně provedené zateplení může být příčinou navlhnutí konstrukce vodní párou, čímž se pak sníží tepelněizolační schopnosti stavebního materiálů konstrukce a může dojít k napadení konstrukce plísněmi nebo houbami.

K zajištění požadovaných vnitřních povrchových teplot stačí provést vhodný návrh obvodové stěny a tepelné izolace v podlaze, popřípadě umístění tepelné izolace v místě soklu. Protažení tepelné izolace na boční stranu základového pásu je vhodné z důvodu snížení tepelných ztrát tímto koutem.

Literatura

[1] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha, Český normalizační institut, 2007, 44 s.
[2] ČSN 73 4301 Obytné budovy. Praha, Český normalizační institut, 2004, 28 s.
[3] GREŠKO, D., ADAMSKÁ, G.: Ateliérová tvorba - konštrukčný detail, Panelové konštrukčné sústavy. Bratislava, Edičné stredisko SVŠT v Bratilave, 1984, ČÚKK Š-331/66.
[4] VAVERKA, J. a kol.: Stavební tepelná technika a energetika budov. Brno, VUTIUM, 2006, 648 s., ISBN 80-214-2910-0.
[5] SOUČKOVÁ, B.: Tepelně technické posouzení spodní stavby panelové soustavy typu BP-70 In Zborník príspevkov z konferencie s medzinárodnou účasťou Poruchy a rekonštrukcie obvodových plášťov a striech. Slovensko, Košice, Technická univerzita - Katedra fyziky budov, 2008, 221 s., ISBN 978-80-232-0290-8.
[6] SVOBODA, Z.: Area 2007. Výpočtový program pro PC.
[7] SVOBODA, Z.: Teplo 2007. Výpočtový program pro PC.