Vzduchotěsnost obálky budovy z jednovrstvé cihelné konstrukce laboratorní měření a poznatky z měření na experimentálním domě HELUZ

Transkript

1 Firemní prezentace Vzduchotěsnost obálky budovy z jednovrstvé cihelné konstrukce laboratorní měření a poznatky z měření na experimentálním domě HELUZ Air-tight envelope of the building made of a single layer brick construction laboratory measurements and findings from measurements on an experimental house HELUZ Pavel Heinrich, Heluz cihlářský průmysl, Dolní Bukovsko Klíčová slova: průvzdušnost obálky zdivo z pálených cihel netěsnost blower door test Key words: air permeability building brick masonry leak b lower door test Vzduchotěsnost obvodového pláště budovy je významným parametrem nejen pro dosažení předpokládaného energetického standardu budovy, ale i pro předpokládanou trvanlivost konstrukcí a pro vnitřní mikroklima v budově [9], [15], [16]. Přestože toto téma oboru tepelné techniky budov je známé již desítky let [1], tématu vzduchotěsnosti obálky budovy v ČR se věnuje v posledních letech větší pozornost než v minulosti, zejména s nástupem energeticky efektivní výstavby. Často se porovnává vzduchotěsnost obálky budovy v závislosti na konstrukčním systému budovy (lehký, těžký, smíšený), případně jeho materiálovém řešení [9], [16]. Článek se věnuje vzduchotěsnosti obálky budovy z jednovrstvého cihelného zdiva a experimentálnímu pasivnímu domu v Českých Budějovicích. Air-tight envelope of a building is an important parameter not only for reaching the forecasted energy standard of the building, but also for the forecasted life of structures and for the internal micro-clima in the building [9], [15], [16]. Despite the topic of the field of thermal insulation of buildings is already known for past tenths of years [1], the topic of air-tight envelope of buildings was recently devoted a greater attention than in the past, especially with formation of the energy efficient buildings. It is often compared an air-tight envelope of a building, depending on construction system of a building (light, heavy, mixed), or its material solution [9], [16]. The article is dedicated to an air- -tight envelope of a building made of a single layer brick masonry and an experimental passive house in České Budějovice. 1 Úvod Pro návrh a provedení vhodné vzduchotěsnicí vrstvy obvodového pláště domu se v současnosti vychází zejména ze zkušeností z měření na stavbách a ověřených konstrukčních detailů. Neexistuje však návod či ucelený katalog konstrukčních řešení pro predikci vzduchotěsnosti obálky budovy, který by byl dostupný stavební praxi již ve fázi návrhu stavby. Tato predikce by byla zavedena do výpočtu energetické náročnosti budovy, a s určitou mírou spolehlivosti by byla dosahována při dokončení stavby. Problémy s vytvořením uceleného souboru informací můžeme hledat v tom, že předpisy, potažmo technické normy v ČR, pouze doporučují splnit určitou hodnotu průvzdušnosti obvodového pláště domu, viz např. ČSN :2011 [2] od roku 2002 (mimo spárovou průvzdušnost zejména oken), a určitě také v tom, že tento úkol je technicky složitý a finančně náročný, společně s tím, že současné poznatky již vedou ve větší míře k dobrým výsledkům vzduchotěsnosti u staveb s požadavkem investora na dosažení nízké průvzdušnosti budovy, která bude stanovena měřením blower door testem [3]. Mnoho poznatků a informací je také možné získat u různých zájmových sdružení a jejich členů [5], [6], [7], [8]. 2 Průvzdušnost cihelného zdiva Jedním z dílčích kroků pro stanovení průvzdušnosti obálky budovy zděných domů mohou být výsledky laboratorního měření neprůvzdušnosti fragmentů cihelného zdiva podle [4]. Samotné zdivo bez povrchových úprav není neprůvzdušné; to platí i pro jiné zdicí materiály, spojované systémem pero drážka bez promaltování. Výsledky jednostranně a oboustranně omítnutého zdiva vápenocementovou omítkou (jiné typy omítek nebyly předmětem zkoumání) jsou shrnuty v grafu na obr. 1, uspořádání experimentu je vidět na obr. 2. Na obr. 3 a 4 je vidět stav fólie při podtlaku 50 Pa, resp. 600 Pa. Při podtlaku 600 Pa dochází doslova k přisátí fólie na cihly. Z grafu je vidět, že v zájmové oblasti (Δp = 50 Pa) je plošná neprůvzdušnost zdiva velmi nízká, a u oboustranně omítnutého zdiva v podstatě na daném měřicím zaříze- 42 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/2014

2 ní neměřitelná (nejistota měření je významně vyšší než naměřená hodnota). Dále je uvedena i plošná neprůvzdušnost fragmentu zdiva s vlivem zásahů do konstrukce, která bude okomentována v dalším textu. Pro představu můžeme stanovit hodnotu n 50 pro dům, jehož obálka by byla zhotovena z konstrukcí, jejichž průvzdušnost by odpovídala výsledkům z měření fragmentů zdiva, a geometrie domu by byla shodná s experimentálním domem v Českých Budějovicích výpočet a výsledky z reálného měření na domu jsou uvedeny v grafu na obr. 5 pro různé scénáře. 3 Průvzdušnost cihelného zdiva s vlivem typických netěsností Reálně se na stavbách do konstrukce provádí záměrné zásahy rozvody elektroinstalací, vedení rozvodů zdravotechniky, kotvení předmětů které mají vliv na neprůvzdušnost konstrukce. Za tímto účelem byly vytipovány případy, které byly laboratorně vyšetřovány. Byl zjišťován vliv na změnu průvzdušnosti oboustranně omítnutého fragmentu, a smluveným postupem byl stanoven vliv jednotlivých netěsností na průvzdušnost fragmentu zdiva. Ovlivnění průvzdušnosti fragmentu zdiva je vidět na grafu na obr. 6. Jedná se o změnu průvzdušnosti fragmentu zdiva jednotlivými netěsnostmi od stavu neporušeného fragmentu zdiva. Zajímavostí může být zlepšení neprůvzdušnosti fragmentu zdiva při zabudování plechového rozvaděče. Fotografie z vybraných prováděných experimentů jsou na obr. 7 až 10. Poměrně překvapivý byl výsledek ovlivnění neprůvzdušnosti fragmentu zdiva oslabeného zásahem na jeho vnější straně instalací silnoproudu a elektroinstalační krabice (obr. 10). Průběh průvzdušnosti fragmentu zdiva s touto netěsností je zřetelně vidět na grafu na obr. 11. Z dosažených výsledků vyplývá, že zásahy do konstrukce ovlivňují neprůvzdušnost zdiva (obr. 6). Otázkou však zůstává, jak správně interpretovat zjištěné výsledky pro návrh obálky budovy z pohledu průvzdušnosti. Nabízí se možnost vztáhnout ovlivnění průvzdušnosti zdiva typickou netěsností na měrnou plochu zdiva, ale aby tato predikce nevedla k chybným závěrům, musíme vzít do úvahy i plochu nebo délku netěsnosti v poměru na plochu zdiva nebo jiný typický rys (např. počet hmož- Obr. 1 Plošná průvzdušnost fragmentu zdiva měřená v laboratoři [10], [11], [12], [13] dinek/plocha zdiva). U liniových netěsností (elektrorozvody) se nabízí spíše vztáhnout ovlivnění neprůvzdušnosti na jednotku délky. Na grafu na obr. 12 je vidět příklad takovéto závislosti. V tab. 1 je uveden vliv na hodnotu n 50 experimentálního domu v závislosti na délce rozvodů a příslušného počtu elektroinstalačních krabic. Nicméně nad správnou interpretací výsledků měření typických netěsností s vlivem na průvzdušnost zdiva, potažmo obálky budovy, bude nutné vést ještě odbornou diskusi a provést další měření. 4 Průvzdušnost obálky experimentálního domu Dalším dílčím krokem pro popis vzduchotěsnosti obálky budovy jsou zkušenosti z několika provedených měření blower door testem na experimentálním domu v Českých Budějovicích (obr. 13). Výsledky měření průvzdušnosti obálky budovy jako celku zahrnují vliv všech skupin, vznikajících netěsností vliv projektové přípravy, vliv plošné průvzdušnosti konstrukcí, vliv typických netěsností, vliv konstrukčních detailů a napojení jednotlivých konstrukčních elementů a vliv netěsností, vznikajících v důsledku různé složitosti realizace konstrukcí na stavbě a kvality řemeslného zpracování. Přestože pro experimentální dům nebyla vypracována zvláštní opatření v projektové fázi, bylo dosaženo velmi solidního výsledku n 50 pro dokončenou budovu n 50 = 0,20 h -1 [14]. Během různých fází výstavby byla prováděna měření výsledky jsou shrnuty v tab. 2 s příslušnou fotodokumentací, viz obr. 14 až 22. Při prvním měření ve fázi hrubé stavby Obr. 2 Uspořádání experimentu pro stanovení průvzdušnosti zdiva jednostranně a oboustranně omítnutého fragmentu zdiva. Na smluvenou vnitřní stranu zdiva se přistavila vzduchotěsná komora propojená na ventilátor a měřicí linku průtoku vzduchu se současným snímáním tlakového rozdílu TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/

3 Obr. 3 Jednostranně omítnutý fragment byl na vnější straně opatřen fólií pro vizualizaci zkoušky při podtlaku. Na fotografii je vidět stav při podtlaku Δp = 50 Pa Obr. 4 Jednostranně omítnutý fragment byl na vnější straně opatřen fólií pro vizualizaci zkoušky při podtlaku. Na fotografii je vidět stav při podtlaku Δp = 600 Pa po osazení otvorových výplní a zhotovení vnitřních omítek bylo dosaženo hodnoty n 50 = 0,7 h -1. Hlavní problémy netěsností byly identifikovány v nedostatečně provedených omítkách až k hrubé podlaze (ač na to řemeslníci byli upozorněni), dále pak při prostupu rozvodů zdravotechniky, které byly vedeny těsně vedle zdí nebo dokonce zasahovaly do zdi, a v těchto místech nebylo možné zhotovit řádně omítku. Stojí za připomenutí, že nebyly identifikovány netěsnosti v hrubé podlaze 1.NP ani ve stropní konstrukci 2.NP (keramobetonové panely + parotěsnicí vrstva a dočasná hydroizolace z asfaltových pásů na jejich horním líci), kde bylo provedeno minimum zásahů do konstrukce, a omítky mohly být bez problému provedeny v celé ploše stropní konstrukce. Druhý test byl proveden po opravě zjištěných netěsností (oprava omítek a netěsností u rozvodů zdravotechniky pomocí trvale pružného tmelu, případně pomocí montážní pěny)a po zhotovení anhydritových podlah, kdy bylo dosaženo hodnoty n 50 = 0,4 h -1. Po dokončení domu, kdy byly zhotoveny vnější omítky, došlo k výraznému zlepšení průvzdušnosti obálky budovy na hodnotu n 50 = 0,2 h -1. Této hodnoty bylo dosaženo i po 1 roce využívání domu (návštěvy účastníků výstav, prohlídky domu jednotlivými zájemci). Výsledná hodnota je tedy výrazně nižší oproti doporučením na dosažení průvzdušnosti podle ČSN :2011 [2], kdy pro dům se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění s nuceným větráním a zpětném získávání tepla je doporučena hodnota n 50 = 0,4 h -1. V tab. 3 jsou pro informaci uvedeny hodnoty doporučené celkové intenzity výměny vzduchu n 50,N podle ČSN :2011 [2]. Z dosažených výsledků vyplývá, že pro zděný dům z cihel je možné dosáhnout velmi nízké hodnoty neprůvzdušnosti obálky budovy, a to již při provedení vnitřních omítek, což potvrzuje robustnost hlavní vzduchotěsnicí vrstvy omítky. Zároveň je však patrný velký rozdíl mezi teoretickou hodnotou n 50 pro n 50 (1/h) n 50 teore cká hodnota pro dům pro různý ekvivalent konstrukce a hodnoty na základě měření experimentnálního domu 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 ekvivalent obálky budovy jednostranně omítnutého fragmentu a naměřeným výsledkem. Je tedy zřejmý značný podíl lokálních netěsností, které nelze připisovat vlastnostem konstrukčního materiálu, ale projektové přípravě a kvalitě provedení stavby. Významné zlepšení nastává při oboustranně omítnutém vnějším zdivu, kdy sice nebyl očekáván velký přínos na zlepšení neprůvzdušnosti obálky domu díky nízké plošné průvzdušnosti oboustranně omítnutého zdiva (rozdíl Obr. 5 Hodnota n 50 pro různé scénáře obálky domu a reálného měření na stavbě; teoreticky stanovená hodnota n 50 odpovídá ekvivalentu konstrukce celkové plochy obálky experimentálního domu s naměřenou laboratorní průvzdušností zdiva, a slouží zejména pro ilustraci možného dosažení neprůvzdušnosti budovy Poznámky: 1) jednostranně omítnuté zdivo; 2) oboustranně omítnuté zdivo; 3) oboustranně omítnuté zdivo s netěsnostmi (kumulativně); 4) oboustranně omítnuté zdivo s netěsnostmi pouze na vnitřní straně (kumulativně); 5) na základě výsledku měření blower door testu dokončeny vnitřní omítky; 6) na základě výsledku měření blower door testu dokončeny vnitřní omítky + opravy zjištěných netěsností + dokončené podlahy; 7) na základě výsledku měření blower door testu dokončený dům s omítkami z obou stran zdiva 44 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/2014

4 Obr. 6 Vliv na změnu průvzdušnosti fragmentu oboustranně omítnutého zdiva pro jednotlivé typy netěsností na hodnotě n 50 by byl přibližně 0,05 h -1 ), ale došlo k výraznému potlačení vlivu lokálních netěsností. Vnější omítku tedy lze považovat za, řekněme pojistnou vzduchotěsnicí vrstvu. kontroly vzduchotěsnosti obálky domů (alespoň pro novostavby a významné renovace) tak, jak je tomu např. při získání dotace z programu Nová zelená úsporám pro domy s velmi nízkou energetickou náročností, s provázaností na průkaz energetické náročnosti budovy. To by vedlo ke zlepšení reálně dosahované energetické náročnosti domů od současného stavu, kdy se ve výpočtech uvažuje pouze s předpokládanou průvzdušností obálky budovy (pomíjíme význam možných změn materiálového řešení a jejich dokladování, např. při vydávání souhlasu s užíváním stavby). Zároveň by tato změna částečně vedla k prevenci závad na stavbě a vyšší trvanlivosti konstrukcí, a v konečném důsledku ke zlepšení vnitřního prostředí domů při řádném větrání. Obr. 7 Rozvod silnoproudu + elektroinstalační krabice Obr. 8 Rozvody zdravotechniky 5 Diskuse a závěr Z výše uvedených poznatků vyplývá, že exaktní popis průvzdušnosti obálky budovy je náročný proces, do kterého vstupuje spousta vlivů. Pro zděné cihelné budovy byly provedeny dílčí kroky pro popis vzduchotěsnosti, které bude třeba odborně vyhodnotit. Ze zkušeností z měření vyplývá mnoho otázek od samotného stanovení plošné průvzdušnosti zdiva v závislosti na volbě povrchové úpravy, přes vliv typických netěsností a jejich správné interpretace, přes konstrukční problémy, zejména návaznosti jednotlivých konstrukčních prvků až po doporučení vhodných konstrukčních řešení při projektové fázi domu, s důrazem na provázání s dosažitelnou kvalitou technologického provedení na samotné stavbě. Vyvstává i zajímavá otázka na správné zhotovení připojovací spáry okenního rámu ke zděné konstrukci, kde se začínají uplatňovat uzávěry této spáry ve formě parotěsných a paropropustných lepicích pásek, které se ve zděných stavbách tradičně nevyskytovaly [17]. Jejich instalace přináší řadu problémů, zejména při samotném osazení oken, a poté při omítání (výrobci pásek budou tvrdit opak, kvalita realizace na stavbách je však velmi proměnlivá). Proto bude nutné provést výzkum i v této oblasti. Samostatnou kapitolou jsou parametry oken, kde nemusí být hlavní problém v utěsnění funkční spáry, ale např. problémy rámu kolem kování (obr. 23). Jednoznačný vliv na dosažení vyšší kvality staveb a energetického standardu domu by mělo zavedení povinnosti Závěrem lze říci, že důležité téma průvzdušnosti obálky budovy je velmi široké, a proto je mu nutno věnovat systematickou pozornost. Pro zděné cihlové domy není problematické dosáhnout nízké průvzdušnosti obálky domu, zvláště s použitím vnitřních a vnějších omítek při určitých pravidlech, a zejména kvalitním řemeslným zpracováním, které bohužel na běžných stavbách stále často chybí. Tab. 1 Vliv na hodnotu n 50 experimentálního domu při uvažované délce vedení kabelů silnoproudu a příslušného počtu elektroinstalačních krabic Délka rozvodů Příslušný počet el. krabic Vliv na n 50 domu [m] [ks] [1/h] , , , ,07 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/

5 Obr. 9 Zabudování elektroinstalačního rozvaděče Obr. 10 Rozvody silnoproudu na vnější straně fragmentu zdiva Průvzdušnost frangmentu zdiva s netěsnostmi Obr. 11 Výrazný vliv na průvzdušnost fragmentu zdiva má zásah do jeho vnějšího pláště Průvzdušnost zdiva s vedením silnoproudu Obr. 12 Průvzdušnost zdiva v závislosti na tlakovém rozdílu vztažené na jednotku délky vedení silnoproudu s uvažováním jedné elektroinstalační krabice po 2,91 m Poděkování: Ing. Jiřímu Novákovi, Ph.D. (ČVUT) za odborné poradenství a spolupráci při řešení problematiky neprůvzdušnosti obálky budovy, a Ing. Tomášovi Langerovi (VÚPS) za věcné připomínky a zpracování výsledků měření typických netěsností. Literatura [1] files/p072_asiepi_wp5_ip1_ p3067.pdf. [2] ČSN :2011 Tepelná ochrana budov Část 2: Požadavky. [3] ČSN EN 13829:2001 Tepelné chování budov Stanovení průvzdušnosti budov tlaková metoda. [4] ČSN EN 12114:2001 Tepelné cho- Tab. 3 Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n 50,N podle ČSN :2011 Větrání v budově Doporučená hodnota n 50,N (h -1 ) Úroveň I Úroveň II Přirozené nebo kombinované 4,5 3,0 Nucené 1,5 1,2 Nucené se zpětným získáváním tepla 1,0 0,8 Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění (pasivní budovy) 0,6 0,4 46 TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/2014

6 Obr. 13 Experimentální dům na výstavišti v Českých Budějovicích Obr. 23 Netěsnost okenního rámu v místě uchycení kliky pro otevírání okna vání budov Stanovení průvzdušnosti stavebních dílců a prvků Laboratorní zkušební metoda. [5] [6] [7] [8] Tab. 2 Dosažená úroveň průvzdušnosti obálky budovy experimentálního domu n 50 = 0,7 h -1 n 50 = 0,4 h -1 n 50 = 0,2 h -1 Obr. 14 Osazeny otvorové výplně a zhotoveny vnitřní omítky Obr. 15 Netěsnost z důvodu nemožnosti provedení souvislé vrstvy omítky Obr. 17 Opraveny netěsnosti, zhotoveny podlahy (anhydrit) Obr. 18 Oprava netěsnosti pomocí trvale pružného tmelu [9] NOVÁK, J.: Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov, Grada Publishing, Praha, [10] Protokol o zkoušce č. A 066/2013, č akreditovaná ČIA, [11] Protokol o zkoušce č. A 105/2012, Obr. 20 Dům dokončený včetně vnějšího omítkového systému Obr. 21 Pohled na velikost otvoru, přes který proudil vzduch hnaný ventilátorem č akreditovaná ČIA, [12] Protokol o zkoušce č. A 109/2012, č akreditovaná ČIA, [13] Protokol o zkoušce č. A 055/2013, č akreditovaná ČIA, [14] NOVÁK, J.: Experimentální pasivní dům HELUZ výsledky měření vzduchotěsnosti doplněná a upravená závěrečná zpráva, Katedra konstrukcí pozemních staveb, Fakulta stavební ČVUT, Praha, [15] SANTOS, H. R. R., LEAL, V. M. S.: Energy vs. ventialtion rate in buildings: A comprehensive scenario- -based assessment in the European context, Energy in Buildings, Elsevier, [16] JOKISALO, J., KURNUTSKI, J., KORPI, M., KALAMEES, T., VIN- HA, J.: Building leakage, infiltration, and energy performance analyses for Finnish detached houses, Building and environment, Elsevier, [17] VAN DEN BOSSCHE, N., HUY- GHE W., MOENS, J., JANSSENS, A., DEPAEPE, M.: Airtightness of the window wall interface in cavity brick walls, Energy and Buildings, Elsevier, Obr. 16 Nekvalitně odvedená práce při omítání, kdy omítky nejsou dotaženy ke hrubé podlaze Obr. 19 Oprava omítek Obr. 22 Záznam hodnot při měření TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 5/