Měření vzduchotěsnosti budov v ČR - současnost a budoucí vývoj v evropském kontextu
Nové znění směrnice (1) mimo jiné požaduje další výrazné snižování energetické náročnosti budov – k roku 2020 postupně až na úroveň téměř nulových domů. Takové budovy se zřejmě neobejdou bez vysoce efektivních větracích systémů, jejichž správná funkce je podmíněna vynikající vzduchotěsností obálky. Zajištění podmínek pro postupné zlepšování úrovně vzduchotěsnosti v běžné stavební praxi chápou příslušní odborníci z celé Evropy jako společnou výzvu a úkol.
1. Úvod - stav problematiky v Evropě
Nové znění směrnice (1) mimo jiné požaduje další výrazné snižování energetické náročnosti budov - k roku 2020 postupně až na úroveň téměř nulových domů. Takové budovy se zřejmě neobejdou bez vysoce efektivních větracích systémů, jejichž správná funkce je podmíněna vynikající vzduchotěsností obálky. Zajištění podmínek pro postupné zlepšování úrovně vzduchotěsnosti v běžné stavební praxi chápou příslušní odborníci z celé Evropy jako společnou výzvu a úkol. Na důležitých dílčích problémech panuje všeobecná shoda:
- vytvoření legislativního rámce (definice hodnotících kritérií, požadavků, způsob jejich kontroly...) - jako nástroj pro stimulaci stavebního trhu k systematickému zlepšování úrovně vzduchotěsnosti
- vývoj měřicích postupů a norem (revize EN 13829, výklad a upřesnění některých postupů - zejm. příprava budovy, výpočet vztažných veličin, obsah protokolu...)
- vývoj postupů pro měření a hodnocení vzduchotěsnosti rozsáhlých budov
- trénink, certifikace a kontrola činnosti poskytovatelů měření vzduchotěsnosti
- sběr údajů o reálně dosahované vzduchotěsnosti, analýza stavu, vývoj metod pro odhad (predikci) vzduchotěsnosti
- další vývoj osvědčených technologií a výrobků a jejich široké uplatnění v praxi (dobrý příklad pasivních domů)
- transfer zkušeností z novostaveb do oblasti rekonstrukcí budov
Postupně se rozvíjí spolupráce mezi odborníky na národní (zejm. profesní sdružení poskytovatelů měření), ale především na mezinárodní úrovni (2).
2. Asociace Blower Door CZ a její aktivity
Asociace Blower Door CZ (dále Asociace) vznikla v roce 2009 jako profesní sdružení osob zabývajících se měřením vzduchotěsnosti budov. Důvodem vzniku byl rychle rostoucí počet poskytovatelů měření v ČR, potřeba vzájemné koordinace jejich činnosti a především kontrola kvality jejich činnosti (hlavní cíl Asociace). Dalšími cíli je také podpora profesního rozvoje členů, vývoj měřicích metod, podpora jejich implementace a spolupráce s příslušnými státními institucemi. Mezi plánované aktivity patří např. příprava certifikace měřicích techniků, upřesnění postupu měření a jednotný výklad pravidel normy (3), sběr výsledků měření a jejich analýza. Tyto snahy zcela korespondují se současným vývojem v Evropě.
Jedním z prvních výsledků je spolupráce některých členů asociace na vývoji Protokolu o měření průvzdušnosti pro účely programu Zelená úsporám. Protokol je v souladu s (3), může tedy sloužit jako jediný výstup z měření vzduchotěsnosti. Jednotná forma by měla přispět k transparentnosti vykazování výsledků. Prvním krokem k systematické kontrole kvality činnosti poskytovatelů měření vzduchotěsnosti byla organizace srovnávacího měření techniků a měřicích zařízení.
3. Srovnávací měření vzduchotěsnosti
3.1. Cíl
Srovnávací měření mělo tyto hlavní cíle:
- zjištění základních údajů o poskytovatelích měření na území ČR a jejich vybavení
- vzájemné porovnání výsledků testů vzduchotěsnosti naměřených různými přístroji a techniky na stejné budově (kontrola funkce přístrojů a postupu techniků)
Kromě kontroly kvality může porovnání výsledků poskytnout také užitečné informace pro odhad celkové nejistoty měření.
3.2. Postup
Obr. 1 Rozložení poskytovatelů měření vzduchotěsnosti na území ČR (počet měřicích zařízení v krajích)
Měření proběhlo 18. a 19. 6. 2010. Všichni účastníci měřili vzduchotěsnost stejné budovy za velmi podobných podmínek. Měřenou budovou byl jeden z typových pasivních rodinných domů Atrea v obytném souboru Koberovy (4). Budova byla pro měření připravena organizátory a tato jednotná příprava (neodpovídala metodě A ani B podle (3)) se v průběhu srovnávacího měření neměnila. Síla větru a teplotní rozdíl mezi vnitřním a venkovním prostředím byly po celou dobu srovnávacího měření přibližně konstantní. Účastníci měli realizovat test při přetlaku i podtlaku v budově a vyhodnotit výsledky postupem podle (3). Hodnoty vztažných veličin (zejm. vnitřní objem budovy) byly účastníkům sděleny organizátory. Předpokládalo se, že případné rozdíly mezi výsledky dílčích testů mohou být způsobeny především:
- chybou měřicího zařízení
- chybným postupem měřícího technika
Za výsledek testu se považovala průměrná hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa, n50 (průměr podtlak / přetlak), ale zaznamenávaly a hodnotily se i další mezivýsledky (součinitel proudění Cenv, CL, exponent proudění n, průtok vzduchu V50).
3.3. Účastníci, měřicí zařízení
Srovnávacího měření se zúčastnilo celkem 23 techniků ze 14 firem se 14 měřicími zařízeními. Podrobnější informace o poskytovatelích, včetně kontaktů budou postupně publikovány na webu Asociace (5).
Rozložení poskytovatelů měření na území ČR je velmi nerovnoměrné (obr. 1). Velká část je soustředěna v Praze a Středočeském kraji, v řadě krajů není k dispozici žádný poskytovatel. Území Moravy je zřejmě pokryto rovnoměrněji, než území Čech.
Účastníci srovnávacího měření používají 4 typy měřicího zařízení. Vždy se jedná o zařízení typu blower door, všechna pracují na velmi podobném principu. Základní vlastnosti shrnuje tab. 1.
| ozn. | výrobce | typ | počet zařízení | počet vent. | Vmin [m3/h] | Vmax [m3/h] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | LTM | Blowtest 3000 | 4 | 1 | 250 | 2 500 |
| B | Infiltec | Infiltec E3 | 2 | 1 - 3 | 71 | 9 265 - 27 795 |
| C | Energy Conservatory | Minneapolis Blower Door Model 4 | 7 | 1 | 20 | 7 200 |
| D | Retrotec | Model Q46 | 1 | 1 | 8 | 9 514 |
Tab. 1 Počty a základní vlastnosti zařízení používaných poskytovateli měření vzduchotěsnosti v ČR. Počet vent. je počet ventilátorů v jednom zařízení, Vmin a Vmax minimální a maximální průtok vzduchu, který jsou schopné ventilátory zajistit
Všechna zařízení jsou zřejmě dobře použitelná pro měření běžných rodinných domů. Typy B, C, D umožňují měřit od velmi těsných a malých prostorů (bytů, místností) až po velké nebo velmi netěsné rodinné domy. Měla by umožnit i měření rozsáhlejších, ale relativně těsných staveb (např. tělocvična 32 x 16 x 7,5 m při n50 = 1,5 h-1). Rozsah použití zařízení typu A je omezenější. Pomocí zařízení typu B, vybaveného třemi ventilátory, je možné měřit ještě větší (nebo méně těsné) budovy. Zařízení typu C mohou být při měření navzájem synchronizována pomocí speciálního softwaru. Propojením všech 7 zařízení tohoto typu dostupných v ČR je teoreticky možné zajistit průtok vzduchu až cca 50 000 m3/h. V ČR by tedy mělo být možné měřit i velmi rozsáhlé budovy (např. halu 60 x 40 x 20 m při n50 = 1,0 h-1).
Kromě jednoho jsou všichni poskytovatelé vybaveni anemometrem pro detekci netěsností. Většina (11) k tomuto účelu používá také termovizní kameru, někteří (8) i vyvýječ hustého dýmu. Jediný poskytovatel má k dispozici ultrazvukový detektor (6).
Zkušenosti samotných techniků se zřejmě velmi liší. Délka praxe se pohybuje od několika měsíců do 10 let (většinou do 2 let), počet realizovaných měření od 3 do cca 350 (většinou do 15 měření).
3.4. Výsledky
Celkem bylo realizováno 16 testů, každý s jiným měřicím zařízením. V případě 2 zařízení byl test opakován. Měření každým ze zúčastněných techniků nebylo možné zajistit z časových důvodů.
Výsledky testů vykazují poměrně dobrou shodu (obr. 2). Naměřené hodnoty n50 se pohybují mezi 0,71 a 0,87 h-1, průměrná hodnota je 0,77 h-1. Většina hodnot (10) se od průměru liší méně než o ±0,05 h-1, Pouze 3 hodnoty se odlišují více než o ±0,06 h -1. Porovnávaná měřicí zařízení tedy zřejmě pracují bez závad se zásadním vlivem na výsledek měření.
Obr. 2 Srovnávací měření - výsledky dílčích testů
Podrobnější analýzy ukázaly, že naměřené hodnoty n50 nejsou závislé na typu měřicího zařízení - všechna porovnávaná zařízení tedy poskytují navzájem srovnatelné výsledky. Pouze u zařízení typu A byla při měření podtlakem zjištěna systematická odchylka parametrů rovnice proudění C a n oproti hodnotám naměřeným ostatními typy přístrojů. Projevuje se odlišným průběhem závislosti průtoku vzduchu na tlakovém rozdílu (obr. 3). Na hodnotu n50 má zřejmě malý vliv.
Vzájemné odchylky naměřených hodnot mohou být zřejmě výrazněji ovlivněny kvalitou práce měřicího technika (lidský faktor, nahodilá chyba). Např. testy 6 a 16 byly realizovány stejnou dvojicí méně zkušených techniků - při prvním testu byla odchylka hodnoty n50 od průměru +0,09 při druhém -0,046 h-1. Naopak zkušenější technik, který test rovněž opakoval, naměřil v obou případech téměř stejné hodnoty n50 (testy 1 a 8). Vliv zkušenosti technika ilustruje také obr. 4. Vzhledem k malému počtu techniků s praxí delší než 1 rok by však měl být interpretován opatrně!
3.5. Komentář, závěry
Důležité je zjištění, že všechna porovnávaná měřicí zařízení pracují pravděpodobně správně a výsledky měření (n50) jsou zřejmě nezávislé na typu přístroje. Zdá se, že při srovnatelných klimatických podmínkách a shodných hodnotách vztažných veličin závisí výsledek testu do značné míry na kvalitě práce technika (jistou roli může hrát zkušenost). Interval mezi nejvyšší a nejnižší naměřenou hodnotou n50 má šířku 1,6 h -1 a v podstatě vypovídá o nejistotě měření za daných podmínek. S rostoucí zkušeností techniků by se tento rozptyl mohl postupně zmenšovat - podle výsledků snad na hodnotu 1,0 h-1. To může být důležitá informace při porovnávání výsledků naměřených na stejné budově různými techniky (např. kontrola) a také pro způsob vyjadřování výsledků. U podobných budov zřejmě nemá smysl udávat hodnotu n50 na více než 1 desetinné místo (připomeňme, že relativní rozdíly v n50 budou jistě závislé na velikosti budovy).
Při tomto srovnávacím měření nebyl mimo jiné prověřován vliv odlišného přístupu k přípravě budovy a výpočtu vztažných veličin na nejistotu výsledku měření. Předpokládá se, že může být významný vzhledem k nejednoznačnosti pravidel uvedených v (3), která mohou být každým měřícím technikem interpretována poněkud odlišně. Asociace proto chápe komentář k této části normy (3) jako jednu z prioritních plánovaných aktivit, která by měla být řešena v návaznosti na vývoj v Evropě.
4. Výsledky měření vzduchotěsnosti v ČR - praktické zkušenosti
4.1. Vývoj praxe dosahování vzduchotěsnosti
Po masivní informační kampani CPD a fy Radion započaté v roce 2007 má praxe měření vzduchotěsnosti již trvale stoupající tendenci. S četností měření vzrůstá i zkušenost s dosavadními užívanými technikami utěsňování pláštů budov. Nové konstrukce, zvláště dřevostaveb, přinášejí nové požadavky na zpracování hlavní vzduchotěsnící vrstvy (HVV). Díky kreativitě architektů projektantů a transferu vybraných dobrých zkušeností ze zahraničí, se do praxe dostávají materiály, které v minulosti nebyly primárně určeny ke konstrukci HVV jako OSB, MFP, Tetra K aj. I použití tzv. tradičních parozábranných materiálů ve formě folií doznalo v poslední době výrazných změn. Umístění parozábrany za instalační mezeru, kotvení folií k nekompatibilním materiálům (zdivo, beton, EPS), průchody rovinou parozábrany, to jsou zásadní změny v aplikaci těchto desetiletí užívaných materiálů. Ukázalo se, že dřívější techniky aplikace parozábranných folií nejsou schopny naplnit požadavky na těsnost NED a PD a v mnohých případech vedou k spíše k lokálnímu poškození stavby v místech defektů nedokonalých spojů. V současnosti sledujeme rozvoj úspěšných pokusů aplikace HVV na exteriérové straně subtilních tepelně vodivých nosných konstrukcí (VPC,masivní panely z lepeného dřeva), které vedou k zjednodušení dílčích prostupů, napojení vnitřních konstrukcí a spojení s HVV střešních konstrukcí.
4.2. Materiály HVV
Pomineme-li minoritní až exotické vzduchotěsnící systémy, užívají realizátoři budov tři skupiny materiálů HVV. V hluboké minulosti užívaná interiérová omítka se s drobnými úpravami po materiálové stránce užívá i v současnosti. A právě historická zkušenost vede mnohdy k nepříliš pečlivé realizaci. Při tom je aplikace celoplošné omítky snad nejjednodušší a mnohdy velmi účinné vzduchotěsnící opatření. Aplikace parozábranných folií je jen o něco mladší technologie a trpí kromě již zmíněného rutinérství dalším neduhem. Měkký, velmi poddajný a na pečlivost a čistotu spojů velmi náročný materiál není v běžné hrubé stavební praxi správně zpracováván. V některých složitých detailech je užití foliových materiálů téměř vyloučeno.
V současné praxi spolu s významným nárůstem realizace dřevostaveb a to ať ve formě systému "2x4" nebo lehkého skeletu tvoří často HVV deskový materiál např. OSB, který plní současně statickou funkci. Výsledky měření vzduchotěsnosti staveb v posledních letech naznačují, že tato cesta je úspěšná a perspektivní. Zdá se, že za to vděčí dobré zpracovatelnosti a možnosti průběžné kontroly během aplikace.
Obr.5 Histogramy úspěšnosti materiálů HVV
Srovnání reprezentativního vzorku několika set měřených budov (pasivních, nízkoenergetických i několika tzv. energeticky úsporných) ukazuje dosažené úrovně vzduchotěsnosti v třídách četnosti hodnot n50 [h-1]. Za velmi úspěšné lze považovat užití deskových materiálů, kterými se daří dosáhnout i výrazně nižší průvzdušnosti než pro PD n50 < 0,6 [h-1]. Aplikace foliových parozábran naproti tomu vyhovují v úrovních dostatečných pro NED n50 <1,0 [h-1]. Omítkové HVV se jeví dostatečné pro potřeby PD ale stejně jak v předchozí kategorii, foliových parozábran, záleží na precizním provedení, což zatím není běžnou stavební praxí v ČR.
4.3. Kvalita materiálů HVV
Zpracování deskových záklopů konstrukcí vystupujících i ve funkci HVV je, zdá se, úspěšné a lze jej, tedy alespoň tam, kde to konstrukce budovy dovolí, doporučit. Je třeba ale mít na zřeteli, že se nebude, v případě desek OSB, jednat o parozábranu ale parobrzdu a tudíž jejímu užití musí předcházet kalkulace vlhkostní bilance v konstrukci a skladba směrem do exteriéru tomuto musí odpovídat. Difuzní vlastnosti desek OSB se často vyjadřují faktorem difuzního odporu (μ). Ten se u různých výrobců a provedení pohybuje v rozmezí 80 - 300.
V průběhu roku 2009 bylo na několika desítkách staveb zjištěno, že průvzdušnost zdánlivě vzduchotěsných OSB desek se pravděpodobně liší v závislosti na výrobci a, jak lze očekávat, i tloušťce desek. Toto zjištění je mimo jiné v souladu se zkušenostmi zahraničních kolegů (7). Z tohoto důvodu byla průvzdušnost OSB desek podrobněji testována na 4 pasivních domech. Každý z těchto domů měl HVV z OSB desek jiného výrobce. Jednalo se o 4 hlavní výrobce dodávající OSB desky na trh v ČR. Průvzdušnost byla testována na deskách různých tlouštěk (12 - 18 mm), zabudovaných do konstrukce. Pro účely těchto doplňkových testů byly řádným přelepením omezeny plochy spojů mezi OSB deskami nebo byly vybrány plochy zcela bez těchto spojů. Vybraná plocha byla těsně překryta jen částečně vypnutou PE folií a byla sledována rychlost plnění prostoru pod folií při podtlaku 50 Pa.
 Obr.6 Testovaná plocha před zahájením testu |
 Obr.7 Testovaná plocha po 5minutovém působení podtlaku 50 Pa |
Prostor mezi OSB deskou a fólií se ve všech případech postupně naplnil vzduchem, rychlost plnění však byla různá. Z těchto výsledků vyplývá, že testované typy OSB desek nejsou zcela vzduchotěsné a že jejich průvzdušnost se liší (větší rychlost plnění znamená větší průvzdušnost desky). Průtok vzduchu neporušenou plochou OSB desky byl za výše uvedených podmínek odhadnut na 0,1 - 2,5 m3/(h.m2) při 50 Pa.
Ze srovnání experimentálně zjištěné "rychlosti plnění prostoru mezi OSB a fólií" s výrobcem udávanými vlastnostmi desky je zřejmé, že průvzdušnost OSB desek koreluje s faktorem difuzního odporu (desky s vyšším faktorem difuzního odporu mají nižší průvzdušnost - jsou "těsnější"). Pro použití OSB desek ve funkci HVV lze tedy doporučit desky s nejvyšším dostupným faktorem difuzního odporu (μ).
Zkušenosti z výše popsaného experimentu ukazují, že vzduchotěsnost OSB desek je možné orientačně posoudit i bez znalosti faktoru difuzního odporu. Desky s výrazně "kompaktním" povrchem (dostatek pojiva mezi jednotlivými třískami, pojivo v souvislé vrstvě na povrchu desky) dosahovaly při doplňkovém testu uspokojivější výsledky (nižší průvzdušnost), než mateiály se zjevně nedostatečně vyplněným povrchem a mezerami mezi drobným třískami. Takové vizuální posouzení lze provést i bez testu průvzdušnosti a znalosti fyzikálních parametrů, jakkoli by tyto údaje měly být dostupné ke každému materiálu konstrukce stavby.
Zařízení Blower-door test
4.4. Závěrem
Účelem výše uvedeného nebylo odradit od používání perspektivního materiálu OSB jako HVV. Je ale nanejvýš důležité posuzovat vlastnosti jednotlivých materiálů a techniky aplikace s ohledem na požadované funkce v konstrukci. Správný výběr materiálů a jeho řádná aplikace vede k velmi dobrým výsledkům. V ČR je již několik dodavatelů PD, kteří užívají OSB ve funkci HVV a trvale dosahují průvzdušnosti n50 0,2 - 0,4 [h-1]. Asociace bude i nadále sledovat vývoj v kvalitě materiálů pro HVV podílet se na jejich ověřování.
5. Literatura
(1) Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast).
(2) Building Airtightness Platform Europe, www.buildup.eu/communities/airtightness
(3) ČSN EN 13829. Thermal performance of buildings - Determination of air permeability of buildings - Fan pressurization method.
(4) MORÁVEK, P. Obytný soubor pasivních domů Český ráj - Koberovy. Sborník konference Pasivní domy 2007, Brno, 2007
(5) http://www.blowerdoortest.cz/
(6) NOVÁK, J. Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. Grada, 2008
(7) LANGMANS, J., VAN DEN BOSSCHE, N. Airtightness prediction. Sborník International Workshop on Building Airtightness, June 14 - 15 2010, Brusel
Poděkování: Autoři děkují firmě Atrea s.r.o. za zapůjčení budovy pro účely srovnávacího měření a za spolupráci při jeho organizaci.
Tento výsledek byl získán za finančního přispění MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS.
Among other things, the new version of the EPBD calls for more substantial improvements in the energy performance of buildings – gradual, until up to almost zero level by 2020. Such buildings are not likely to be feasible without high-efficiency ventilation systems, the proper functioning of which is conditional to an excellent airtightness of the building. Relevant experts from all over Europe understand that ensuring the conditions for the gradual improvement of airtightness in common building practices is a common challenge and task.