Vliv materiálu roznášecí vrstvy podlahy na pokles dotykové teploty
Podlahy jsou tvořeny konstrukčními vrstvami rozdílných materiálů s rozdílnými funkcemi a vlastnostmi. Toto souvrství vytváří funkční celek. Podle materiálu roznášecí vrstvy jsou rozlišovány podlahové systémy suché a tradiční. V suchých podlahách je roznášecí vrstva tvořena deskovým prefabrikovaným prvkem – např. sádrovláknité, cementotřískové nebo OSB desky.
Podlahy musejí být navrhovány v souladu s legislativními a technickými požadavky. Tepelně technické požadavky představují jednu ze základních oblastí. Významným parametrem pro zajištění tepelné pohody je zaručení požadované hodnoty poklesu dotykové teploty.
Článek srovnává vliv tří materiálů roznášecí vrstvy suchých podlah a dvou materiálů nášlapné vrstvy na hodnotu poklesu dotykové teploty.
1 Úvod
Podlahové konstrukce jsou neodmyslitelnou součástí každé stavby. Podlahu však netvoří pouze viditelná povrchová vrstva, jak se mnoho lidí mylně domnívá. Podlaha je složitějším systémem, který musí zajišťovat splnění všech základních legislativních požadavků na stavby.
Z hlediska základních principů můžeme podlahové konstrukce rozdělit na dvě skupiny. První skupinu zastávají tradičně zhotovované podlahy, tedy takové, ve kterých se objevuje mokrý proces, tedy je vytvářena monolitická vrstva. Druhou skupinu tvoří podlahy suché, kde při jejich zhotovování je vyloučen mokrý proces, a kde je užíváno pouze prefabrikovaných materiálů.
Během dne je člověk při svých aktivitách uvnitř budov vystavován téměř neustále kontaktu s podlahovou konstrukcí. A právě s tímto stavem souvisí hodnocení podlahových konstrukcí na pokles dotykové teploty.
Pokládka podlahových prvků Fermacell
Teplovodní, elektrické a kombinované systémy podlahového vytápění můžete s úspěchem realizovat v systémech suchých podlah FERMACELL v různých instalačních úrovních. Pro optimální aplikaci systémů podlahového vytápění v suchých podlahách vydal FERMACELL přehled doporučených výrobců podlahových topných systémů vhodných pro skladby suchých podlah FERMACELL.
Návod na zpracování a pokládku. Poradenství a návrh skladby podlahového topení.
2 Podlaha v legislativních a normativních souvztažnostech
2.1 Definice podlahy
Podlaha je definována v normě ČSN 74 4505 (2012) Podlahy – Společná ustanovení [1] jako sestava podlahových vrstev (souvrství) uložených na nosném podkladu (např. stropu, upraveném podloží nebo jiné nosné konstrukci) a zabudovaných podlahových prvků, dilatačních a pracovních spár, které společně zajišťují požadované funkční vlastnosti podlahy.
Právě z této definice vyplývá, že podlahovou konstrukcí skutečně není jen svrchní viditelná vrstva, ale jedná se o souvrství tvořené rozličnými materiály specifických vlastností. Při správném návrhu jednotlivé vrstvy spolupůsobí a utvářejí funkční konstrukční prvek, který splňuje legislativní, technické a provozní nároky.
2.2 Základní legislativní požadavky
Principiálně vycházejí požadavky na podlahové konstrukce z účelu využití objektu a zamýšleného provozu v něm. Přesto však jsou elementární požadavky stanoveny závazně prostřednictvím právních předpisů. Základní požadavky stanovuje vyhláška Ministerstva pro místní rozvoj č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby [2] ve znění vyhlášky č. 20/2012 Sb. [3]. Tyto požadavky se musí splnit vždy v rozsahu stanoveném touto vyhláškou. Vyhláška se obvykle odkazuje na normové hodnoty, tj. je třeba dodržet relevantní ustanovení příslušných českých technických norem (ČSN) a to i přesto, že ČSN nejsou v obecné rovině závazné.
Vyhláška v § 8 uvádí základní požadavky na stavbu, které musejí být splněny po celou dobu životnosti při její přiměřené údržbě. Základní požadavky na stavbu de facto platí na každou její část a jsou to: mechanická odolnost a stabilita, požární bezpečnost, ochrana zdraví osob a zvířat, zdravých životních podmínek a životního prostředí, ochrana proti hluku, bezpečnost při užívání a úspora energie a tepelná ochrana.
2.3 Požadavky z oblasti stavební fyziky
V souladu se základními požadavky vyhlášky se uplatňují z pohledu stavební fyziky na podlahové konstrukce požadavky v oblasti akustiky a tepelné techniky. Podlahová konstrukce při umístění na stropní konstrukci se vždy posuzuje jako celek včetně vlivu stropu.
Z oblasti akustiky posuzujeme podlahovou konstrukci z hlediska vzduchové neprůzvučnosti (zvuk šířený vzduchem) a z hlediska kročejové neprůzvučnosti (zvuk šířený konstrukcí po dopadu těles a chůzi po podlaze), pokud se nachází nad chráněným prostorem [4].
Z oblasti tepelné techniky se jedná především o zajištění tepelné pohody uživatelů a zajištění nízké energetické náročnosti objektu. Konstrukci tedy posuzujeme z hlediska součinitele prostupu tepla, povrchových teplot (zamezení povrchové kondenzace), kondenzace páry uvnitř konstrukce a poklesu dotykové teploty podlahy [4].
3 Pokles dotykové teploty podlahy
3.1 Princip hodnocení a výpočtová metodika
Pokles dotykové teploty podlahy nám udává množství tepla, které je odnímáno při dotyku slabě chráněného lidského těla se stavební konstrukcí [5].
Takový případ nám demonstruje situace, ve které figurant stojí jednou nohou přímo na podlaze krytou keramickou dlažbou a druhou nohou na kobercové podložce položené na shodné podlaze (viz obr. 1). Pro stanovení vlivu rozdílné nášlapné vrstvy bylo užito termografického snímkování (viz obr. 2).
Obr. 1 Figurant na podlaze s rozdílnými nášlapnými vrstvami
Obr. 2 Termografický snímek figuranta na podlahové konstrukci
Obr. 3 Vliv rozdílu materiálů nášlapné vrstvy na pokles dotykové teploty
Po 10 minutách figurant opustil svou pozici. Termografický snímek (viz obr. 3) ukazuje vliv rozdílných materiálů nášlapné vrstvy. Na textilní (kobercové) podložce je patrno její ohřátí (červená barva), tj. podlahová konstrukce nezpůsobovala odnímání tepla z lidského těla. Naopak stopa po chodidle na keramické dlažbě vykazuje nízkou teplotu a z toho plyne, jak výrazně bylo teplo odnímáno podlahovou konstrukcí, tedy docházelo i k výraznému předávání tepla z lidského těla podlahové konstrukci.
Na tento pokles lze hodnotit v obecné rovině jakoukoli konstrukci. Ve většině případů má z praktického hlediska smysl hodnocení tohoto parametru právě u podlahových konstrukcí, neboť s ní je lidské tělo nejčastěji a dlouhodobě v přímém kontaktu. Dotyk s podlahou se předpokládá chodidlem (platí u dospělých jedinců). Patřičné požadavky na kategorii z hlediska poklesu dotykové teploty jsou určeny na základě účelu místnosti. Pokles dotykové teploty se podílí na zajištění tepelné pohody a z ní vyplývající komfort při užívání daného prostoru – místnosti.
Výpočtová metodika poklesu dotykové teploty podlahy je uvedena např. v [5]. Proces výpočtu bez využití výpočetní techniky a specializovaných softwarových výpočtů je značně zdlouhavý a pro častější využití v praxi nepoužitelný.
Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10 [°C] se zjišťuje v závislosti na tepelné jímavosti B [W.s0,5.m−2.K−1] a na průměrné vnitřní povrchové teplotě podlahy θsim [°C] [4].
3.2 Požadavky na pokles dotykové teploty
Splňovat hodnoty poklesu dotykové teploty podlahy nařizuje vyhláška č. 268/2009 Sb., ve znění pozdějších předpisů [2, 3] v ustanoveních § 16 odst. (2) písm. a), b) a odst. (3) a § 21 odst. (1). Konkrétní hodnoty jsou zakotveny v ČSN 73 0540-2 [6, 7] v článku 5.5.
Podlahy se v souladu s uvedenou ČSN [6, 7] zatřiďují z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy Δθ10 [°C] do 4 kategorií (viz tab. 1). O zařazení do příslušné kategorie rozhoduje podmínka:
kde je
- Δθ10
- – pokles dotykové teploty podlahy [°C],
- Δθ10,N
- – požadovaná hodnota poklesu dotykové teploty podlahy [°C].
| Kategorie podlahy | Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10,N [°C] |
|---|---|
| I. Velmi teplé | do 3,8 včetně |
| II. Teplé | do 5,5 včetně |
| III. Méně teplé | do 6,9 včetně |
| IV. Studené | od 6,9 |
U podlahových konstrukcí, kde nášlapnou vrstvu tvoří trvale a celoplošně textilní podlahovina (např. koberec) není nutno ověřovat požadavek na pokles dotykové teploty. Obdobně platí u podlah, jejichž povrchová teplota je trvale vyšší než 26 °C (pozor, podlahové topení, pokud není užíváno soustavně po celý rok, nezajišťuje splnění této podmínky). Tyto podlahy jsou pak automaticky zařazeny do kategorie I. Velmi teplé.
Příslušné požadavky na kategorie podlah v konkrétních prostorech jsou určeny rovněž v příslušné ČSN [6] podle druhu budovy a účelu místnosti (viz tab. 2). Kromě požadovaných hodnot jsou zde uvedeny i hodnoty doporučené. Splnění doporučených hodnot není obligatorní, pokud smluvně není ujednáno jinak. Vybrané požadavky uvádí následující tabulka.
| Druh budovy | Účel místnosti | Kategorie podlahy | |
|---|---|---|---|
| Požadovaná | Doporučená | ||
| Obytná budova | Dětský pokoj, ložnice | I. | – |
| Obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji, kuchyň | II. | I. | |
| Koupelna, WC | III. | II. | |
| Předsíň před vstupem do bytu | IV. | III. | |
4 Komparace materiálů roznášecích vrstev suchých podlah a jejich vlivu na pokles dotykové teploty
4.1 Vymezení pojmu suchá podlaha
Suchá podlaha je taková podlahová konstrukce, ve které se roznášecí vrstva neprovádí mokrým procesem a nedochází k zabudování materiálů s obsahem volné záměsové vody do konstrukce. V suchých podlahách jsou materiálem roznášecí vrstvy prefabrikované prvky deskového typu, které jsou stabilizovány a vzájemně spojovány lepením, mechanickým kotvením nebo jejich kombinací. Nejrozšířenější skupinu zastávají desky na cementotřískové, sádrovláknité nebo dřevoštěpkové (OSB) bázi.
4.2 Analýza vybraných materiálových řešení
V rámci provádění analýzy vlivu materiálu roznášecí vrstvy suché podlahy na hodnotu poklesu dotykové teploty podlahy je provedeno srovnání skladeb s nášlapnou vrstvou tvořenou keramickou dlažbou a přírodním linoleem. Volba těchto materiálů je uskutečněna s ohledem na poměrně značnou tepelnou jímavost keramické dlažby a linoleum je vybráno z důvodu jeho nízké tloušťky jako tenkovrstvé podlahoviny. Současně oba materiály jsou hojně užívány a oblíbeny ve skladbách s podlahovým vytápěním. Lze důvodně očekávat, že u materiálů tenkovrstvých anebo materiálů s výraznou tepelnou jímavostí vystoupí do popředí význam parametrů roznášecí vrstvy podlahy. Pro srovnání vlivu materiálů roznášecí vrstvy jsou užity desky na bázi cementotřískové, sádrovláknité a desky OSB. Tyto 3 materiály jsou v rámci suchých podlah v prostředí ČR nejčastěji využívány a to především v systémech dřevostaveb. Roznášecí vrstva je od nosné konstrukce stropu ve všech variantách separována dřevovláknitou tepelněizolační deskou. Stropní konstrukci tvoří pro ilustraci homogenní monolitická železobetonová deska konstantní tloušťky 150 mm. Materiálové charakteristiky a jejich hodnoty užité v rámci této analýzy prezentuje následující tabulka (viz tab. 3).
| Položka | Materiál | d [m] | ρ [kg/m3] | c [J/(kg.K)] | λu [W/(m.K)] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.a | Linoleum | 0,0030 | 1200 | 1400 | 0,17 |
| 1.b | Keramická dlažba | 0,0080 | 2000 | 840 | 1,01 |
| 2.a | Lepící hmota - linoleum | 0,0010 | 1440 | 1350 | 0,26 |
| 2.b | Lepící hmota - dlažba | 0,0050 | 2000 | 840 | 1,16 |
| 3.a | Sádrovláknitá deska | 0,0250 | 1150 | 1100 | 0,35 |
| 3.b | Cementotřísková deska | 0,0250 | 1300 | 1580 | 0,24 |
| 3.c | OSB deska | 0,0250 | 650 | 1700 | 0,13 |
| 4 | Dřevovláknitá deska | 0,0200 | 230 | 1380 | 0,046 |
| 5 | ŽB stropní deska | 0,1500 | 2400 | 1020 | 1,58 |
Podlahové konstrukce v příslušných skladbách byly na pokles dotykové teploty posouzeny v programu TEPLO 2010. Podlahová konstrukce je umístěna na stropě oddělujícím místnosti shodných parametrů vnitřního prostředí. Reprezentativně jsou voleny standardizované návrhové parametry vnitřního prostředí pro obytné místnosti (ti = 20 °C, φi = 50 %).
Následující tabulky (viz tab. 4 až 8) uvádějí vyhodnocení v příslušných skladbách.
| Skladba | Nášlapná vrstva | Δθ10 [°C] | Kategorie podlahy |
|---|---|---|---|
| 1.a + 2.a + 3.a + 4 + 5 | Linoleum | 4,45 | II. teplé |
| 1.b + 2.b + 3.a + 4 + 5 | Keramická dlažba | 4,81 | II. teplé |
| Skladba | Nášlapná vrstva | Δθ10 [°C] | Kategorie podlahy |
|---|---|---|---|
| 1.a + 2.a + 3.b + 4 + 5 | Linoleum | 4,65 | II. teplé |
| 1.b + 2.b + 3.b + 4 + 5 | Keramická dlažba | 5,05 | II. teplé |
| Skladba | Nášlapná vrstva | Δθ10 [°C] | Kategorie podlahy |
|---|---|---|---|
| 1.a + 2.a + 3.c + 4 + 5 | Linoleum | 3,24 | I. velmi teplé |
| 1.b + 2.b + 3.c + 4 + 5 | Keramická dlažba | 3,43 | I. velmi teplé |
| Materiál | Tepelná jímavost B [W.s0,5.m−2.K−1] |
|---|---|
| Sádrovláknitá deska | 665.39 |
| Cementotřísková deska | 702.11 |
| OSB deska | 379.01 |
| Materiál | Tepelná jímavost B [W.s0,5.m−2.K−1] |
|---|---|
| Podlahové linoleum | 534.42 |
| Keramická dlažba | 1302.61 |
4.3 Diskuze výsledků
Provedenou analýzou je zjištěno, že v případě užití jakéhokoli z uvažovaných materiálů pro roznášecí vrstvu dosahujeme s uvedenými podlahovinami velmi podobných hodnot. Všechny skladby podlah je možno řadit mezi podlahy teplé. Při použití materiálu na bázi dřeva pro roznášecí vrstvu získáváme podlahu kategorie I. velmi teplé. Vlastní materiál nášlapné vrstvy nevytváří již takový rozdílný vliv v jeho uvažovaných tloušťkách. Uvedené tloušťky materiálů jsou obvykle užívané. V případě rozdílných tlouštěk by již mohly být rozdíly v poklesu dotykové teploty výraznější. To se především týká situace, kdy by nášlapnou vrstvu tvořil materiál tlustší a současně s větší tepelnou jímavostí. Tepelnou jímavost jako takovou ovlivňují součinitel tepelné vodivost, měrná tepelná kapacita a objemová hmotnost. Všechny tyto parametry se uvažují jako součin jejich prvních mocnin. Výslednou jímavostí je druhá odmocnina tohoto součinu. Tepelná jímavost jednotlivého materiálu není jakkoli závislá na jeho tloušťce.
Přestože materiály nášlapné vrstvy se hodnotou vlastní jímavosti liší přibližně 2,5krát (viz tab. 8), je vysledovatelné, že v rámci celkové skladby, kde hraje významnou roli materiál roznášecí vrstvy a zde již rovněž tloušťka této i nášlapné vrstvy, se hodnoty výsledného poklesu dotykové teploty podlahy liší do 0,4 °C (viz tab. 4, 5 a 6). Pro zařazení podlahy do příslušné kategorie mají markantní vliv především parametry nášlapné vrstvy. Optimalizace materiálu nášlapné vrstvy a jeho rozměrových parametrů by však mohla mít výrazný vliv, kdybychom se pohybovali v zařazení podlahy na mezních hodnotách jednotlivých kategorií.
Obr. 4 Graf výsledných poklesů dotykové teploty podlahy
Obr. 5 Graf závislosti tepelné jímavosti roznášecí vrstvy a poklesu dotykové teploty
Pokud se zaměříme na jednotlivé materiálové charakteristiky roznášecích vrstev (viz tab. 3) můžeme zjistit, že zajištění co nejlepší kategorie podlahy nemusí být vždy zcela výhodou. Například chceme-li do skladby podlahy aplikovat podlahové vytápění, pak je žádoucí, aby vrstvy nad tímto vytápěním měly co možná nejlepší tepelnou vodivost a transportovaly nám přijatelně tepelnou energii k povrchu podlahy a následně podlahová konstrukce tuto energii sdílela sáláním s přilehlým prostředím. Součinitel tepelné vodivosti OSB desky je nízký, takový materiál tedy není příliš vhodný pro užití s podlahovým vytápěním. Naopak vlastnosti sádrovlaknitých desek poukazují na vhodnost v kombinaci s podlahovým vytápěním. Pokud chceme i zajistit určitou akumulační schopnost podlahy, je vhodné volit materiály s vyšší tepelnou jímavostí. Z tohoto pohledu se ideálním jeví cementotřískové desky (viz tab. 7).
Grafické porovnání hodnot výsledného poklesu dotykové teploty podlahy v závislosti na materiálu nášlapné vrstvy a materiálu roznášecí vrstvy je patrno z grafu (viz obr. 4).
Ze získaných hodnot lze dále vypozorovat závislost tepelné jímavosti materiálu roznášecí vrstvy na výsledném poklesu dotykové teploty podlahy (viz obr. 5). V tomto případě je třeba mít na paměti, že tato závislost platí pro konkrétně zvolené nášlapné vrstvy. I přesto, že graf sestává z malého množství vypočtených hodnot, lze usuzovat na přibližně lineární závislost mezi tepelnou jímavostí roznášecí vrstvy a výslednou hodnotou poklesu dotykové teploty.
5 Závěr
Podlahové konstrukce jsou konstrukcemi, na které jsou kladeny různorodé požadavky z prakticky všech oblastí souvisejících s konstrukcí staveb. Jedním z důležitých parametrů ovlivňujících tepelnou pohodu uživatelů je hodnocení podlahové konstrukce na pokles dotykové teploty podlahy. Jedinec vnímá vlastnost podlahy z tohoto hlediska při dotyku s podlahou nechráněnou nebo slabě chráněnou částí těla. Vliv na hodnotu toho poklesu má materiál nášlapné vrstvy. S ohledem na skutečnost, že však nášlapná vrstva je poměrně tenkovrstvá, vystupují významně do popředí parametry roznášecí vrstvy. V případě realizace suchých podlah jsme schopni dosáhnout prakticky vždy zařazení do kategorie I. nebo II., tj. jedná se vždy o podlahy velmi teplé, respektive teplé. Na zatřídění má vliv hodnota tepelné jímavosti materiálu roznášecí vrstvy, která je nejčastěji zastoupena sádrovláknitými, cementotřískovými a OSB deskami. Nízká tepelná jímavost představuje pozitivní vliv na pokles dotykové teploty. Na druhou stranu s nízkou tepelnou jímavostí souvisí i obvykle nízký součinitel tepelné vodivosti, což se jeví jako protichůdná vlastnost v případě, že chceme v rámci podlahové konstrukce integrovat vytápění.
Poděkování
Tento příspěvek vznikl za podpory projektu FAST-J-12-1768 na Fakultě stavební VUT v Brně.
Použitá literatura
- [1] ČSN 74 4505 Podlahy – Společná ustanovení. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012. 28 s.
- [2] Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby. In: Sbírka zákonů. Česká republika, 2009, č. 268, 81.
- [3] Vyhláška č. 20/2012 Sb., kterou se mění vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby. In: Sbírka zákonů. Česká republika, 2012, č. 20, 6.
- [4] HLAVSA, Petr, Lenka AUTRATOVÁ a Tereza KALÁBOVÁ. Vady podlah z hlediska poklesu dotykové teploty. In: Sborník anotací konference Junior Forensic Science 2012. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Ústav soudního inženýrství, 2012, s. 8. ISBN 978-80-214-4485-0.
- [5] VAVERKA, Jiří. Stavební tepelná technika a energetika budov. Brno: VUTIUM, 2006, 648 s. ISBN 80-214-2910-0.
- [6] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 56 s.
- [7] ČSN 73 0540-2 ZMĚNA Z1 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012. 8 s.
Floors are made by construction layers of different materials with unequal functions and characteristics. This formation creates functional unit. According to the material of bearing layer dry and traditional floor systems are distinguished. In dry floors the bearing layer is made by board prefabricated element, e. g. gypsum fiber board, cement bonded particle board or oriented strand board.
Floors must be designed in accordance with legislative and technical requirements. Thermal and technical requirements are of basic significance. Guarantee of required contact temperature decline value presents a significant parameter for ensuring the thermal comfort.
This article compares an influence of three materials of dry floors bearing layer and two materials of wearing layer on the value of contact temperature decline.