Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky II
Článek o zateplení základových konstrukcí a suterénní části z vnější strany panelového objektu bytové výstavby a rozdíly průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry při různých variantách tepelné izolace základových konstrukcí a suterénní části panelového objektu.
1 Úvod do problematiky
Tento příspěvek navazuje na již dříve vydaný článek nazvaný Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky [3], který se zaměřoval na řešení detailů spodní stavby montovaných objektů bytové výstavby, soustavy BP-70 [2], z vnější strany. Pojednával o rozdílech průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry při různých variantách tepelné izolace základových konstrukcí a suterénní části panelového objektu.
V tomto pokračování nazvaném Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky II je předešlý článek [3] rozšířen o další varianty zateplení základových konstrukcí a suterénní části z vnější strany panelového objektu bytové výstavby (opět je použita montovaná soustava BP-70 [2]). Zabývá se také, stejně jako předchozí příspěvek, rozdíly průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry při různých variantách tepelné izolace základových konstrukcí a suterénní části panelového objektu. Posuzování vybraných detailů [2] je opět prováděno porovnáním výsledků tepelně-technického posouzení konstrukcí namodelovaných v počítačovém software Area 2007 [4].
Tab.1 Rozdíly mezi jednotlivými variantami V1-V9 zateplení detailu spodní stavby
2 Skladba obvodových konstrukcí
Skladby obvodových konstrukcí byly již popsány v předešlém článku Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky [3]. Obvodové panely jsou železobetonové vrstvené, tloušťky 270 mm (150 mm železobeton + 60 mm tepelná izolace + 60 mm železobeton). Tepelně-izolační vrstvu tvoří desky z pěnového polystyrénu.
2.1 Modelované konstrukce
Celkem je posouzeno 9 variant detailu suterénní části panelového objektu bytové výstavby. Posuzovaný detail, modelovaný v programu Area 2007 [4], se skládá z betonového základového pásu, obvodové stěnové konstrukce přilehlé k zemině, podlahové konstrukce 1.PP a 1.NP (včetně stropní konstrukce 1.PP).
Varianta V1 znázorňuje všechny konstrukce bez teplené izolace (tato varianta byla již uvedena v článku [3] také jako V1).
Ve všech ostatních variantách V2 až V9 (mimo V1) je do podlahové konstrukce 1.PP přidána tepelná izolace Rockwool Dachrock o tl. 120 mm. Tyto varianty (V2 - V9) jsou také zatepleny z externí strany podzemní části a případně z bočních stran základu svislou tepelnou izolací z extrudovaného polystyrenu Austrotherm 50 XPS-G (alt. Roofmate SL) o různých tloušťkách. U variant V4, V5, V8 a V9 je ještě navíc přidána tepelná izolace pod základ. Tato vodorovná tepelná izolace umístěna na spodní straně základu, která může být z extrudovaného polystyrenu Austrotherm 50 XPS-G alt. Roofmate SL nebo také z expandovaného polystyrenu EPS Rigips či Roofmate F, má ve výpočtu stejné technické parametry jako svislá tepelná izolace.
Všechny skladby detailů zateplení obvodových konstrukcí spodní stavby V1-V9 jsou graficky znázorněny na Obr.1 a rozdíly mezi těmito variantami jsou schematicky popsány v Tab.1.
Na trhu je množství tepelných izolací z extrudovaného (XPS) a expandovaného (EPS) polystyrenu, jejichž únosnost je podobná jako pevnost zeminy. Minimální pevnost extrudovaného polystyrenu XPS v tlaku (při deseti-procentním stlačení) se v závislosti na jeho výrobě pohybuje přibližně mezi 500 - 700 kPa, u expandovaného polystyrenu EPS je tato pevnost v tlaku (při deseti-procentním stlačení) v rozmezí cca 30 - 200 kPa. Zeminy se můžou z pohledu stavebnictví dělit podle únosnosti na neúnosné a únosné (závisí na jejich třídě, konzistenci a geotechnické kategorii). Například pro I. geotechnickou kategorii je tabulková výpočtová únosnost zemin Rdt v rozmezí od 40 kPa až po 500 kPa.
Nastíněný problém je zde řešen pouze teoreticky, proto nebyly brány v úvahu možné problémy vzniklé změnou stávající konstrukce při případné rekonstrukci již stojícího objektu.
Obr.1 Skladby obvodových konstrukcí detailů: V1-V9
Skladby modelovaných obvodových konstrukcí:
Jak již bylo na začátku napsáno, byly již všechny skladby modelovaných obvodových konstrukcí popsány v předešlém článku [3]. Zde jsou jen zjednodušeně zopakovány.
A1) Skladba obvodové stěny (od interiéru směrem k exteriéru):
obvodová stěna - železobeton tl. 150 mm + pěnový polystyren tl. 60 mm + železobeton tl. 60 mm; izolace proti zemní vlhkosti 2x Bitagit S35 tl. 7 mm; tepelná izolace Austrotherm 50 XPS-G (alt. Roofmate SL) tl. 150 mm a 80 mm (u variant V7, V8 a V9) v některých variantách (V2-V5, V8 a V9) vytažená 400 mm nad terén; přizdívka z cihel plných pálených tl. 65 mm.
A2) Skladba podlahové konstrukce - 1.PP (od interiéru 1.PP směrem k exteriéru):
nášlapná vrstva podlahy - cementový potěr tl. 15 mm; betonová mazanina tl. 35 mm; betonová mazanina II tl. 80 mm; pomocná hydroizolace - 1x Bitagit S 35 tl. 3,5 mm (mimo V1); tepelná izolace - Rockwool Dachrock tl. 120 mm (mimo V1); izolace proti zemní vlhkosti 2x Bitagit S35 tl. 7 mm; betonová mazanina tl. 100 mm; rostlý terén.
A3) Skladba základové konstrukce:
základový pás z betonu hutného o průřezu 600x600 mm, který je v jednotlivých variantách různě po obvodu obložen tepelnou izolací - Austrotherm 50 XPS-G tl. 100 mm či 50 mm.
A4) Skladba podlahové konstrukce - 1.NP (od interiéru 1.NP směrem k 1.PP):
nášlapná vrstva podlahy - PVC tl. 3 mm + lepidlo tl. 2 mm; potěr cementový tl. 45 mm; stropní konstrukce - železobeton tl. 150 mm + tepelná izolace Lignopor tl. 25 mm.
3 Popis okrajových podmínek
Převážná část řešeného detailu objektu, umístěného do teplotní oblasti Ostravy, leží pod úrovní terénu. Interiér podzemního podlaží (1.PP) je uvažován jako vytápěné vedlejší prostory s vnitřní teplotou vzduchu 15 °C a interiérové podmínky v přízemí jsou zvoleny jako u obytné místnosti (kvůli nacházejícím se zde bytům).
| 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]:
θgr / θa,e / θa,i = teplota zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu,
φgr / φe / φi = relativní vlhkost zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu,
Rse / Rsi = tepelný odpor při přestupu tepla na vnější / vnitřní straně konstrukce
λ = součinitel tepelné vodivosti
μ = faktor difuzního odporu
4 Tepelně-technické posouzení obvodových konstrukcí
Z hlediska tepelné techniky jsou posouzeny obvodové stěny - posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu fR,si [-], součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)], kondenzace vodní páry uvnitř stěny Mc [kg/(m2.a)] - a podlahové konstrukce - posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu fR,si [-], součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)], kondenzace vodní páry uvnitř podlahové konstrukce Mc [kg/(m2.a)], poklesu dotykové teploty podlahy Δθ10 [-]. Tepelně-technické posouzení je provedeno v souladu s ČSN 73 0540-2 [1].
Tab.2 Vybrané požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN pro budovy
s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C dle [1]
Tab.3 Seznam jednorozměrných konstrukcí a vyhodnocení jejich tepelně-technického posouzení dle [5]:
p = požadavky, s = p splněny, n = p nesplněny, * = doporučené hodnoty
Tab.4 Seznam dvourozměrných konstrukcí a vyhodnocení jejich tepelně-technického posouzení dle [4]:
p = požadavky, s = požadavky splněny, n = požadavky nesplněny
V tabulce Tab.2 jsou uvedeny požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN u zde posuzovaných stavebních konstrukcí (stěna vnější, podlaha) pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20°C dle [1]. Tabulky Tab.3 a Tab.4 shrnují vyhodnocení tepelně-technického posouzení všech zde posuzovaných variant detailu, jejichž seznam a skladba je uvedena v bodě A1-A4 (V1-V9).
4.1 Výstupy dle [1]
V této části jsou vybrány nejdůležitější převážně grafické výstupy z tepelně-technického posouzení zde řešených detailů obvodových konstrukcí, které je provedeno v počítačovém programu Area 2007 [4]. Požadavky na teplotní faktory fR,si,n < fR,si dle [1] jsou podle výpočtů u všech posuzovaných detailů splněny.
Způsob zadávání okrajových podmínek u nepodsklepených a podsklepených objektů [6] je znázorněn v předchozím příspěvku Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky [3] na Obr.3.
4.2 Grafické výstupy
Na obrázcích, které jsou uvedeny níže, je znázorněno: porovnání průběhů izoterm (Obr.2) a teplotních polí (Obr.3), rozložení relativních vlhkostí (Obr.4) a kondenzace vodní páry (Obr.5) v jednotlivých detailech. Pro každý detail je grafické znázornění vyčleněno samostatně.
Obr.2 Porovnání průběhů izoterm v jednotlivých detailech: V1-V9
Obr.3 Porovnání průběhů teplotních polí v jednotlivých detailech: V1-V9
Obr.4 Rozložení relativních vlhkostí v jednotlivých detailech: V1-V9
Obr.5 Kondenzace vodní páry v jednotlivých detailech: V1-V9
5 Závěr
V tomto příspěvku, který navazuje na již dříve vydaný článek [3], je řešeno tepelně-technické posouzení spodní stavby u podsklepených objektů panelové soustavy BP-70. Jsou posuzovány a porovnávány tepelně-technické vlastnosti dalších možných řešení detailu 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 [2]. Při volbě materiálů byly dodržovány určité zásady: obvodové konstrukce např. splňují požadavek na hodnotu součinitele prostupu tepla U nebo teplotního faktoru fR,si (dle [1], viz [6]).
Jednotlivé detaily jsou při porovnávání tepelně-technických vlastností položeny do stejného prostředí (se stejnými okrajovými podmínkami: ti = 15 °C, tgr = 5 °C, φi = 50 %, φgr = 100 %, ...). Jak již bylo několikrát napsáno, má v tomto případě zásadní vliv na průběh povrchových teplot v koutě v interiéru materiál obvodové stěny a umístění tepelné izolace v podlaze a z vnější strany obvodové zdi.
Varianta V1 je v tomto článku umístěna záměrně, aby byl vidět zřetelný rozdíl mezi "stávajícím stavem" (tj. původní konstrukcí bez jakýchkoli úprav a zateplení) a dalšími variantami různých způsobů zateplení.
Z výše uvedených obrázků je patrné, že při přidání tepelné izolace pouze z exteriérové strany stěnové konstrukce (detail V6 a V7) je vnitřní povrchová teplota v kritickém místě oproti V1 vyšší pouze o cca 0,19 °C a 0,12 °C. V tomto případě, je-li obvodová konstrukce zateplována pouze z této strany objektu (v místech obvodové stěny), je lepší obkládání tepelnou izolací provádět konstantní tloušťkou materiálu po celé její výšce (V6), bez ztenčení tepelné izolace ve spodní části stěny (V7), i když jinak jsou průběhy teplot v obou detailech (V6 i V7) podobné; teplo zde přes základ uniká do podloží objektu.
Při porovnání detailů V1 a V2 (alt. V3) vychází již v kritickém místě rozumnější rozdíl vnitřní povrchové teploty oproti V1, a to necelých půl °C (0,49 °C, alt. 0,48 °C). Největší vliv na příznivější teplotní hodnoty zde má umístění tepelné izolace z exteriérové strany základu. Vezmeme-li v úvahu, že ve variantě V3 je tepelná izolace o tl. 50 mm poloviční oproti variantě V2 (tloušťka tepelné izolace 100 mm) a rozdíl teplot je 0,01 °C, můžeme dojít v tomto případě k závěru neekonomičnosti přidání tepelné izolace na základ ze strany interiéru. Neoplatí se zde investovat do materiálu ani práce při připevňování (např. kurtováním) tepelné izolace k vnitřnímu boku výkopu. Navíc teplo může tímto koutem (styk stěnové a podlahové konstrukce) stále částečně unikat z objektu přes vnitřní stranu základu do podloží.
Položíme-li pás tepelné izolace pod základ (V4) místo na jeho vnitřní stranu (V2), je výsledkem rozdíl teplot v kritickém koutě 0,20 °C (mezi V2 a V4) a lepší tepelně-technické vlastnosti tohoto místa, protože je ve velké míře zabráněno úniku tepla z této konstrukce. Položení tepelné izolace pod základ, např. na holou zarovnanou zem, je méně pracné v porovnání s již zmíněným umísťováním izolačního materiálu z boku základu.
Tepelný most vznikající v koutě spojení stěnové a podlahové konstrukce je spolehlivě překryt, pokud kromě položení tepelné izolace z exteriéru na stěnovou konstrukci ji také položíme okolo základové konstrukce ze všech stran (viz. V5). Rozdíl teplot v kritickém koutě mezi V4 a V5 je 0,10 °C.
Kvůli šetření materiálem je možné obložit spodní část stěnové konstrukce menší tloušťkou materiálu, než je použita na její vrchní části (V7 až V9). U variant V5 a V8 je sice patrný rozdíl teplot asi 0,12 °C, avšak teplota se zde pohybuje už nad 13 °C a dojde ke zřetelné úspoře materiálu tepelné izolace. Porovnání variant V8 a V9, které se liší jen výškou tenčí části izolace (o 0,7 m), ukazuje rozdíl teplot 0,01 °C. Ve variantě V9 je silnější část tepelné izolace protažena přibližně 0,4 m pod terén hlavně z výpočtových důvodů. Došlo-li by k realizaci tohoto řešení (V9), volila bych protažení tlustší části až do nezámrzné hloubky (dle lokality 0,8 až 1,2 m pod úrovní terénu).
Svislou tepelnou izolaci na vnější straně obvodové zdi lze ukončit v úrovni terénu, není třeba ji navrhovat na soklovou část. Avšak když tepelnou izolaci protáhneme o 400 mm nad úroveň terénu, dojde ke zlepšení průběhu vnitřních teplot stěnové konstrukce a zmenšení jejího tepelného namáhání v jejím styku s povrchem terénu.
Každý stavebník by se měl při svém plánování zamyslet nad zde řešenou problematikou zateplování suterénu a podzemních částí staveb. Umístění tepelné izolace na fasádě objektu má výrazný vliv na velikosti jeho tepelných ztrát nejen nad úrovní terénu, ale také pod ní.
Literatura
[1] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha, Český normalizační institut, 2007, 44 s.
[2] GREŠKO, D., ADAMSKÁ, G.: Ateliérová tvorba - konštrukčný detail, Panelové konštrukčné sústavy. Bratislava, Edičné stredisko SVŠT v Bratilave, 1984, ČÚKK Š-331/66.
[3] SOUČKOVÁ, B.: Posouzení spodní stavby panelového objektu z hlediska stavební tepelné techniky In Střechy, Fasády, Izolace, 12/2008. Ostrava, Nakladatelství Mise, 2008, 77 s., ISSN 1212-0111.
[4] SVOBODA, Z.: Area 2007. Výpočtový program pro PC.
[5] SVOBODA, Z.: Teplo 2007. Výpočtový program pro PC.
[6] VAVERKA, J. a kol.: Stavební tepelná technika a energetika budov. Brno, VUTIUM, 2006, 648 s., ISBN 80-214-2910-0.
This article is referring to former article called Examination of building underground of block of flats in light of civil heat engineering [3]. It extend previous article by other variants of detail of giving thermal insulation on foundation constructions and basement parts from exterior of building. This article concentrates on solving of these others details of building underground. The type of this block of flats is the system BP-70. This article deals with differences of continuance of temperatures and water vapour pressures on various types of the foundation and basement part of a building with thermal isolation too.