Drevené prvky v kondenzačnej zóne
Zmena materiálov, absencia stavebných prvkov, úprava skladby vrstiev, aplikácia lacnejších alternatív – toto sú bežné situácie v stavebnej praxi. V určitých prípadoch sú tieto modifikácie bez následkov, v takejto situácii je však okrem iného potrebné zohľadniť fyzikálne zákony. Článok sa venuje práve prípadu, v ktorom bola vykonaná zámena konštrukcie – namiesto železobetónovej stropnej dosky zhotoviteľ zvolil konštrukciu drevenú. Drevo má značne odlišné vlastnosti ako železobetón, je teda potrebné zohľadniť hneď niekoľko aspektov ako napríklad statické pôsobenie, tepelnotechnické vlastnosti a v neposlednom rade – čomu sa venuje aj tento článok – tepelnovlhkostné pomery v priereze, resp. v skladbe konštrukcie. Sú uvedené možné dôsledky a je navrhnuté najvhodnejšie riešenie – úprava skladby tejto konkrétnej stropnej konštrukcie tak, aby spĺňala funkčné požiadavky.
1. Popis posudzovanej konštrukcie a materiálov
Riešený rodinný dom je jednopodlažný s plochou jednoplášťovou strechou (Tab. 1, Obr. 7a). Obvodové stenové konštrukcie sú vyhotovené ako murované s pórobetónových tvárnic. Predmetná strešná konštrukcia je jednopláštová plochá strecha s nosnou konštrukciou z drevených trámov rozmerov 240 mm × 60 mm v osovom rozpone 620 mm, medzi ktorými je umiestnená minerálna vlna hrúbky 300 mm. Ako záklop sú použité OSB dosky hrúbky 20 mm (Obr. 1, Obr. 2). Na tieto dosky zhotoviteľ neskôr položil EPS hrúbky 100 mm (v mieste vykonanej sondy).
Na spodnej strane konštrukcie, pod trámami, je umiestnená parozábrana, ktorej účelom by malo byť zabránenie prenikania vlhkosti do konštrukcie strechy. Uloženie tejto vrstvy je delikátna záležitosť.
Avšak funkcia parozábrany je v tomto prípade významne narušená početnými perforáciami, čo je zohľadnené aj v rámci výpočtu – automatickým prepočítaním faktora difúzneho odporu softvérom (perforácie skrutkami kotviacimi sadrokartón a veľkým množstvom inštalačných priestupov napr. el. káblov pre osvetlenia, Obr. 4, Obr. 5). V prípade akéhokoľvek ďalšieho kotvenia do konštrukcie sadrokartónu (napr. kotvenie svietidiel) bude funkčnosť parozábrany degradovaná ešte ďalej.
Obr. 1 Pohľad na rozostavaný posudzovaný strešný plášť
Obr. 2 Pohľad na záklop z OSB dosiek posudzovanej strechy
| č. | materiál | hrúbka [mm] |
|---|---|---|
| 1. | Sadrokartón | 12,5 |
| 2. | Fóliová parozábrana | 0,2 |
| 3. | Minerálna vlna (v dvoch vrstvách, prerušená nosnými drevenými prvkami) | 300 |
| 4. | OSB | 20 |
| 5. | EPS 100 | 100 |
| 6. | Hydroizolačná fólia BAUDER 1,5 mm (separovaná geotextíliou 300 g/m2) | 1,5 |
Obr. 3 Pohľad na hrúbku EPS (100 mm) vo vykonanej sonde
Obr. 4 Perforácie parozábrany (neupravené – neprelepené)
Obr. 5 Detail neupravenej perforácie parozábrany
2. Fyzikálne posúdenie strešného plášťa
2.1 Vstupné hodnoty
Bol posúdený fragment stropnej konštrukcie (strechy) predmetnej stavby. Na tento účel bol použitý softvér Deksoft v 3.1.7. Sú uvedené najmä vstupy a výstupy súvisiace s podúdením problematiky vlhkosti v konštrukcii, rešpektujúc platné STN normy. Pre vrstvu 3 (minerálna vlna prerušená trámami) sú uvedené ekvivalentné hodnoty, teda hodnoty zohľadňujúce nehomogenitu tejto vrstvy. Faktor difúzneho odporu vrstvy 2 (fóliová parozábrana) je prepočítaný so zohľadnením početnýc perforácií (18 722 voči bežným hodnotám rádovo 200 000) (Tab. 2). Okrajové podmienky prostredia v interiéri sú zvolené pre kúpeľňu ako kritickú miestnosť (Tab. 3).
| č. | názov vrstvy | hrúbka vrstvy d [m] | súčiniteľ tepelnej vodivosti | merná tepelná kapacita c (cekv) [J/(kg.K)] | objemová hmotnosť ρ (ρekv) [kg/m3] | faktor dif. odporu μ [–] | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| λ [W/(m.K)] | (λekv) [W/(m.K)] | ||||||
| 1 | Sadrokartón | 0,0125 | 0,220 | – | 1 060 | 750 | 9,0 |
| 2 | Fóliová parozábrana | 0,0002 | 0,390 | – | 1 700 | 850 | 18 772,0 |
| 3 | Minerálna vlna (v dvoch vrstvách, prerušená drevenými prvkami) | 0,3000 | 0,042 | (0,054) | (987) | (46) | 1,0 |
| 4 | OSB | 0,0200 | 0,150 | – | 1 580 | 630 | 40,0 |
| 5 | EPS 100 | 0,1000 | 0,037 | – | 1 270 | 19 | 30,0 |
| 6 | Hydroizolačná fólia BAUDER 1,5 mm (separovaná geotextíliou 300 g/m2) | 0,0015 | 0,160 | – | 960 | 1 400 | 20 000,0 |
| Okrajové podmienky: (interiér, kúpeľňa) | |||
|---|---|---|---|
| Návrhová vnútorná teplota | θi | 24,0 | °C |
| Návrhová teplota vnútorného vzduchu | θai | 23,0 | °C |
| Relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu | φi | 80 | % |
| Bezpečnostná vlhkostná prirážka | Δφi | 0 | % |
| Návrhová teplota vonkajšieho vzduchu | θe | −11,0 | °C |
| Návrhová relatívna vlhkosť vonkajšieho vzduchu | φe | 83 | % |
| Nadmorská výška budovy (terénu) | h | 150 | m.n.m. |
2.2 Výsledky posúdenia strešného plášťa
Z tabuľky 5 a obrázka 6 je zrejmé že ku kondenzácii dochádza na rozhraní OSB dosiek (vrstva 4) a minerálnej vlny (vrstva 3), resp. na 1. rozhraní. Tiež dochádza ku kondenzácii v priestore EPS (vrstva 5), medzi 2. a 3. rozhraním, čo však pre účel tohto článku nie je podstatné – neexistuje vplyv na drevené konštrukcie. Maximálne ročné množstvo skondenzovanej vodnej pary v konštrukcii je Mc,N = 0,100 kg/(m2.a). Množstvo kondenzátu len na 1. rozhraní v posudzovanej skladbe prevyšuje túto hodnotu, konkrétne Mc = 0,435 kg/(m2.a) – toto množstvo má vplyv na drevo.
| Vrstva s materiálom na báze dreva | 4 (resp. 3) | OSB (resp. Minerálna vlna prerušená drevenými prvkami) | |
|---|---|---|---|
| Hodnotenie pri extrémnych návrhových podmienkach: | |||
| V miestach s materiálom na báze dreva dochádza ku kondenzácii | ÁNO | ||
| Množstvo skondenzovanej vodnej pary v dreve | Mc,dr | 5,51e−8 | kg/(m2.s) |
| Hodnotenie pri priemerných návrhových podmienkach: | |||
| Maximálna vlhkosť vzduchu v mieste materiálu na báze dreva | φa | 100 | % |
| Teplota v mieste maximálnej vlhkosti | θ | 5,3 | °C |
| Kritická relatívna vlhkosť vzduchu | φcr | 83 | % |
| Hmotnostná vlhkosť dreva alebo materiálu na báze dreva prekročí 18 %. | |||
| Mes. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1. rozhranie | Vzdialenosť od vnútorného povrchu | x | 0,313 | m | |||||||||
| gc | [kg/m2] | 0,113 | 0,091 | 0,076 | 0,035 | 0,000 | −0,022 | −0,034 | −0,035 | −0,003 | −0,036 | 0,074 | 0,105 |
| Ma | [kg/m2] | 0,113 | 0,204 | 0,280 | 0,315 | 0,314 | 0,292 | 0,258 | 0,223 | 0,220 | 0,257 | 0,330 | 0,435 |
| 2. rozhranie | Vzdialenosť od vnútorného povrchu | x | 0,424 | m | |||||||||
| gc | [kg/m2] | 0,002 | −0,002 | 0,001 | −0,001 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,001 | −0,001 |
| Ma | [kg/m2] | 0,002 | 0,000 | 0,001 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,001 | 0,000 |
| 3. rozhranie | Vzdialenosť od vnútorného povrchu | x | 0,433 | m | |||||||||
| gc | [kg/m2] | 0,059 | 0,057 | 0,060 | 0,056 | 0,046 | 0,033 | 0,025 | 0,025 | 0,043 | 0,057 | 0,058 | 0,062 |
| Ma | [kg/m2] | 0,059 | 0,116 | 0,176 | 0,231 | 0,277 | 0,310 | 0,335 | 0,359 | 0,403 | 0,460 | 0,518 | 0,579 |
| Celkom | |||||||||||||
| Ma | [kg/m2] | 0,174 | 0,320 | 0,457 | 0,546 | 0,591 | 0,602 | 0,593 | 0,582 | 0,623 | 0,716 | 0,849 | 1,015 |
Obr. 6 Priebeh tlakov vodnej pary a výskyt kondenzácie v konštrukcii (---- skutočný čiastočný tlak vodnej pary, ---- čiastočný tlak nasýtenej vodnej pary, ---- teoretický čiastočný tlak vodnej pary, ---- rozhranie vrstiev)
3. Návrh konštrukčných úprav
Podľa tabuľky 4 je množstvo skondenzovanej vodnej pary v dreve 5,51e−8 kg/(m2.s), kedy hmotnostná vlhkosť dreva prekročí 18 %, čo má zásadný vplyv na jeho degradáciu. V prípade že skladba strechy ostane nezmenená (Obr. 7a), drevené konštrukcie môžu ďalej degradovať, kým sa dostanú do havarijného stavu ako na obrázku 9 alebo na obrázku 11.
Odporúčaný návrh riešenia je na obrázku 7b. Minerálna vlna (pôvodná vrstva 3) by mala byť odstránená. Všetky ostatné pôvodné vrstvy môžu ostať v nezmenenom stave. Nad vrstvou 6, teda nad pôvodnou povlakovou krytinou, musí byť pridaná vrstva novej tepelnej izolácie. Zároveň musia byť splnené tieto podmienky: (1.) Pridaná tepelná izolácia by nemala byť kotvená mechanicky – nemala by perforovať pôvodnú povlakovú krytinu (vrstva 6), ktorá bude v podstate plniť funkciu parozábrany. (2.) Tepelný odpor pridanej tepelnej izolácie musí tvoriť aspoň 60 % celkového tepelného odporu celej strešnej konštruckie. (3.) Tepelný odpor strešnej konštrukcie musí spĺnať platné tepelnotechnické normy. Týmto spôsobom sa posunie kondenzačná zóna mimo drevených prvkov, vytvorí sa takzvaná strecha „PLUS“.
Obr. 7 (a) Jestvujúci stav konštrukcie, skladba v Tab. 1 (resp. v Tab. 2), rozhranie kondenzácie na Obr. 6 (b) navrhované riešenie jestvujúcej konštrukcie – bez kondenzácie v drevených prvkoch
Obr. 8 Pohľad na rozostavanú posudzovanú nosnú konštrukciu
Obr. 9 Strecha obdobnej konštrukcie 2 roky od realizácie (foto M. Kováč)
Obr. 10 Pohľad na rozostavanú posudzovanú nosnú konštrukciu
Obr. 11 Strecha obdobnej konštrukcie 8 rokov od realizácie (foto M. Kováč)
4. Záver
Článok sa vyjadroval ku konštrukcii strešného plášťa nad interiérovým prostredím rodinného domu z pohľadu tepelno-vlhkostného režimu. Nevyjadruje sa ku žiadnym iným častiam a konštrukčným prvkom stavby. Z hľadiska vlhkostného stavu je strecha realizovaná nevhodne. V procese hromadenia sa skondenzovanej vlhkosti v častiach strechy, kde sa nachádzajú drevené konštrukcie, môže dochádzať k významným defektom, ktoré sa v praxi na podobne riešených objektoch začínajú objavovať vo veľkom rozsahu (Obr. 9, Obr. 11). Drevené konštrukcie v takto konštruovanej streche majú vysoký potenciál podliehať procesom hnitia a tým môžu byť ohrozené aj statické vlastnosti nosných prvkov (trámov). Uvedenú konštrukciu strechy je nevyhnutné opraviť. V časti 3 bol navrhnutý postup opravy už skonštruovanej skladby, kedy sa vytvorí takzvaná strecha „PLUS“. Okrem nevyhovujúcich parametrov v oblasti tepelnej techniky je zrealizovaná konštrukcia strechy v rozpore s normou STN 73 19 01- Navrhovanie striech.
5. Literatúra
- STN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Časť 2: Funkčné požiadavky. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie, 2012. 32 s.
- STN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Časť 3: Vlastnosti prostredia a stavebných výrobkov. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie, 2012. 68 s.
- STN EN ISO 6946 Stavebné konštrukcie. Tepelný odpor a súčiniteľ prechodu tepla. Výpočtové metódy. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie, 2008. 32 s.
- STN EN ISO 13788 Tepelno-vlhkostné vlastnosti stavebných dielcov a konštrukcií. Vnútorná povrchová teplota na vylúčenie kritickej povrchovej vlhkosti a kondenzácie vnútri konštrukcie. Výpočtové metódy. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie, 2013. 44 s.
- Mrlík F.: Difúzní konstanty některých stavebních látek a konstrukcí, VÚPS, 1980.
Funkce plastové fólie jako parozábrany a také jako vzduchotěsnicí vrstvy v této skladbě střechy je klíčová. Pokud ve skladbě není jiná vrstva, která by účinně zamezovala proudění vzduchu z interiéru do skladby konstrukce, dochází přirozeně k popsaným problémům. Jinak na jednoplášťové skladbě střechy obecně není nic špatného. Provedení fólie má však přísná pravidla. Doporučuje se provádět ji shora na pevný podklad, v přesazích slepit systémovou páskou, vyhnout se perforacím TZB, případné prostupy pečlivě opracovat předepsaným způsobem. Projekční příprava detailů by měla být samozřejmostí. Skladba střechy by také měla respektovat konstrukční ochranu dřeva, tedy umístění dřevěných konstrukcí tak, aby nedocházelo k jejich biologické degradaci a byly konstrukce kontrolovatelné. Základním předpokladem správného fungování takovýchto skládaných střech je funkční vzduchotěsnicí vrstva, v případě dvouplášťových střech vzduchotěsný spodní plášť. Součástí návrhu opravy této střechy by tak mělo být i utěsnění prostupů parozábranou, pokud je to proveditelné.
Ing. Petr Bohuslávek
vedoucí redaktor Stavby
Jak se zvyšuje podíl dřevostaveb na celkovém počtu dokončených budov, zejména rodinných domů, roste i počet jejich poruch. V řadě případů jsou způsobené nevhodným stavebním řešením, které nerespektuje specifické vlastnosti dřeva, zejména ve vztahu k vlhkosti. Článek představuje jedno takové rizikové řešení, kdy jsou dřevo a materiály na bázi dřeva umístěny do oblasti kondenzační zóny v difuzně uzavřené skladbě jednoplášťové ploché střechy s obtížně garantovatelnou kvalitou provedení fóliové parozábrany. Řešení, které autoři nabízí, je funkční a v případě odhalení problému ještě ve fázi výstavby i poměrně snadno proveditelné.
Contractors tend to ignore design solutions to reduce the cost of construction. Change of materials, absence of building elements, adjustment of layer composition, application of cheaper alternatives – these are common situations in construction practice. In certain cases, these modifications are without consequences, but in such a situation it is necessary, among other things, to take into account the laws of physics. This article deals with the case in which the structure was replaced – instead of the reinforced concrete ceiling slab, the contractor chose a wooden structure. Wood has significantly different properties than reinforced concrete, so it is necessary to take into account several aspects such as statis, thermo-technical properties and last but not least – with whitch this article deals with – moisture conditions in the structure. The relationship of wood and moisture is specific, the article assesses a specific case of such a structure, lists the possible consequences and finally suggests the most appropriate solution – adjusting the composition of this particular ceiling structure to meet the requirements.