Zásady navrhování šikmých střech
Článek je úvodem hlavních zásad návrhu šikmých střech především z pohledu tepelné ochrany budov. Zabývá se skladbou těchto konstrukcí s ohledem na polohu tepelněizolační vrstvy a probírá zásady, jejichž dodržení je nezbytné pro kvalitní návrh jednotlivých vrstev i střešního souvrství jako celku.
Úvod
Šikmé střešní konstrukce se v posledních letech těší značnému zájmu jak projektantů, tak i investorů a uživatelů budov. Příčinu tohoto jevu je třeba spatřovat především ve snaze o efektivní využití podkroví, kde obvykle lze realizovat atypické, často mimořádně rozlehlé a exkluzivní uživatelské prostory. Pro předcházení vadám a poruchám šikmých střešních konstrukcí je třeba znát základní funkční principy tohoto typu střešních plášťů a respektovat pravidla pro návrh jednotlivých částí šikmého střešního souvrství. Následující text se bude zabývat problematikou návrhu šikmých střešních plášťů především z pohledu jejich tepelně technických vlastností.
Skladba střešního pláště
Skladba šikmého střešního pláště, kterou dnes již můžeme nazývat skladbou klasickou, má v podstatě ustálené pořadí jednotlivých vrstev, vycházející z fyzikálního principu funkce této střechy, které však lze v závislosti na okrajových a materiálových podmínkách mírně upravovat.
Tradiční skladba šikmého střešního pláště zahrnuje obvykle následující vrstvy – směrem od exteriéru k interiéru:
- střešní krytina,
- větraná vzduchová vrstva,
- doplňková hydroizolační vrstva,
- tepelná izolace,
- parotěsnicí a vzduchotěsnicí vrstva,
Tepelně izolační vrstva
Poloha tepelně izolační vrstvy je z hlediska koncepce návrhu šikmého střešního pláště rozhodujícím faktorem. S ohledem na současné požadavky na tepelně izolační vlastnosti střešních konstrukcí tloušťka této vrstvy dosahuje hodnoty až 300 milimetrů, u energeticky pasivních domů to někdy jsou hodnoty ještě vyšší. Kromě zcela specifických případů je tedy nemožné uložit tepelně izolační vrstvu střešního pláště pouze mezi krokve.
Ve vztahu ke krokvím – jako k nosnému elementu střešní konstrukce – může být poloha tepelně izolační vrstvy následující:
- tepelně izolační vrstva mezi krokvemi
- tepelně izolační vrstva pod krokvemi
- tepelně izolační vrstva nad krokvemi.
Materiály tepelných izolací souhrnně
Umístění tepelně izolační vrstvy mezi krokvemi přináší jako základní nevýhodu vznik systémového tepelného mostu tvořeného krokví, která narušuje celistvost tepelně izolační vrstvy a tím degraduje její tepelně izolační vlastnosti.
Tepelně izolační vrstva nad krokvemi má naopak zásadní výhodu v totální eliminaci těchto tepelných mostů. Další její výhodou je možnost vytvoření této vrstvy z velkoplošných dílců (často i kompletizovaných), které jsou jednak s ohledem na použitý materiál vodotěsné, jsou navzájem spojovány zámkovým systémem a bezprostředně v jejich konstrukci je často řešeno i upevnění jednotlivých prvků střešní krytiny. Nevýhodou tohoto systému je poměrně velká tloušťka izolantu nad nosnou konstrukcí střechy, která výrazně ovlivňuje vzhledové vlastnosti nejen střechy, ale i celého objektu, což je z pohledu mnoha architektů zcela zásadní a těžko překonatelný problém. Použitím vysoce kvalitních izolačních materiálů s extrémními hodnotami součinitele tepelné vodivosti lze však tento nepříznivý jev částečně ovlivnit.
Tepelně izolační vrstva pod krokvemi se sice neprojevuje na vzhledu budovy, při současných tloušťkách tepelných izolací ale výrazně snižuje vnitřní obestavěný prostor a navíc je obvykle degradována závěsným systémem pro kotvení nosného roštu vnitřních plášťových desek, který má nepříznivý vliv i na funkční vlastnosti parozábrany, s níž může být v kolizním vztahu.
Nejčastěji využívaným řešením je proto kombinace výše uvedených způsobů umístění tepelně izolační vrstvy, a to ať se jedná o kombinaci dvou uvedených možností (izolace mezi krokvemi a nad krokvemi nebo izolace mezi krokvemi a pod krokvemi), nebo dokonce všech tří variant (izolace mezi krokvemi, pod krokvemi i nad krokvemi).
Materiálové řešení tepelně izolační vrstvy vychází z preference vláknitých izolačních materiálů ve formě tužších desek, které při umístění mezi krokvemi nevyžadují žádné fixační prvky – toto řešení jednak využívá lepších difúzních vlastností vláknitých materiálů, jednak snazší zpracovatelnosti vláknitých desek a lepší opracovatelnosti jednotlivých konstrukčních detailů střešního pláště – tím se současně řeší i otázka prevence vzniku tepelných mostů při nekvalitně provedených izolatérských pracích.
Větraná vzduchová vrstva
Větraná vzduchová vrstva se navrhuje téměř u všech střešních krytin a slouží k bezpečnému odvedení vodní páry, difundující z interiéru do střešního pláště a případnému zamezení kondenzace vodní páry na spodním líci střešní krytiny. K vytvoření této vrstvy se nejčastěji používá kontralatí.
Minimální tloušťka vzduchové vrstvy je dána hodnotou 40 mm, při nižších sklonech a velké délce vzduchové vrstvy se její rozměr zvětšuje. Pro zajištění potřebného proudění vzduchu v této vrstvě, která funguje na principu komínového efektu, je třeba navrhnout systém otvorů pro přívod a odvod větracího vzduchu. Ideální řešení pro přívodní otvory je průběžná větrací štěrbina, situovaná u paty střešní konstrukce – odvětrání se řeší buď speciálními tvarovkami, umístěnými těsně pod vrcholem každého větracího pole nebo speciální úpravou, provedenou ve hřebenu střechy. Všechny takovéto otvory musí být zabezpečeny proti nepříznivým účinkům větrem hnaného deště (nejlépe žaluzií z nekorodujícího materiálu) a opatřeny síťkou (také nekorodující) proti vnikání hmyzu do dutiny střechy. Velikost a rozteč těchto otvorů i tloušťka větrané vzduchové vrstvy by měly být ověřeny výpočtovým hodnocením rychlosti proudění vzduchu a průběhu parciálních tlaků vodní páry v této vrstvě.
Doplňková hydroizolační vrstva
Doplňková hydroizolační vrstva ve skladbě šikmého střešního pláště má především funkci hydroizolační. Jistí pod ní ležící tepelně izolační vrstvu před srážkovou vodou, která může do střešního pláště proniknout v důsledku lokální ztráty vodotěsnosti střešní krytiny. Tuto funkci vrstva plní i v případech, kdy z jakýchkoliv důvodů dojde ke kondenzaci vodní páry na spodním líci střešní krytiny a vzniklý kondenzát odkapává do prostoru tepelné izolace. Za určitých podmínek lze vodotěsnosti této vrstvy využít i v období montáže střešního pláště, kdy slouží jako provizorní ochranná vrstva. Nezanedbatelné je i fungování této vrstvy jako větrové zábrany, zabraňující pronikání vnějšího studeného vzduchu do struktury tepelného izolantu a preventivně zabraňující degradaci tepelně izolační vrstvy.
V současné době jsou preferovány tak zvané kontaktní fólie, které se ukládají přímo na tepelněizolační vrstvu. Použití dříve hodně využívaných nekontaktních mikroperforovaných fólií, které vyžadují vytvoření odvětrávané vzduchové vrstvy mezi touto fólií a tepelněizolační vrstvou (čímž v podstatě vznikne tříplášťová provětrávaná střecha) se v současné době nedoporučuje, protože takováto skladba přináší problémy spojené s realizací a umožňuje průnik venkovního studeného vzduchu do tepelného izolantu. Navíc v důsledku provětrávání nepřispívá tento typ doplňkové hydroizolační vrstvy ke zvýšení vzduchotěsnosti střešního pláště a o dlouhodobé spolehlivosti takovéhoto střešního souvrství vznikaly často oprávněné pochybnosti.
V každém případě se však vyžaduje, aby doplňková hydroizolační vrstva byla vyvedena mimo střešní plášť a byla odvodněna tak, aby voda stékající po doplňkové hydroizolační vrstvě nepoškozovala navazující konstrukce.
Zcela logicky je pak třeba zajistit, aby doplňková hydroizolační¨vrstva, která jednak umožňuje prostup vodní páry z podstřešního prostoru do větrané vzduchové vrstvy a naopak chrání tepelněizolační vrstvu před srážkovou a zkondenzovanou vlhkostí, byla uložena do střešního souvrství ve správné poloze.
Parotěsnicí vrstva
Parotěsnicí vrstva v šikmém střešním plášti se navrhuje na základě výsledků numerického tepelně technického hodnocení konstrukce. Její funkce spočívá nejenom v omezení toku vodní páry do skladby střešního souvrství, ale má i další velmi důležitou funkci – obvykle zajišťuje také vzduchotěsnost této konstrukce, což je schopnost velmi důležitá především z hlediska energetického.
Na zajištění vzduchotěsnosti střešního pláště se podílejí i některé další vrstvy střešního souvrství, které jsou s ohledem na svoje technicko-fyzikální vlastnosti a použitou technologii uložení vrstvy v konstrukci schopny tuto důležitou funkci spolehlivě a dlouhodobě garantovat. Jedná se především o doplňkovou hydroizolační vrstvu, případně i o vnitřní pohledovou konstrukci, omítku apod.
Materiálové řešení parozábrany nejčastěji vede při montáži zespodu na použití speciálních fóliových materiálů, U skladeb střech s tepelnou izolací umístěnou výhradně nad krokvemi, kde se provádí parotěsnicí vrstva shora, se používají i težké materiály - asfaltové pásy apod. Z fyzikálního hlediska je ideální jejich poloha co nejblíže interiérové straně konstrukce. Tento požadavek je však v konfliktu s požadavkem na celistvost parotěsnicí vrstvy, která je nezbytná pro zachování jejích očekávaných funkčních vlastností. Je dlouhodobě známo a řadou experimentů potvrzeno, že pokud perforace, mechanická poškození a další imperfekce v celistvosti parotěsné vrstvy dosahují hodnoty jednoho procenta plochy této vrstvy, je parotěsná vrstva z funkčního hlediska zcela neúčinná a tudíž bezcenná. Z tohoto pohledu je třeba navrhovat polohu parozábrany tak, aby byl minimalizován počet prostupů všech závěsných a instalačních prvků a aby se omezil i vliv dalších prvků, degradujících tuto vrstvu. Proto se velmi často při skladbě s tepelnou izolací mezi krokvemi a pod krokvemi ustupuje od ideální polohy parozábrany na zadní straně vnitřní plášťové desky a parozábrana se situuje mírně do vrstvy tepelné izolace, takže za vnitřní plášťovou deskou vzniká prostor o tloušťce cca 50 milimetrů, použitelný pro rozvod instalací včetně zcela bezkolizního vyústění těchto instalací na vnitřní povrch střešního pláště. V některých případech se tento instalační meziprostor ponechává i bez vyplnění tepelnou izolací.
Pro spolehlivou funkci parozábrany je třeba nejenom omezit možnosti její degradace jinými konstrukčními prvky, ale zajistit i její těsnost především ve vzájemných stycích jednotlivých izolačních pásů, tak i v návaznosti na okolní konstrukce (příčné stěny, stropní konstrukce, okenní rámy a podobně), kde je aktuální nebezpečí pronikání vlhkého vzduchu do prostoru za parozábranu, a tím i jednoznačná šance pro funkční kolaps této velmi důležité vrstvy. Pro napojení parozábrany na navazující konstrukce se používající samolepicí pásky odpovídajícího typu a kvality, pro napojení jednotlivých pásů parozábrany již řada výrobců používá samolepicí vrstvy, které jsou integrální součástí parozábrany. Nově se objevují i speciální parotěsnicí tmely.
Funkci parozábrany lze v řadě případů jednoduše a spolehlivě prověřit provedením blower–door testu, který se obvykle realizuje dvakrát, a to po montáži parotěsné vrstvy a následně i po dokončení všech stavebních prací. O reálném nebezpečí nedokonalé funkce parotěsné vrstvy v souvislosti s vlivem lidského faktoru jak při návrhu tak i při pokládce této vrstvy svědčí i fakt, že řada specialistů při výpočtovém hodnocení konstrukcí s parotěsnou vrstvou cíleně uvažuje s degradací této vrstvy snížením jejího faktoru difuzního odporu – často se jedná o snížení v úrovni jednoho, extrémně i dvou řádů. I tento fakt je důkazem snahy o zobrazení funkce parozábrany v jejím naprosto reálném stavu a provedení výpočtového hodnocení střešní konstrukce v situaci, odpovídající v co nejvyšší možné míře skutečnosti.
Difúzně otevřené střešní pláště
Tento typ obvodových konstrukcí nabývá v současné době stále většího významu. Jedná se o skladby, v nichž se používá speciálních materiálů s příznivými hodnotami faktoru difúzního odporu a poměrně vysokou akumulační schopností. Difúzně otevřené konstrukce nepoužívají parozábranu a kondenzace vodní páry v takovýchto konstrukcích je buď zcela vyloučena nebo velmi výrazně omezena. Difuzně otevřeným skladbám se budeme věnovat v některém z příštích článků.
Závěr
Návrh šikmého střešního pláště z hlediska stavební tepelné techniky představuje řešení komplexu navzájem provázaných a na sobě závislých problémů, což vyžaduje nejenom značné penzum odborných znalostí a zkušeností, ale i použití výpočtových metod k ověření funkčních vlastností střešního pláště a kvalifikovaný návrh jednotlivých konstrukčních detailů. Rutinní návrh bez výpočtového ověření není garancí správné a bezchybné funkce střešního pláště a jeho dlouhodobé spolehlivosti a vysoké míry životnosti.
The paper deals with the main rules for inclined roofs design from the thermal protection of buildings perspective in the first row. The text follows up the composition of these structures with the respect to the position of thermo insulation layer and in depth discuss the important rules for quality design both individual roof structures layers and whole roof compositions.