Laboratórne meranie vzduchovej priepustnosti veľkoplošných materiálov na báze dreva
Príspevok prezentuje metódu laboratórneho merania určeného na meranie vzduchovej priepustnosti veľkoplošných konštrukčných prvkov. Cieľom laboratórnych meraní bolo stanoviť hodnotu vzduchovej priepustnosti pre veľkoplošné konštrukčné prvky. Výsledky merania sú spracované vo forme protokolu, ktorý uvádza hodnotu vzduchovej priepustnosti pri tlakovom rozdiele. Hodnota poskytuje obraz o vhodnosti použitia a kvalite veľkoplošného konštrukčného prvku určeného pre tvorbu vzduchotesnej roviny.
Úvod
Obr. 1: Priebeh experimentálnej skúškyPotreba merania vzduchovej priepustnosti veľkoplošných konštrukčných prvkov vznikla pri meraní vzduchotesnosti budov metódou tlakového spádu tzv. Blowerdoor test v zmysle metodiky STN EN 13829 [3]. Merania vzduchotesnosti boli vykonané približne na súbore sedemdesiatich budov na báze dreva našim pracoviskom. Pri uvedených meraniach neboli zistené typické závažné nedostatky a poruchy vzduchotesnej roviny. Po vylúčení a kontrole všetkých možných miest kde mohli vzniknúť prípadne netesnosti bola pri jednom meraní vzduchotesnosti budovy vykonaná experimentálna skúška. Jej princíp bol jednoduchý a spočíval v nalepení PVC fólie na plochu vzduchotesnej roviny budovy tvorenú veľkoplošným konštrukčným materiálom OSB/3. Skúšobným zariadením Blowerdoor test bol vyvolaný podtlak zhruba ∆p = 60–70 Pa. Nastalo vnikanie určitého množstvo vzduchu pod PVC fóliu (obr. 1), ktoré sa prejavilo viditeľným vydutím.
Z uvedenej experimentálnej skúšky vyplýva, že dochádza k prietoku nešpecifikovaného množstva objemového toku vzduchu cez plochu veľkoplošného konštrukčného materiálu OSB/3. Po zistení vznikla otázka aké sú možnosti merateľnosti a hlbšej analýzy uvedeného nedostatku. Na základe teoretického rozboru dostupných literárnych zdrojov [1, 4] bola zvolená metóda merania v zmysle normy STN EN 12114 [2]. Potrebným laboratórnym zariadením disponuje STU Stavebná fakulta v Bratislave, na ktorej bol v rámci spolupráce zrealizovaný súbor meraní skúšobných vzoriek. Výsledkom súboru laboratórnych meraní je protokol s hodnotou vzduchovej priepustnosti q50 , ktorý udáva množstvo objemového toku vzduchu prechádzajúceho cez plochu skúšobnej vzorky pri tlakovom rozdiele 50 Pa.
1 Popis laboratórneho zariadenia
Obr. 2: Použité meracie zariadeniaHlavnú časť laboratórneho zariadenia tvorí tlaková skúšobná komora. Jej prednú stranu tvorí osadzovací rám kde sa upevňuje meraná skúšobná vzorka vzduchotesnými páskami a prostredníctvom kovového prítlačného rámu s kovovými svorkami. Na zadnej strane je pripevnená príruba prívodného potrubia vzduchu, na ktorom sú rozmiestnené prietokomery s reguláciou prietoku vzduchu. Prívodné potrubie ukončuje namontovaný ventilátor, ktorý zabezpečuje potrebný objemový prietok vzduchu a jeho tlak. Pre presné ukazovanie tlakového rozdielu slúži tlakomer prepojený silikónovou hadičkou so skúšobnou tlakovou komorou. Monitorovanie teploty a vlhkosti vonkajšieho a vnútorného prostredia laboratórneho zariadenia počas merania zabezpečoval termo/ hygro snímač.
Obr. 3: Laboratórne zariadenie a funkčný princípPoužitá skúšobná tlaková komora (obr. 3) pre meranie z hľadiska vzduchotesnosti bola netesná. Na začiatku merania namiesto skúšobnej vzorky bola osadená vzduchotesná kalibračná vzorka. Nasledovalo meranie objemového toku vzduchu prechádzajúci plášťom komory pri rôznych tlakových rozdieloch. Uvedeným postupom bola zistená celková netesnosť komory, ktorá dosiahla menšiu hodnoty ako boli predpokladané merané objemové toky vzduchu. Zmeraná netesnosť bola pri vyhodnocovaní výsledkov odpočítaná od objemových tokov vzduchu nameraných pri skúšobných vzorkách.
2 Súbor skušobných vzoriek
Obr. 4: Vzorky veľkoplošných konštrukčných prvkovPre laboratórne meranie boli vybrané skúšobné vzorky veľkoplošných konštrukčných prvkov (obr. 4), ktoré sa používajú v praxi pri tvorbe vzduchotesnej roviny v obalových plášťoch na báze dreva. Následne boli vytvorené rôzne kombinácie z hľadiska: výrobcu, hrúbky a povrchovej úpravy (tab. 1).
| Rozdelenie skúšobných vzoriek podľa: | Veľkoplošné konštrukčné prvky na báze: | ||
|---|---|---|---|
| – minerálnych spojív a PUR recyklátu | – aglomerovaného dreva | – masívneho dreva | |
| obchodného označenia | – | OSB/3 | CLT |
| hrúbky [mm] | 10, 12,5; 20 | 8, 12, 15, 18, 22 | 60, 80, 100, 120, 140 |
| povrchovej úpravy | – bez povrchovej úpravy | – latex univerzálny – akrylátová farba – akrylátová farba fasádna – Duvilax BD-20 – fólia na báze celulózy | – bez povrchovej úpravy |
Základným rozdelením vznikli tri skupiny veľkoplošných konštrukčných prvkov na báze:
- minerálnych spojív (sadrokartónové, sadrovláknité, cementové dosky) a PUR recyklátu,
- aglomerovaného dreva (OSB/3 – nosná doska pre vlhké prostredie),
- masívneho dreva (CLT – krížom lepené drevo).
Na vybrané skúšobné vzorky od rôznych výrobcov OSB/3 hrúbky 15 mm bola vykonaná povrchová úprava rôznymi druhmi náterových látok (tab. 2, obr. 5). Viskozita náterovej látky bola upravená zriedením podľa odporúčania výrobcu, ktoré uvádzal v technickom liste. Jednotlivé množstva náteru boli odvážené na digitálnej váhe. Nános bol aplikovaný valčekom na povrchovú štruktúru OSB/3 v dvoch vrstvách. Na takto upravených vzorkách prebehli samostatné merania bez povrchovej úpravy s jednou vrstvou nánosu a s dvoma vrstvami nánosu. Povrchovú úpravu fóliou na báze celulózy výrobca aplikoval kašírovaním na konci technologického procesu výroby OSB/3.
Obr. 5: Povrchová úprava skúšobných vzoriek| Označenie vzorky | Povrchová úprava | Množstvo nánosu [g/m2] | |
|---|---|---|---|
| I. vrstva | II. vrstva | ||
| B1 | Latexová farba univerzálna | 120 | 118 |
| B2 | Akrylátová farba | 127 | 112 |
| B3 | Akrylátová farba fasádna | 124 | 100 |
| B4 | Duvilax BD-20 | 137 | 76 |
Obr. 6: Úprava skúšobných vzoriekUvedené kombinácie vytvorili súbor skúšobných vzoriek pre laboratórne meranie vzduchovej priepustnosti v celkovom počte 48 meraní. Pre vylúčenie vzniku možných vedľajších objemových tokov vzduchu po obvode skúšobnej vzorky bola vykonaná úprava veľkoplošných konštrukčných prvkov na báze aglomerovaného a masívneho dreva. Úprava skúšobných vzoriek spočívala nánosom tmelu a impregnačného náteru po obvode plochy a bočnej plôch (obr. 6).
Vonkajšie rozmery skúšobných vzoriek boli dané vnútornou svetlosťou osadzovacieho rámu. Rozmer vzorky na báze:
- minerálnych spojív, PUR recyklátu a aglomerovaného dreva 1200 × 1515 mm,
- masívneho dreva 1180 × 1490 mm.
3 Priebeh laboratórneho merania
Obr. 7: Vzduchotesné osadenie skúšobnej vzorky a pripevnenie kovového prítlačného rámuPripravená skúšobná vzorka bola vložená do osadzovacieho rámu skúšobnej tlakovej komory. Vzduchotesné osadenie vytvorila vzduchotesná páska nalepená v jednej rovine po obvode skúšobnej vzorky a osadzovacieho rámu. Vzduchotesnosť rohových spojov zabezpečoval pružný tmel následným prelepením vzduchotesnou páskou (obr. 7).
Na upevnenú skúšobnú vzorku bol následne pripevnený kovový prítlačný rám pomocou kovových svoriek. Zabezpečoval stabilitu osadenia proti pôsobeniu pretlaku počas priebehu skúšky. Po vykonaní všetkých potrebných prípravných prác nastalo spustenie meracieho zariadenia a samotné meranie. Skúška prebehla podľa postupu uvedeného v norme STN EN 12114 [2] pri dodržaní daných okrajových podmienok. Na vytvorenie potrebného objemového toku vzduchu pri danom tlakovom rozdiele bol použitý ventilátor. Regulácia prúdiaceho vzduchu a zabezpečoval ventil umiestnený pred prietokomerom. Na sledovanie hodnoty spôsobeného tlakového rozdielu bol použitý tlakomer. Po ustálení tlakového rozdielu bol sledovaný objemový tok vzduchu cez prietokomer po dobu piatych minút. V prípade potreby bola vykonaná regulácia prúdiaceho vzduchu. Na konci merania bol prepočítaný objemový tok vzduchu na základnú jednotku m3/h. Samotné meranie pozostávalo celkovo zo siedmych odstupňovaných tlakových rozdielov (50, 100, 200, 400, 600, 800,1000 Pa).
Jednotlivé výsledky merania boli vynesené do grafu závislosti objemového toku vzduchu a tlakového rozdielu. Pre zostrojenie grafu bola použitá logaritmická mierka a upravená empirická rovnica prúdenia zlogaritmovaním (1).
(1)
Na základe uvedených úprav a použitím metódy lineárnej regresie boli určené parametre rovnice prúdenia C a n. Výsledný priebeh závislosti objemového toku vzduchu a tlakového rozdielu získal tvar priamky. Výstupom laboratórneho merania skúšobnej vzorky je protokol merania ktorý uvádza hodnotu vzduchovej priepustnosti q50 pri tlakovom rozdiele 50 Pa. Pri všetkých meraniach bol dodržaný rovnaký metodický postup v zmysle STN EN 12114 [2].
4 Výsledky laboratórnych meraní
Protokoly merania s udávanými hodnotami vzduchovej priepustnosti tvoria základ hodnotenia výsledkov laboratórnych meraní. Jednotlivé výsledky merania sú analyzované na základe materiálovej bázy, z ktorej je veľkoplošný konštrukčný prvok vyrobený.
4.1 Výsledky merania pre prvky na báze minerálnych spojív a PUR recyklátu
Prvky na báze minerálnych spojív a PUR recyklátu dosahujú nízku vzduchovú priepustnosť (obr. 8) vďaka homogénnej štruktúre povrchových vrstiev tvorenú impregnovaním papierom.
Obr. 8: Hodnoty vzduchovej priepustnosti pre prvky na báze minerálnych spojív a PUR recyklátu
| A/5 | cementová doska |
| A/8 | konštrukčná sadrokartónová doska |
| A/6 | sadrovláknitá doska |
| A/10 | akustická sadrokartónová doska |
| A/3 | kompozit z PUR recyklátu |
| A/1 | protipožiarna sadrokartónová doska |
| A/4 | impregnovaná sadrokartónová doska |
| A/7 | stavebná doska na báze sadry |
| A/9 | stavebná sadrokartónová doska |
| A/2 | kompozit z PUR recyklátu |
4.2 Výsledky merania pre prvky na báze aglomerovaného dreva
Prvky na báze aglomerovaného dreva tvorili OSB/3 ( nosná doska určená do vlhkého prostredia). Hodnoty merania dosiahli rôzne hodnoty boli skúmane rôzne závislosti a vplyv na vzduchovú priepustnosť. Pre prvky na báze aglomerovaného dreva je problematické stanoviť presnú hodnotu vzduchovej priepustnosti. Uvedený nedostatok je spôsobený niekoľkými faktormi kde patrí:
- veľkosť triesok v povrchovej a stredovej vrstve,
- kvalita povrchových vrstiev,
- množstvo nánosu lepidla na jednotlivé triesky,
- hustota skúšobnej vzorky.
Na obr. 9 je vidieť vplyv veľkoplošného konštrukčného prvku pri hrúbke 12, 15, 18 mm na vzduchovú priepustnosť v závislosti od výrobcu. Výrazný rozdiel hodnôt je medzi hrúbkami 12 a 15 mm pri zväčšovaní hrúbky hodnota vzduchovej priepustnosti je menej výrazná.
Obr. 9: Vplyv hrúbky na vzduchovú priepustnosť v závislosti od výrobcu
Obr. 10: Zmena vzduchovej priepustnosti v závislosti od hrúbky aglomerovaného veľkoplošného prvku
Pre znázornenie zmeny vzduchovej priepustnosti v závislosti od hrúbky aglomerovaného veľkoplošného konštrukčného prvku bola vykonaná séria meraní OSB/3 pri hrúbkach 8 až 22 mm. Z obr. 10 je zrejmý pokles vzduchovej priepustnosti od hrúbky 8 po 15 mm pri zväčšovaní hrúbky je zmena menej výrazná.
V rámci laboratórnych meraní boli použité skúšobné vzorky s upravenými povrchovými vrstvami tvorené rôznymi náterovými látkami. Na obr. 11 je vidieť vplyv povrchovej úpravy na zmenu vzduchovej priepustnosti. Z hľadiska štruktúry povrchovej vrstvy OSB/3 pri použití náterovej látky dochádza k uzatvoreniu povrchu a vytvorenie filmu, ktorý je odolný proti prechádzajúcemu toku vzduchu.
Obr. 11: Vplyv povrchovej úpravy na vzduchovú priepustnosť
Obr. 12: Vplyv na vzduchovú priepustnosť fólie na báze celulózy aplikovanej kašírovaním
Možnosť ďalšej úpravy povrchovej štruktúry veľkoplošného konštrukčného prvku je použitie fólie na báze celulózy aplikovanej kašírovaním. Uvedenou úpravou OSB/3 dochádza k úplnému uzatvoreniu povrchu a vytvoreniu súvislého povrchu. Na obr. 12 je porovnávaný vplyv použitia fólie na báze celulózy a skúšobných vzoriek bez povrchovej úpravy na hodnotu vzduchovej priepustnosti. Znázornené hodnoty vyjadrujú meranie dvoch hrúbok prvkov a rôznych výrobcov.
4.3 Výsledky merania pre prvky na báze masívneho dreva
Obr. 13: Hodnoty vzduchovej priepustnosti pre prvky na báze masívneho dreva
Veľkoplošné konštrukčné materiály na báze masívneho dreva CLT dosahujú nízku vzduchovú priepustnosť, na ktorú vplýva počet jednotlivých vrstiev, nános lepidla a povrchová kvalita jednotlivých lamiel ( hrče, trhliny). Závislosť hodnôt vzduchovej priepustnosti od hrúbky a počtu vrstiev jednotlivých skúšobných vzoriek CLT znázorňuje obr. 13 a tab. 4.
| C/2 | CLT-80, 3 vrstvy |
| C/1 | CLT-80, 4 vrstvy |
| C/3 | CLT-60, 3 vrstvy |
| C/5 | CLT-120, 6 vrstiev |
| C/6 | CLT-140, 7 vrstiev |
| C/4 | CLT-100, 5 vrstiev |
4.4 Celkové výsledky merania
Obr. 14: Rozdelenie veľkoplošných konštrukčných prvkov podľa materiálovej bázy
Po analýze všetkých výsledkov merania vzduchovej priepustnosti na skúšobných vzorkách je možné stanoviť výsledne záverečné hodnotenie. Pozostáva z rozdelenia veľkoplošných konštrukčných prvkov podľa materiálovej bázy (obr. 14). Z uvedeného grafu vyplýva, že výhodné vlastnosti majú predovšetkým prvky na báze minerálnych spojív a PUR recyklátu. Nevýhodou týchto prvkov sú nízke mechanické vlastnosti, pretože nezabezpečujú potrebnú výstužnú pevnosť obvodovej steny pri panelovom type konštrukcie. Ďalším rozhodujúcim faktorom o použiteľnosti týchto prvkov je pomerne vysoká cena. Nízke hodnoty vzduchovej priepustnosti dosahujú prvky na báze masívneho dreva. Poskytujú vysoké mechanické vlastnosti a sú vhodné hlave pre použitie v masívnych konštrukčných skladbách obvodových stien na báze dreva. Najpoužívanejšie prvky na tvorbu vzduchotesnej roviny sú na báze aglomerovaného dreva. Spĺňajú požiadavky na mechanické vlastnosti a sú cenovo dostupné. Pre prvky na báze aglomerovaného dreva bez povrchovej úpravy je problematické dosiahnuť požiadavku na vzduchovú priepustnosť q50 < 0,1 m3/m2.h. Pokiaľ majú byť použité pre nízkoenergetické a pasívne stavby je vhodná povrchová úprava náterovou látkou alebo kašírovaním fólie na báze celulózy.
Záver
Cieľom laboratórnych meraní bolo stanoviť hodnoty vzduchovej priepustnosti pre najpoužívanejšie veľkoplošné konštrukčné prvky určené na tvorbu vzduchotesnej roviny. Pri voľbe vhodného prvku okrem požiadavky na vzduchovú priepustnosť je potrebné zohľadniť aj fyzikálne a mechanické vlastnosti. V neposlednom rade je dôležité poznať hranicu ekonomickej efektívnosti pre konkrétny veľkoplošný konštrukčný prvok.
Z hľadiska vzduchotesnosti budovy je potrebné sa zaoberať vzduchovou priepustnosťou prvkov určených na tvorbu vzduchotesnej roviny. Praktický dopad vzduchovej priepustnosti prvkov je najmä na celkovú vzduchotesnosť obalového plášťa. Vyjadrená je hodnotou intenzity výmeny vzduchu n50. Uvedená hodnota je zohľadňovaná vo výpočtoch mernej potreby tepla na vykurovanie napríklad v plánovacom nástroji PHPP (Das Passivhaus Projektierungs Paket) určeného pre návrh pasívnych stavieb. Použitie nesprávneho veľkoplošného konštrukčného prvku môže spôsobiť zvýšenie tepelných strát vplyvom infiltrácie. Dôsledkom môže byť, že výpočet mernej potreby tepla na vykurovanie pri návrhu pasívnej stavby nedosiahne požadovanú hodnotu. Ďalej môže nastať zníženie kvality vnútorného prostredia budovy, ktoré sa prejaví znížením povrchovej teploty konštrukcie obvodovej steny. Uvedený jav môže nastať pri silnom vetre v zimnom období, ktorý spôsobuje nadmerné prúdenie vzduchu cez vzduchotesnú rovinu a hmotu obvodovej steny.
Literatúra
- [1] NOVÁK, J. 2008. Vduchotěsnost obvodových plášťů budov. Praha:Vydala Grada Publishing, a.s., 2008. 204 s. ISBN 978-80-247-1953-5
- [2] STN EN 12114. Tepelnotechnické vlastnosti budov. Vzduchová priepustnosť stavebných prvkov a konštrukcií. Laboratórna skúšobná metóda.
- [3] STN EN 13829. 2001: Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora.
- [4] RALF, K. 2010. Potential of wind barriers to assure airtightness of wood-frame low energy constructions. In Energy and Buildings.
The paper presented method of laboratory measurements for specifies air permeability of building board elements of wood- based. The aim of laboratory measurements was to designate value of air permeability of building board elements of wood- based. The results from measurement are in form protocols which indicate air permeability for differential pressure 50 Pa. The value air permeability decides about application and quality building board elements for airtight layer.