ENS. Nízkoenergetické a pasivní stavby. Přednáška č. 9. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Transkript

1 Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích ENS Nízkoenergetické a pasivní stavby Přednáška č. 9 Přednášky: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Cvičení: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Garant: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví

2 Vzduchotěsnost obálky budovy Pro klimatické podmínky členských států Evropské Unie, s výjimkou zemí lokalizovaných v jižní Evropě, je charakteristické: Po většinu dní jsou během roku teploty vnitřního vzduchu v interiéru vyšší než teploty venkovního vzduchu Za předpokladu nedostatečně těsné obálky budovy dochází povětšinu roku k úniku tepla z interiéru do exteriéru netěsnostmi, trhlinami a spárami Vzduchotěsnost je jedním z klíčových atributů zelených budov 2

3 Vzduchotěsnost obálky budovy Vzduchotěsnost obálky budovy se vyjadřuje mírou průvzdušnosti obvodového pláště Vzduchotěsnost je schopnost určitého stavebního prvku či celé konstrukce či obálky budovy nepropouštět vzduch Čím nižší je průvzdušnost pláště, tím vyšší je vzduchotěsnost K proudění vzduchu skrze konstrukci nedochází: jestliže v konstrukci nejsou žádné netěsnosti nebo v prostředí oddělující konstrukce není žádný tlakový rozdíl neboli tlaková diference 3

4 Fyzikální souvislosti vzduchotěsnosti Závislost průtoku vzduchu netěsnostmi obvodového pláště na působící tlakovou diferenci lze vyjádřit empirickou rovnicí proudění: ሶ V = C p n kde V [m 3 /h] je objemový tok vzduchu C [m 3 /(h Pa n )] je součinitel proudění p [Pa] je tlakový rozdíl (diference) a n [-] je exponent proudění Parametry C a n určují kolik vzduchu a jakým způsobem projde skrze netěsnosti konstrukce. 4

5 Fyzikální souvislosti vzduchotěsnosti Při grafickém znázornění závislosti objemového toku vzduchu na tlakovém rozdílu se nejčastěji využívá logaritmické měřítko. Na vodorovnou osu se nanáší tlaková diference (Pa). Na svislou osu se nanáší objemový tok vzduchu V m 3 /h]. 5

6 Fyzikální souvislosti vzduchotěsnosti Hodnotu součinitele proudění C lze odečíst přímo z grafu, jako průsečík přímky se svislou osou v tlakovém rozdílu 1 Pa. Hodnota exponentu proudění n odpovídá směrnici přímky, čímž udává její sklon. 6

7 Tlaková diference K proudění vzduchu skrze konstrukce dochází pouze při tlakové diferenci (tlakový rozdíl) mezi vnitřním a vnějším prostředím Tlakový rozdíl je zpravidla způsoben kombinovaným účinkem: Působením větru Teplotního rozdílu Spalovacím zařízením či mechanickým systémem větrání Účinky větru Komínový efekt Spalování a větrání 7

8 Infiltrace a exfiltrace V závislosti jakým směrem dochází k proudění vzduchu skrze konstrukci, rozlišujeme: Průnik studeného vzduchu z exteriéru do interiéru budovy skrze netěsnosti v konstrukci je definován jako infiltrace A naopak V případě infiltrace vzduchu do budovy dochází vždy v jiné části budovy k exfiltraci vzduchu, tj. úniku teplého vzduchu z interiéru do vnějšího prostředí. 8

9 Hodnocení vzduchotěsnosti Pro hodnocení vzduchotěsnosti neboli průvzdušnosti obvodového pláště je možné využít některou z následující veličin při referenční tlakové diferenci: Celková intenzita výměny vzduchu n [h -1 ] Vzduchová propustnost q [m 3 /(h m 2 )] Měrný objemový tok vzduchu netěsnostmi w [m 3 /(h m 2 )] Ekvivalentní plocha netěsnosti A L [cm 2 ] Normalizovaná plocha netěsnosti A n [-] Nejčastěji je při měření průtoku vzduchu obvodovým pláštěm budovy využívána hodnota tlakového rozdílu mezi interiérem a exteriérem 50 Pa Méně často jsou pak využívány tlakové diference o velikosti 1 Pa, 4 Pa, 10 Pa, 25 Pa a 75 Pa 9

10 Celková intenzita výměny vzduchu Tradičně se pro vyjádření vzduchotěsnosti používá veličina celkové intenzity výměny vzduchu n 50 [h -1 nebo ACH] při tlakovém rozdílu 50 Pa Celková intenzita výměny vzduchu je definována jako poměr objemového průtoku ventilátoru při tlakovém rozdílu 50 Pa k objemu vytápěného posuzovaného prostoru n 50 =Q/V kde n 50 [h -1 ] je celková intenzita výměny vzduchu Q [m 3 /h] je objemový průtok ventilátoru V [m 3 ] je objem vytápěného prostoru posuzované budovy Hodnota n 50 definuje kolikrát se vymění vzduch v místnosti za jednu hodinu při tlakovém rozdílu 50 Pa 10

11 Vzduchová propustnost Ve Velké Británii, Francii a Švýcarsku,... se vzduchotěsnost vyjadřuje vzduchovou propustností q 50 [m 3 /(h m 2 )] Vzduchová propustnost se vyjadřuje jako podíl objemového průtoku ventilátoru k ochlazované ploše obálky vytápěného prostoru posuzovaného objektu q 50 =Q/S kde q 50 [m 3 /(h m 2 )] je vzduchová propustnost Q [m 3 /h] je objemový průtok ventilátoru a S [m 2 ] je ochlazovaná plocha obálky vytápěného prostoru budovy 11

12 Proces návrhu realizace a kontroly 12

13 Materiál hlavní vzduchotěsné vrstvy Vzduchotěsnost u dřevostaveb zajištěna: Konstrukčními deskami na bázi dřeva Plastovou fólií (parozábranou) Desky na bázi dřeva se využívají nejčastěji Dřevoštěpkové desky OSB a dřevovláknité tvrdé desky MDF Nejvhodnější jsou desky na pero a drážku, jejichž spoj se vyplní trvale pružným tmelem a přelepí páskami Výhoda oproti parozábrany je v tom, že se dům současně zavětruje, čímž vzniká velice tuhá kompozitní stavba Nevýhodou fólií je jejich menší odolnost proti propíchnutí nebo proříznutí 13

14 Materiál hlavní vzduchotěsné vrstvy U masivních konstrukcí plní funkci vzduchotěsnící vrstvy vnitřní omítka bez prasklin Omítka musí být provedena celoplošně a spojitě na všechny obvodových stěnách Dosáhnout dostatečné vzduchotěsnosti pouze použitím malty je velmi obtížné a pracné a téměř vždy se vyskytují nežádoucí spáry Neomítnutá zděná konstrukce má značnou průdyšnost přes mezery v maltě Vždy je důležité zajistit dokonalé utěsnění vedení instalací, jejich vyústek a dalších prostupů jako kotvící prvky a jiné Vzduchotěsnost spodní stavby je zajištěna hydroizolací proti zemní vlhkosti Problematické je především vzduchotěsné napojení vodorovné vrstvy na svislé konstrukce 14

15 Materiál hlavní vzduchotěsné vrstvy Lepící páska flexibilní AIRSTOP FLEX AIRSTOP okenní páska ěsnící a lepící hmota AIRSTOP Sprint AIRSTOP kabelová manžeta D 1 15

16 Materiál hlavní vzduchotěsné vrstvy Testovaný vzorek zahrnuje 150 energeticky pasivních objektů, u kterých jsou známy sledované parametry tepelné izolace obvodového pláště. Realizace v letech 2004 až

17 Měření a kontrola vzduchotěsnosti Kontrola vzduchotěsnosti obálky budovy by měla být nedílnou součástí každé soudobé výstavby Pro vyjádření vzduchotěsnosti obálky budovy je vždy nutné znát závislost mezi objemovým průtokem vzduch pro dané tlakové diference Mezi nejrozšířenější metodu měření vzduchotěsnosti obálky budov patří metoda tlakového spádu Nejčastěji je při testování vzduchotěsnosti obálky budovy využit externí ventilátor Mezi méně časté metody patří metoda harmonicky proměnného tlakového rozdílu a metoda tlakového impulzu 17

18 Metoda tlakového spádu - BDT Ke zjištění průvzdušnosti a netěsností v obvodovém plášti je v České republice dle ČSN EN (2001) normalizované měření metodou tlakového spádu, tzv. Blower Door Test Metoda měření Blower Door Test je založena na opakovaném měření objemového toku vzduchu skrze obálku budovy při uměle vyvolaných různých tlakových rozdílech Tlakové diference se vždy volí tak, aby byly minimalizovány povětrnostní klimatické vlivy, nejčastěji mezi 10 až 100 Pa Jednotlivé tlakové diference jsou vyvolány připojeným externím ventilátorem s regulovatelným výkonem Pro každou tlakovou diferenci se zaznamená odpovídající objemový tok vzduchu, který je přiváděn (popř. odváděn) ventilátorem 18

19 Metoda tlakového spádu - BDT Schéma podtlakového měření průvzdušnosti - BDT 19

20 Aparatura Blower Door Test Měřící aparatura Blower Door Test se nejčastěji skládá: Teleskopický hliníkový rám Vzduchotěsná textilie s otvorem pro ventilátor Kalibrovaný ventilátor s možností regulace výkonu Regulační jednotka výkonu ventilátoru Systém pro automatické testování výkonu (APT systém) Tlakové hadičky a další kabelové příslušenství 20

21 Aparatura Blower Door Test 21

22 Princip a postup měření BDT Nejprve je nutné osadit teleskopický rám se vzduchotěsnou textilií: Teleskopický rám je vhodné instalovat v místech hlavních vstupních dveří, balkónových dveří a v oknech Nevhodné je rám umístit v otvorech, kde nelze zaručit nerušené proudění vzduchu z důvodu existujících překážek v těsné blízkosti otvoru (stěna, příčka, schodiště ve vzdálenosti 1,5 2,0 m od ventilátoru) Případné netěsnosti mezi otvorem a rámem je nutné přelepit speciální páskou či vložit vzduchotěsné těsnění 22

23 Princip a postup měření BDT Následně se do otvoru ve vzduchotěsné plachtě s elastickým límcem osadí ventilátor se clonami Ventilátor by neměl stát na zemi, ale měl by viset na rámu Po osazení ventilátoru je nutné propojit ventilátor, popř. vzduchotěsnou plachtu, s APT systémem, regulátorem výkonu ventilátoru a s počítačem pomocí tlakových hadiček a kabelového příslušenství 23

24 Vyhodnocení měření a výsledky Po sestavení aparatury Blower Door Test a zapojení aparatury k počítači je možné přistoupit k samotnému měření průvzdušnosti Pro měření průvzdušnosti aparaturou Blower Door je vhodné využít software např. TECTITE Express Software TECTITE Express umožňuje provést měření průvzdušnosti automaticky Před zahájením měření je nutné vložit základní informace o budově a aktuálních povětrnostních vlivech v těsném okolí měřené budovy Povinnými vstupními daty je teplota v interiéru [ C], teplota v exteriéru [ C], objem budovy [m 3 ], podlahová plocha [m 2 ], plocha obálky budovy [m 2 ] a odchylka rozměrů [%] 24

25 Vyhodnocení měření a výsledky Program vyhodnocuje a vykresluje graf závislosti průtoku vzduchu ventilátorem Q [m 3 /h] na zadaných intervalech rozdílů tlaků p [Pa]. Dle ČSN EN (2001) je zkouška Blower Door považována za platnou při měření nejméně 5 různých tlakových diferencí, přičemž intervaly mezi jednotlivými tlakovými rozdíly nesmí být větší než 10 Pa. Nejméně jedna z tlakových diferencí by měla být větší než 50 Pa. Získanými body posléze proloží regresní přímku a vyhodnotí intenzitu výměny vzduchu n 50 při tlakovém rozdílu 50 Pa 25

26 Vyhodnocení měření a výsledky 26

27 Vyhodnocení měření a výsledky 27

28 Vyhodnocení měření a výsledky Základní požadavky pro stanovení vzduchotěsnosti obálky budovy jsou popsány v ČSN EN Zmíněná ČSN umožňuje 2 metody měření: Metoda A měření budovy/části objektu v provozním stavu, bez provedení utěsnění oproti běžnému užívání objektu. Okna, dveře, větrací klapky se pouze uzavřou. Žádná opatření zlepšující vzduchotěsnost se neprovádějí. Metoda B měření obálky budovy po utěsnění otvorů, které mají vliv na měření ventilátory, komíny, atd. 28

29 Vyhodnocení měření a výsledky Výsledky metody A charakterizují běžnou vzduchotěsnost v provozním stavbu budovy. Měření se provádí až po ukončení výstavby a uvedení objektu do provozu. Výsledky metody A je vhodné použít zejména u výpočtů energetické náročnosti budovy. Protokol z měření metodou A slouží jako certifikát o měření průvzdušnosti dané budovy. Naopak metoda B slouží k ověření těsnosti obálky budovy a odhalení případných defektů a vad v obálce budovy. Metoda B se provádí po dokončení vzduchotěsné vrstvy, kde je ještě možná její oprava. 29

30 Požadavky na vzduchotěsnost Doporučuje se splnění podmínky: n 50 n 50,N Větrání v budově Doporučené hodnoty n 50 [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 30

31 Význam vzduchotěsnosti Nežádoucí a nekontrolovatelný únik vzduchu skrze obálku vede: Ke zvýšeným tepelným ztrátám větráním Ke zvýšené spotřebě energií a ekonomické náročnosti provozu Ke snížení účinnosti tepelné izolace Ke snížení tepelného odporu konstrukce Riziko degradace a zkrácení životnosti konstrukce Možnost kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce a vzniku plísní 31

32 Měrná potřeba tepla na vytápění [kwh/(m 2.a)] Měrná tepelná ztráta větráním [W/K] ENS Význam vzduchotěsnosti - Příklad Výpočtová referenční energeticky efektivní budova: Středoevropské klimatické podmínky (Beskydy) Účinnost systému zpětného získávání tepla 85 % Dvoupodlažní objekt na bázi dřevních hmot Celková intenzita výměny vzduchu n 50 [h -1 ] Roční měrná potřeba tepla na vytápění Měrná tepelná ztráta větráním Při splnění doporučeného požadavku, za předpokladu přirozeně větraného objektu, dle ČSN :2011 je měrná potřeba tepla na vytápění 26,41 kwh/(m 2 a). V případě splnění požadavku Institutu pasivního domu na maximální vzduchotěsnost n 50 = 0,6 h -1 činí měrná potřeba tepla na vytápění 23,96 kwh/(m 2 a), což činí úsporu potřeby tepla na vytápění o více než 10 %

33 Vzduchotěsnost pasivních domů v ČR Testovaný vzorek zahrnuje 150 energeticky pasivních objektů, u kterých jsou známy sledované parametry tepelné izolace obvodového pláště. Realizace v letech 2004 až MAX 1,00 0,3853 MIN 0,05 33

34 Vzduchotěsnost obálky budovy Vápenopískový dům ze sedlovou střechou, Veltrusy Vápenopískový dům z bloků Kalksandstein Zapf Daigfuss 0,05 h -1 34

35 Vzduchotěsnost obálky budovy EPD Dřevostavba, areál FAST Ostrava 0,45 h -1 35

36 Vzduchotěsnost obálky budovy EPD Dřevostavba, Nový Hrozenkov Lehká montovaná dřevostavba, TI stříkaná polyuretanová pěna 0,54 h -1 36

37 Vzduchotěsnost obálky budovy Dům ze slámy, Albrechtice Dvojitá dřevěná rámová konstrukce s dřevěným obkladem Izolace ve stěnách a stropu balíky slámy 9,22 h -1 37

38 Vzduchotěsnost obálky budovy Ivanovice na Hané Dřevěná konstrukce, hliněné omítky Izolace ve stěnách a stropu balíky slámy 7,12 h -1 38

39 Netěsnosti v obálce budovy Nejčastější typy netěsností Defekty hlavní vzduchotěsnící vrstvy (poškození, necelistvost) Netěsný styk obvodové stěny a podlahy na terénu Netěsný styk obvodové stěny a vnitřního stropu Netěsná připojovací spára oken Netěsné montážní otvory v panelech dřevostaveb Netěsná elektroinstalace procházející vzduchotěsnící vrstvou Netěsné prostupy konstrukčních prvků procházejících vzduchotěsnící vrstvou Netěsné rozvody procházející podlahou na terénu Netěsné prostupy rozvodů obvodovými konstrukcemi Netěsná funkční spára oken Netěsné nadokenní roletové boxy Netěsnosti v plášti vícevrstvých komínů 39

40 Detekce netěsností v obálky budovy Kromě změření průvzdušnosti je vhodné lokalizovat netěsnosti Přesná lokalizace netěsností ve stádiu výstavby umožňuje jejich opravu a tím i zlepšení vzduchotěsnosti obálky budovy Získávání zkušenosti pro projekční fázi (poučení z chyb) Možnosti detekce netěsností: Holé ruce (nejlépe navlhčit kvůli vyšší citlivosti) Anemometr (velikost proudění vzduchu) Termovizní snímkování Vizualizace detekcí dýmem Ultrazvuk 40

41 Detekce netěsností v obálky budovy Detekce netěsností anemometrem Nejběžnější způsob detekce netěsností Běžně probíhá z interiéru při udržování podtlaku (vzduch proudí netěsnostmi z vnějšího prostředí dovnitř) Z vnitřní strany se prověřují místa s předpokládanými netěsnostmi Anemometr je schopen zaznamenat proudění vzduchu v řádu m/s 41

42 Detekce netěsností v obálky budovy Lokální netěsnosti v okolí okenního otvoru Lokální netěsnosti špatně utěsněnými kabelovými prostupy nad pohledem 42

43 Detekce netěsností v obálky budovy Detekce netěsností termovizním snímkováním Nejčastěji z interiéru při podtlaku (popřípadě naopak) Nutné zařízení pro vyvolání tlakového rozdílu a infračervená (termovizní) kamera Studený vzduch proudí zvenčí dovnitř a prochladí okolí netěsností, které jsou dobře patrné na termovizních snímcích 43

44 Detekce netěsností v obálky budovy Detekce netěsností vizualizací dýmem Metoda vyžaduje vyvíječ dýmu a zařízení pro vyvolání tlakové diference Vyvíječ dýmu se umístí uvnitř budovy, při umístění v blízkosti netěsnosti je dým strháván vzduchem proudících skrz netěsnost 44

45 Detekce netěsností v obálky budovy Detekce netěsností vizualizací dýmem Metoda vyžaduje vyvíječ dýmu a zařízení pro vyvolání tlakové diference Vyvíječ dýmu se umístí uvnitř budovy, při umístění v blízkosti netěsnosti je dým strháván vzduchem proudících skrz netěsnost 45

46 Netěsnosti v obálce budovy Neutěsněný spoj mezi OSB Protržená parozábrana (HVV) Prasklina vnitřní omítky 46

47 Netěsnosti v obálce budovy Detail neutěsněné spáry ztraceného bednění Netěsnosti v připojovací spáře vyplněné PUR pěnou Zcela neslepený spoj parozábrany a betonové podlahy Netěsná připojovací spára okna 47

48 Netěsnosti v obálce budovy Netěsné vypínače Neutěsněný montážní spoj stěnového panelu 48

49 Netěsnosti v obálce budovy Neutěsněné prostupy elektrických kabelů Neutěsněné prostupy kanalizačního potrubí 49

50 Netěsnosti v obálce budovy Netěsný roletový systém Netěsný komínový plášť 50

51 Dotazy či připomínky: ENS Děkuji za pozornost Ing. Michal Kraus, Ph.D. 51