Sborník – 36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozmeního staviteltsví by OKTAEDR

36. MEZINÁRODNÍ VĚDECKÁ KONFERENCE KATEDER A ÚSTAVŮ POZEMNÍHO STAVITELSTVÍ BRNO 2012

Sborník konference

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering 19. – 21. 9. 2012

Odborný garant Doc. Ing. Miloslav Novotný, CSc.

Vědecký a organizační výbor Prof. Dr. Habil. Romualdas Ginevičius

Ing. arch. Ivana Utíkalová

Doc. Ing. Jan Škramlík, Ph.D.

Ing. Lukáš Daněk, Ph.D.

Ing. Karel Šuhajda, Ph.D.

Ing. Dáša Sukopová

Ing. Milan Ostrý, Ph.D.

Ing. Jana Kosíková

Ing. Jana Krupicová, Ph.D.

Ing. Josef Remeš Ing. FrantišekVajkay

ISBN 978-80-214-4536-9

Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012 řešení projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato síť bude vzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně, významná výzkumná a vývojová pracoviště, partnery z oblasti podnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je umožnit rozšíření vzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro přenos teoretických i praktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a stavební praxí. Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou: • MOTRAN Research, s. r. o., • Českomoravský cement, a.s., nástupnická společnost, • Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., • OHL ŽS, a.s., • Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, • ESOX, spol. s r.o., • Svaz vodního hospodářství ČR.

Registrační číslo projektu: Název projektu: Realizace: Řešitel:

CZ.1.07/2.4.00/31.0012 OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

Úvod

Vážené kolegyně, vážení kolegové, 36. mezinárodní vědecká konference, konaná v souvislosti se setkáním akademických pracovníků a studentů doktorských studijních programů kateder a ústavů pozemního stavitelství technických univerzit ČR a SR, je presentací nejen výsledků výzkumné a vývojové činnosti za uplynulé období akademického roku 2011-12, ale i příležitostí pro výměnu zkušeností v oblasti pedagogického procesu na vysokých školách. Konference umožňuje rozvíjení spolupráce mezi vysokými školami při řešení výzkumných projektů s výstupy pro praxi, získávání kontaktů a k předávání informací. Ústav pozemního stavitelství FAST VUT v Brně považuje za přínos i účast zástupce Technické univerzity ve Vilniusu na konferenci, se kterou dlouhodobě spolupracuje v rámci výměny studentů a publikování a recenzí výsledků výzkumu a vývoje. V rámci konání konference byly k osobní presentaci pozvány vybrané stavební firmy, které se na akci finančně spolupodílejí. U příležitosti konání konference byl vydán sborník příspěvků v českém, slovenském a anglickém jazyce. Příspěvky pracovníků zúčastněných kateder a ústavů byly recenzovány a tematicky rozděleny do dvou sekcí: 1. Výsledky výzkumné a vývojové činnosti kateder a ústavů 2. Výměna zkušeností v oblasti pedagogického procesu na vysokých školách Miloslav Novotný

Brno, 19. 9. 2012

Poděkování Za finanční a materiální pomoc při organizaci 36. mezinárodní vědecké konference kateder a ústavů pozemního stavitelství děkujeme společnostem:

Obsah

Obsah PARAMETRICKÁ STUDIE PRŮBĚHU RYCHLOSTI PROUDĚNÍ V PULTOVÉ DVOUPLÁŠŤOVÉ PROVĚTRÁVANÉ STŘEŠE NA VSTUPNÍ RYCHLOST............... 9 Tomáš Bartoš, Jan Pěnčík ÚČAST TÝMU ČVUT V SOUTĚŽI SOLAR DECATHLON 2013.................................. 13 Michal Bureš COOPERATION OF THE INSTITUTE OF BUILDING STRUCTURES OF THE FCE BUT IN BRNO WITH VGTU VILNIUS IN LITHUANIA....................... 17 Romualdas Ginevičius, Milan Vlček, Miloslav Novotný, Jan Škramlík BETONOVÉ STROPNÍ KONSTRUKCE – HODNOCENÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU ...... 20 Petr Hájek, Magdaléna Kynčlová, Ctislav Fiala CIRKADIÁNNA FOTOMETRIA A JEJ VYUŽITIE V PRAXI ...................................... 24 Peter Hanuliak - Lucia Maňková OPTICKÉ VLASTNOSTI SYSTÉMOV ZASKLENÍ, CHRONOBIOLÓGIA A CIRKADIÁNNA FOTOMETRIA .................................................................................... 26 Jozef Hraška - Peter Hanuliak - Lucia Maňková SÚČASNÝ STAV VZDELÁVACEJ ČINNOSTI V ODBORE POZEMNÉ STAVBY NA ÚSTAVE POZEMNÉHO STAVITEĽSTVA SVF TUKE ....................... 31 Dušan Katunský, Miloslav Bagoňa, Katarína Knížová, Martin Lopušniak, Zuzana Vranayová AKTUÁLNY STAV VEDECKO-VÝSKUMNEJ ČINNOSTI NA ÚSTAVE POZEMNÉHO STAVITEĽSTVA SVF TU V KOŠICIACH ........................................... 37 Dušan Katunský, Martin Lopušniak, Miloslav Bagoňa, Marián Vertaľ, František Vranay VLIV TEPELNĚ AKUMULAČNÍCH MODULŮ NA VNITŘNÍ MIKROKLIMA V TESTOVACÍ MÍSTNOSTI ................................................................. 45 Tomáš Klubal, Milan Ostrý ANALÝZA PODSTREŠNÝCH PRIESTOROV HISTORICKÝCH KROVOV ............. 49 Renáta Korenková STAVEBNO HISTORICKÝ PRIESKUM KROVOV NAD KLÁŠTORNÝM KOSTOL SV. PETRA Z ALKANTARY ............................................................................. 53 Peter Krušinský, Renáta Korenková, Zuzana Grúňová, Lubor Suchý INTEGROVANÝ NÁVRH PROGRESIVNÍCH STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ, TVŮRČÍ A INOVAČNÍ PŘÍSTUP ......................................................... 57 Darja Kubečková

Obsah MATEMATICKÉ ROZHODOVÁNÍ PŘI VÝBĚRU NÁSTAVEB.................................. 63 Václav Kupilík LARGE-SCALE RESIDENTIAL BUILDINGS RENOVATION IN SLOVAKIA ......... 67 Katarína Minarovičová AKTUÁLNE PROBLÉMY PLOCHÝCH STRIECH OVPLYVŇUJÚCE ICH SPOĽAHLIVOSŤ .................................................................................................................. 71 Jozef Oláh, Michal Šida, Stanislav Šutliak VYUŽITÍ NEPŘÍMÉ METODY NA BÁZI INFRAČERVENÉHO ZÁŘENÍ PRO URČENÍ EFEKTIVNÍHO DOSAHU INJEKTÁŽÍ .................................................. 75 Zdeněk Peřina, Marie Wolfová, Boris Plšek ANALÍZA POROVNANIA RÔZNÝCH KONŠTRUČNÝCH SYSTÉMOV PASÍVNEHO DOMU S OHĽADOM NA LETNÉ PREHRIEVANIE ............................. 79 Radoslav Ponechal STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE NA BÁZI SUROVÝCH PŘÍRODNÍCH MATERIÁLŮ .............................................................................................. 83 Jan Růžička DÔSLEDKY NEDODRŽANIA ZÁSAD SANÁCIE JEDNOPLÁŠŤOVEJ PLOCHEJ STRECHY JEJ ZMENOU NA DVOJPLÁŠŤOV .......................................... 87 Ján Rybárík, Daniela Štaffenová, Juraj Barčiak, Marianna Štúňová SKLENĚNÉ ŽEBRA VE FASÁDÁCH BUDOV ................................................................ 91 Eva Rykalová HODNOCENÍ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI A VNITŘNÍHO MIKROKLIMATU KRUHOVÉHO DOMU V RAPOTICÍCH ....................................... 95 Libor Šteffek, Jiří Kalánek, Petr Jelínek, Milan Ostrý, Jiří Sedlák VZDUCHOTĚSNOST OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ DŘEVOSTAVBY NA BÁZI SLAMĚNÝCH BALÍKŮ A HLINĚNÝCH OMÍTEK ...................................... 99 Jiří Teslík, Barbora Hrubá HUMIDITY IN THE CAVITIES OF CERAMIC TILES ............................................... 103 Juraj Žilinský, Jozef Lipiak

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

PARAMETRICKÁ STUDIE PRŮBĚHU RYCHLOSTI PROUDĚNÍ V PULTOVÉ DVOUPLÁŠŤOVÉ PROVĚTRÁVANÉ STŘEŠE NA VSTUPNÍ RYCHLOSTI PARAMETRIC STUDY OF PROGRESS OF SPEED FLOW IN VENTILATED DOUBLE SHELL FLAT ROOF ON INPUT SPEED Tomáš Bartoš1, Jan Pěnčík2

Abstract Study of flow and modeling of it is focused basically to design of double casing ventilated roofs, which are recommended for buildings with moisture in Czech norms. For modeling was used the Ansys program [1], which uses CFD method. The basic problem of design of ventilated double casing flat roofs is a draft of optimal shape of ventilated space. This study is focused on model of flow in space thickness 300 mm. This study shows, that flow speed in the middle of ventilated space is lower in most of cases, than flow speed in income and outcome vents. In this point flow speed fluctuate, against the flow speed in vents. The max values in the middle of ventilated space occur for incoming wind speed 14 m.s-1 and the speed is 12.75 m.s-1.

Key words dvouplášťové střechy – double casing roofs, metoda CFD – CFD method, rychlost proudění – flow speed, větraná mezera – ventilated space 1

ÚVOD

Studium proudění a jeho modelování je zaměřeno na návrh dvouplášťových provětrávaných střech, které jsou v normách doporučovány pro budovy s vlhkým provozem. Pro modelování je využit program ANSYS [1], který pro analýzu využívá metodu CFD. Základním problémem návrhu provětrávaných dvouplášťových střech je navržení optimální tloušťky vzduchové mezery. Například v české normě ČSN 73 1901:1999 „Navrhování střech - Základní ustanovení" je uvedeno, že minimální tloušťka větrané vzduchové vrstvy, určené pro odvod vodní páry difundující do střešní konstrukce, je při sklonu střešního pláště do 5° (8.75%) minimálně 100 mm pro střechu s délkou do 10 m. Pro odvod vody technologické a zabudované do konstrukce je minimální tloušťka vrstvy 250 mm pro střechu do 10 m délky. Tyto předpoklady zahrnují vliv tepelně technických vlastností dolního pláště, atiky a horního pláště střechy. Tudíž větrání probíhá i za bezvětří díky komínovému efektu. Plocha přiváděcích otvorů by měla odpovídat minimálně 1/400 plochy střechy, odváděcí otvory pak o 10% větší.

Tomáš Bartoš, Ing., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 95, 602 00 Brno, bartos.t@fce.vutbr.cz 2 Jan Pěnčík, Ing., Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 95, 602 00 Brno, bartos.t@fce.vutbr.cz

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

VÝPOČTOVÝ MODEL

Pro studii závislosti rychlosti proudění vzduchu ve vzduchové mezeře dvouplášťové střechy byla zvolena pultová střecha; zkoumané body byly umístěny do přiváděcího otvoru (bod A), do středu vzduchové mezery (bod B) a do odváděcího otvoru (bod C). Směr proudění vzduchu probíhá v kladném směru souřadnicové osy x, a nabývá hodnot 1 m.s-1 až 20 m.s-1, tj. 3.6 km.h-1 až 72 km.h-1. Výsledný model pevné překážky (tedy zkoumaného objektu) má celkovou výšku 11.3 m a délku 16 m. Okrajové podmínky byly zvoleny tak, že na vstupní straně (inlet) má vítr počáteční rychlost 0 až 20 m.s-1, na horní straně výpočtového modelu je nulová rychlost ve směru souřadnicové osy y, na výstupní straně (outlet) je nulový tlak, a na spodní hraně a všech obvodových liniích překážky jsou rychlosti Vx a Vy nulové. K popisu proudění je použit standardní k-ε model turbulence, při výpočtu byly uvažovány materiálové charakteristiky vzduchu: hustota ρ=1,205 kg.m-3, kinematická vazkost v=15.0∙106 m2.s-1.

60m

Vx = 0 m.s-1, Vy = 0 m.s-1 14m

50m

p = 0 Pa

Vx = 0 až 20 m.s-1

Vy= 0 m.s-1

60m

Obr. 1) Výpočtový model a okrajové podmínky

POSTUP VÝPOČTU

Parametrická studie - analýza metodou CFD byla provedena pro rychlosti 1 až 20 m.s-1, vždy s krokem 1 m.s-1. Analýzy byly provedeny pro objekt s výškou větrané mezery 300 mm. Z každé jednotlivé analýzy byly určeny a zaznamenány tři hodnoty rychlostí (viz. Tab.1.). 4

VÝSLEDKY

Po provedení simulací průběhu proudění byly zjištěny tři hodnoty rychlostí ve sledovaných bodech (pevně stanovených uzlech) pro každou vstupní rychlost 1 až 20 m.s-1. V tabulce jsou barevně zvýrazněny maximální a minimální hodnoty. Na obrázku 2 je zobrazen 10

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

průběh rychlostí Vsum pro rychlosti Vx= 5 m.s-1. Tyto rychlosti byly vybrány z důvodu názornosti polohy maxima Vsum.

Obr. 2) Průběh rychlosti Vsum pro vstupní rychlost Vx= 5 m.s-1

ZÁVĚR

Ze studie vyplývá, že rychlost proudění v bodě uprostřed vzduchové mezery je v drtivé většině menší, než v přiváděcích a odváděcích otvorech. V tomto bodě také rychlost poměrně kolísá, oproti bodům v otvorech, v nichž je závislost rychlosti proudění na rychlosti větru poměrně stabilnější, viz Graf.1. Maximum rychlosti ve vzduchové mezeře nastává pro rychlost 14 m.s-1, a to 12,75 m.s-1. Z analýzy vyplynuly tři kombinace popsané v Tab.1. jako I, II, III. Nejčastěji se vyskytující je kombinace I, konkrétně v 15-ti případech. V této kombinaci nabývá rychlost maximálních hodnot v odváděcím otvoru. Minimální hodnoty rychlosti jsou pak v bodě uprostřed dutiny. Ve třech případech (II) má rychlost maximální hodnoty v přiváděcím otvoru a minimální v mezeře. Pouze ve dvou případech (III) je rychlost vzduchu v mezeře větší, než v přiváděcím otvoru.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

rychlost Vsum rychlost Vx [m.s-1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

přiváděcí otvor 0,75317 1,80195 4,60814 5,57763

bod v mezeře

odváděcí otvor

0,26272 0,26699 0,62467 0,67770

1,04514 1,60415 5,27084 6,15392

I II I I

6,66012 7,31886 8,65146 8,88524 7,81994 7,08890

0,90447 1,71301 2,73901 4,08399 1,19985 2,54019

7,28555 8,31176 9,29120 10,24299 7,00714 8,55631

I I I I II I

8,08725 8,50415 9,47239 12,32121 11,50827 13,97538

7,97315 3,04990 7,65167 12,75146 12,72782 10,14023

10,25253 10,26602 12,52798 15,31004 15,90311 19,47644

I I I III III I

13,22359 15,17159 14,83043 20,54643

10,66820 11,07827 8,67031 6,40068

17,94950 20,42625 20,85277 18,11052

I I I II

Tab. 1) Výsledky

Graf. 1) Graf závislosti rychlosti proudění ve sledovaných bodech na vstupní rychlosti větru.

Literatura [1] Ansys, Inc. 14. [2] ČSN EN 1991-1-4:2007 Zatížení konstrukcí - Část 1-4 - Obecná zatížení Zatížení větrem. Praha: ÚNM [3] ČSN 73 1901:1999 „Navrhování střech - Základní ustanovení"

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

ÚČAST TÝMU ČVUT V SOUTĚŽI SOLAR DECATHLON 2013 PARTICIPATION OF TEAM CTU IN THE COMPETITION SOLAR DECATHLON 2013 Michal Bureš1

Abstract Team of Faculties of CTU advanced among 20 finalists of the prestigious Solar Decathlon student competition. The sixth year it moved to the Orange County Great Park in California. The competition is a unique opportunity for the Czech Technical University to introduce itself as the leading European scientific workplace, able to succeed in global competition.

Key words Solar Decathlon 2013, Team Czech Republic 1

ÚVOD

Od roku 2002, kdy se ve Washingtonu konal první Solar Decathlon, soutěží každé dva roky 20 vybraných univerzitních týmů z celého světa v návrhu a stavbě energeticky soběstačného solárního domu. Studenti sami zajišťují financování projektu, jeho prezentaci, vlastními silami domy staví. Stavby, které vznikají na půdě univerzit, jsou na finální přehlídku převezeny do USA, kde jsou hodnoceny v deseti disciplínách — podobně jako v atletickém desetiboji. Vítězem celé soutěže je tým, jehož dům je cenově dostupný, energeticky efektivní, zajímavý pro případné zákazníky, má vynikající design, kombinuje účinné technologie a vyrábí dostatek energie ze slunečního záření. Soutěžní domy jsou prezentovány veřejnosti a přehlídku doprovází řada workshopů, odborných konferencí a přednášek. Hlavním posláním Solar Decathlonu je představit studentům a veřejnosti řadu možností jak uspořit náklady díky „čistým“ energetickým technologiím. Ukazuje široké veřejnosti cenově dostupná řešení rodinných domů, které kombinují energeticky úspornou výstavbu se získáváním energie z obnovitelných zdrojů běžně dostupných již dnes. Soutež pořádá Ministerstvo energetiky Spojených států (U.S. Department of Energy – DOE) a Národní laboratoř obnovitelných energií (National Renewable Energy Laboratory – NREL). Je jedním ze základních bodů programu na podporu zvyšování energetické účinnosti, obnovitelných zdrojů a zelených pracovních míst. 2

HISTORIE

Prvního ročníku se zúčastnilo 13 univerzitních týmů ze všech koutů Spojených států. Již v tomto prvním ročníku se přišlo na stavby podívat přes sto tisíc návštěvníků. Od té doby se soutěže zúčastnilo přes 92 vysokoškolských týmů, které i po své účasti pokračují ve výuce navrhování a stavění energeticky úsporných budov. Bylo postaveno mnoho domů, které jsou nyní rozesety po celém světě, kde i nadále slouží pro vzdělávací, výzkumné nebo společenské akce. Aktuální polohu domů je možné nalézt v [1]. Jelikož se soutěž stala známou a upírá se na ni pozornost médií, byl v roce 2010 uspořádán také první ročník Solar Decathlon Europe. Soutěž se koná v sudé roky (takže se střídá se 1

Michal Bureš, Ing., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb, Thákurova 7, Praha 6, michal.bures@fsv.cvut.cz 13

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

soutěží v USA) a pořádá se ve španělském hlavním městě Madridu. Ovšem ročník 2014 bude přesunut do Francouzského města Versailles. Nově vzniká také Solar Decathlon China, jehož první ročník se uskuteční v roce 2013.

Obr. 1)

Vítězný dům v roce 2011 Maryland University. Foto: U.S. Department of Energy

PRAVIDLA

Základními omezeními soutěže, kterými se musí týmy řídit, jsou velikost pozemku, který je k dispozici, a zastavěná plocha objektu. Povolená zastavěná plocha domu je v rozmezí 57 až 93 m2 a maximální výška objektu může být 5,4 m Dům pro soutěž musí být snadno transportovatelný, protože na jeho sestavení a zprovoznění mají týmy pouhý jeden týden. Většina objektů je řešena tak, že se transportuje ve dvou nebo třech kusech, které se na místě pouze spojí. Další možností je stavbu koncipovat pouze jako jeden kus nebo ji na místě sestavovat z panelů. V objektu není povoleno ukládání elektrické energie, ale dům je připojen do rozvodné sítě a měří se energie dodaná a odebraná. Nádrže na pitnou a odpadní vodu se musí nacházet v exteriéru, tím se simuluje připojení domu na inženýrské sítě. 4

HODNOCENÍ

Jak už napovídá název soutěže, je zde deset hlavních disciplín, které pokrývají široké pole pohledů na kvalitu domu. V každé disciplíně lze dosáhnout 100 bodů, celkové maximum je tedy 1000 bodů. Část disciplín je založena na měřitelných veličinách, část disciplín hodnotí odborná porota. Jednotlivé disciplíny jsou: • Architektura - hodnotí se estetická hodnota domu a integrace moderních technologií. • Atraktivita pro realitní trh - zaměřuje se na uživatelský komfort (intuitivní ovládání, bezpečnost, funkčnost), prodejnost a proveditelnost. • Inženýring - funkčnost, účinnost, inovativní technologie, spolehlivost a kvalitu projektové dokumentace.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

• Komunikace - kvalita webových stránek, videa a prezentace na místě, komunikaci s cílovou skupinou a využívání inovativních metod k oslovení publika. • Cenová dostupnost - maximum bodů získá stavba s náklady nižšími než 250 000 USD. • Komfort vnitřního prostředí - vítězí dům, v němž je udržena teplota i vlhkost v stanoveném rozmezí: teplota mezi 22,2 a 24,4 °C a relativní vlhkost pod 60 %. • Teplá voda - pro plný počet bodů musí být objekt schopen v určený čas poskytnout 15 galonů (56,8 l) teplé vody (min. 43,3 °C). • Spotřebiče - v této disciplíně jsou simulovány potřeby běžné domácnosti. Body lze získat za chlazení a mražení potravin, praní a sušení prádla a mytí nádobí v myčce. • Domácí zábava - tato disciplína se snaží postihnout, jak moc je dům domovem, ale i kolik poskytuje pasivní zábavy, jakou je třeba sledování filmů na domácím kině. • Energetická bilance - plný počet bodů dostane tým, který vyrobí nejméně tolik energie, kolik sám spotřebuje (během soutěžního týdne). Čistá spotřeba by tedy měla být nulová. 5

TÝM ČVUT

Na podzim loňského roku se spojila Fakulta architektury a Fakulta stavební se společným cílem podat přihlášku do dalšího ročníku souteže. Studenti převážně doktorských programů začali sbírat zkušenosti, studovat pravidla a podmínky souteže, pořádali workshopy, soutěže a také navštívili samotný soutěžní týden ročníku 2011 ve Washingtonu D.C. V prosinci 2011 tak vznikla přihláška týmu ČVUT v Praze, která byla odeslána pořadatelům. V lednu byly zveřejněny vybrané týmy, které se zúčastní příštího ročníku souteže – Solar Decathlon 2013. Mezi dvacet finalistů se probojoval i tým z České Republiky. Poprvé se tak účastní univerzita ze střední nebo východní Evropy. Dále bylo do tohoto ročníku vybráno 18 týmů z USA a jeden tým vídeňské University of Technology. Pro co nejlepší pokračování projektu bylo nutné přizvat ke spolupráci další specialisty z Fakulty strojní, elektrotechnické a dopravní. Vznikl tak velmi různorodý tým lidí, kteří se jinak v profesní praxi težko potkávají. Tím se také jednotliví členové můžou obohatit o znalosti z jiných oborů nebo získat nezaujatý názor na svou práci. Studenti Katedry konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební mají na starost koordinaci projekčních prací a zapojení dalších profesí. V projektu hodlají prosadit předevšm své znalosti z udržitelné výstavby, například energetickou optimalizaci, využití přírodních, obnovitelných a vysoce hodnotných materiálů. 6

DŮM

Hlavní myšlenka, se kterou šel tým do soutěže, byla snížit hmotnost a objem, které dům při transportu zabírá. Další vizí bylo vytvoření minimálního moderního prostoru, který je však maximálně šetrný k přírodě a vytváří zdravé vnitřní prostředí. Svou roli hrála také možnost flexibilně měnit velikost domu. Konstrukční strategie je v souladu s celou ideologií domu o jednoduchosti a rychlosti výstavby. Konstrukční systém využívá minimálního počtu prvků, kde každý integruje více funkcí. Příkladem je použití technologie CLT panelů, jež plní funkci statickou, vzduchotěsnou a akumulační. To umožňuje vytvořit dům s malým počtem použitých materiálů a také odolný proti technologickým chybám. Výběr konstrukčního systému i jednotlivých použitých materiálů se provádí s ohledem na jejich energetickou nenáročnost, obnovitelnost, recyklovatelnost a je komplexně posuzován metodikou LCA. Dále je celý dům hodnocen národním nástrojem pro certifikaci kvality budov SBToolCZ [2]. 15

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Pomocí počítačových simulací je testováno tepelně-vlhkostní a energetické chování soutěžního domu v reálných klimatických a provozních podmínkách ještě před tím, než je dům postaven. Využívá se dynamických simulací, které pracují s časovým krokem jedné hodiny. To přináší jedinečnou možnost připravit dům na kalifornské klimatické podmínky, které jsou značně rozdílné oproti klimatu v České republice. Teplá voda 15%

Spotřebiče 20%

Chlazení 28%

Domácí zábava 15%

Vytápění 7% Graf. 1)

Pomocná energie 15%

Graf poměrů spotřeby elektrické energie na jednotlivé technologie během soutěže v USA

Systémem pro udržení vnitřního komfortu (teploty, vlhkosti a čistoty vzduchu) je kompaktní větrací rekuperační jednotka s integrovaným tepelným čerpadlem vzduch/vzduch. Příprava teplé vody je zajištěna také tepelným čerpadlem s integrovaným zásobníkovým ohřívačem vody. Zdrojem nízkopotenciálního tepla je především odpadní vzduch odváděný z větrací jednotky, a také odpadní vzduch při nárazovém odsávání z koupelny či kuchyňské digestoře. Díky využití těchto vnitřních tepelných zisků, které se běžně odvádí přímo do exteriéru, se docílí další úspory spotřebované elektrické energie na přípravu teplé vody. Primárním zdrojem pro napájení domu je fotovoltaický systém umístěný na střeše budovy. Budou použity solární monokrystalické panely, které produkují stejnosměrné napětí. Celý systém je navrhován tak, aby spotřeba a výroba elektrické energie byla v průběhu soutěže i za běžného provozu po celý rok průměrně nulová. 7

ZÁVĚR

Prvotní vize o celém konceptu domu se postupem času mění. S ohledem na prováděné výpočty, nutnost plnit jak české, tak americké normy, rozpočet projektu a mnoho dalších skutečností, je dům stále ve vývoji. Celý tým se snaží najít optimální variantu, se kterou bude mít šanci na dobré umístění v soutěži. Pro každého člena týmu se jedná o novou zkušenost, jednak díky rozdílným požadavkům na výstavbu v USA a klimatických podmínkám, ale také nutnosti najít vzájemný kompromis v celé šíři technických i netechnických disciplín. Literatura [1] U.S. DEPARTMENT OF ENERGY SOLAR DECATHLON, www.solardecathlon.gov/where_now.html [2] NÁRODNÍ NÁSTROJ PRO CERTIFIKACI KVALITY BUDOV, www.sbtool.cz

Poděkování: Tento článek vznikl díky podpoře z doktorského grantu GA ČR 103-09-H095 Udržitelná výstavba a udržitelný rozvoj sídel a Studentské grantové soutěže ČVUT č. SGS12/106/OHK1/2T/11. 16

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

COOPERATION OF THE INSTITUTE OF BUILDING STRUCTURES OF THE FCE BUT IN BRNO WITH VGTU VILNIUS IN LITHUANIA Romualdas Ginevičius1, Milan Vlček2, Miloslav Novotný3, Jan Škramlík4

ABSTRACT A long-term cooperation of foreign institutes always creates positive results in most of the fields, an evidence of which is also visible in the collaboration between the VGUT Vilnius and BUT Brno, which begun already in 1986 and its intensity is evolving ever since then. 1

INTRODUCTION

Both institutions, the VGTU Vilnius in Lithuania and the BUT in Brno, Czech Republic, does have a long and rich tradition in the establishment of contacts with foreign universities and institutions. Before 1989, cooperations were only about participation in various scientific international conferences, despite the limited possibilities of trips abroad. Contacts were made which became quite useful later on, because experience in teaching and research was gained throughout them at different institutions. The personal contacts after 1989 played an important role in the intensification of international cooperation.

1.1 Establishment of contacts The co-operation of institutes, especially that of BUT in Brno and VGTU Vilnius was established already in 1986 at a conference in Leipzig, in case of which the representatives of both institution, namely Doc. Milan Vlček, Ph.D. and Prof. Ing. Edmundas Zavadskas, received a bed in the same room at an accommodation facility and were bound to be housed together, which came out to be a great opportunity in the creation of new contacts. In the following year, Doc. Ing. M. Vlček. CSc. was invited to attend the international conference in Vilnius, where he was introduced to the staff of the Vilnius Gediminas Technical University in Vilnius and thus received an overview of the local structure of the Faculty of Civil Engineering and its research focus. For the establishment and promotion of contacts two factors were needed. A help from VGTU, later received in person by Prof. Ing. Dr. Habil. Edmundas Zavadskas and Prof. Ing. Dr. Habil. Romualdas Ginevičius, as to shortly after the emancipation of Lithuania from the Soviet Union Prof. Ing. Dr. Habil. Edmundas Zavadskas became the new rector of the university and Prof. Ing. Dr. Habil. Romualdas Ginevičius was elected to be the chairman of the Academic Senate of the University, and the possibility to roam freely all around the world, which became possible after 1989. From this point onward the cooperation of the institutes begun to develop at a nice pace in the form of regular annual visits of workers from Brno in Vilnius per vice versa and bilateral agreements for teachers, PhD students and students within the ERASMUS exchange programme. For most people coming from the Czech Republic, Lithuania was an "unknown entity". On the other hand, people from Lithuania had known a lot about Czech Republic and 1

Romualdas Ginevičius, Prof. Dr. Habil., Vilnius Gediminas Technical University, Lithuania LT-10233 Vilnius, Sauletekio al. 11, E-mail: romualdas.ginevicius@vgtu.lt 2 Milan Vlček, Doc. Ing. CSc., Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Institute of Building Structures, 602 00 Brno, Veveří 95, E-mail: vlcek.m@fce.vutbr.cz 3 Miloslav Novotný, Doc. Ing. CSc., Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Institute of Building Structures, 602 00 Brno, Veveří 95, E-mail: novotny.m@fce.vutbr.cz 4 Jan Škramlik, Doc. Ing. Ph.D., Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Institute of Building Structures, 602 00 Brno, Veveří 95, E-mail: skramlik.j@fce.vutbr.cz

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

therefore, their interest was focused on events at the school, the teaching content and structure, etc. Both sides had discussed the issues of transition to the newer "Western" style of structure of universities as soon as possible.

1.2 Development of cooperation In 1999, on the occasion of the 100th anniversary of the Brno University of Technology, the rector of VGTU Prof. E. Zavadskas, their chairman Prof.. R. Ginevičius and vice-rector Prof. Dr. Habil. Vaclavas Valiulis had decided to pay us a visit and also to sign the agreement about cooperation between the institutes under ERASMUS exchange programme. Not only the mutual visits among teachers, but students are an interest of the ERASMUS exchange program too. Given that both schools have introduced teaching in English language the students of both universities can stay without unnecessary problems. At an average of two students per year per university it became to a steady movements between the given countries. Unfortunately though, the descriptions of the courses aren’t in unison, yet. After the second term of office in the position of the rector Prof. E. Zavadskas was replaced by Prof. Romualdas Ginevicius, under the command of whom the collaboration was intensified a bit more. Nevertheless Prof. E. Zavadskas had been elected to be the Vice-Rector for Foreign Affairs and became primarily responsible for the development of publication activities, in case of which it would be recommended to honour his lead. The university began to publish a journal of his own at a regular basis and became highly appreciated and accredited abroad, it also ensured the possibility of publishing of the employees of VGTU in international journals with impact factors. The cooperation between the institutions can be seen in the evidence, that Doc. Ing. M. Vlcek, CSc. from BUT was elected to be a member of the previously mentioned journal’s editorial committee, the journal with the title: Technological and economic development of ECONOMY. Due to this relationship the staff members and students in doctoral study programmes within the grounds of the Institute of Building Structures, FCE BUT, do have an opportunity to publish too, however the collaboration climaxed in the creation of joint articles. The mutual respect of professionalism can be testified in the assessment of articles and scientific works done by the staff of the FCE BUT, and in the evaluations of appointments and habilitations at the VGTU in Vilnius. 2

THE CURRENT ACTIVITIES

At this year's visit to the VGTU in Vilnius the workers from Brno, namely Doc. Ing. Miloslav Novotny, CSc. – the head of the Institute of Building Structures of the FCE BUT, Doc. Ing. Milan Vlcek, CSc. – the guarantor of ERASMUS exchange programme and Ing. Karel Suhajda, Ph.D. – vice-head of the institute, have had a meeting with the dean of the Faculty of Civil Engineering of VGTU Vilnius, Prof. Dr. Habil. Josifas Parasonis on the occasion of which, they had discussed the possibilities of further cooperation especially in scientific fields. It was also noted the equipment available and needed for research activities are at a good level at both workplaces, and the issues that are addressed at scientific activities are quite close in nature, which gives the presumption of good results coming from the collaboration. They also discussed the deepening of study visits of doctoral students. 3

CONCLUSION

It can be stated that the cooperation of the two institutes is beneficial for both sides and should be extended further on as much as possible in the future. Also, the experience of other foreign faculties do show, that the courses should be coordinated so that the effort of the students studying abroad wouldn’t go to waste, quite the opposite, they should be recognized 18

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

while partaking in a two-semester exchange programmes. This would require the strengthening of consistency of collaboration in teaching and research too. Like this, the students should get an opportunity to improve their language skills while experiencing the living conditions and life itself in the visited country.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

BETONOVÉ STROPNÍ KONSTRUKCE – HODNOCENÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU CONCRETE FLOOR STRUCTURES – LIFE CYCLE ASSESSMENT Petr Hájek1, Magdaléna Kynčlová2, Ctislav Fiala3

Abstract The possible environmental savings are one of the most significant due to the amount of realized silicate structures in building sector. Paper presents the application of the methodology for life cycle assessment of reinforced concrete structures. Optimized fibre reinforced floor structures were assessed in case study. From the perspective of minimization of environmental impacts of structures, the crucial is the minimization of the amount of cement and reinforcement which share on the total emissions in the construction phase is in average more than 80%, and the contribution of steel and cement to primary energy consumption is over 70%. It shows that by utilization of environmentally more intensive concrete mixtures it is possible to design structures with minimized environmental impact providing the optimized mixture design and RC cross-section.

Key words High performance concrete, optimization, life cycle assessment, timber-concrete floor structure (vysokohodnotný beton, optimalizace, hodnocení životního cyklu, dřevo-betonová stropní konstrukce) 1

ÚVOD

Optimalizace spotřeby konstrukčních materiálů a jejich složení zaměřená na redukci spotřeby primárních neobnovitelných surovin a zdrojů energie a současně na větší využívání recyklovaných materiálů je jedním ze základních požadavků při vývoji nových progresivních stavebních konstrukcí. Potenciál úspor je vzhledem k realizovaným objemům konstrukcí ze silikátů jedním z nejvýznamnějších v oblasti nosných konstrukcí budov a dalších konstrukcí, zejména dopravních a vodohospodářských. V rámci příspěvku je představena aplikace metodiky hodnocení životního cyklu železobetonových konstrukcí v případové studii, kde byly analyzovány optimalizované stropní konstrukce využívající vysokohodnotných vláknobetonů. 2

METODIKA HODNOCENÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU

Pro možnost porovnání optimalizovaných variant stropních konstrukcí byla na základě obecné metodiky (norem ISO 14040-49) a obdobných existujících zahraničních modelů z jiných oblastí stavebnictví navržena metodika implementovaná do českých podmínek, na jejímž základě vznikla pracovní verze programu iCF⌂concrete LCATool 2.0 CZ pro hodnocení životního cyklu železobetonových konstrukcí zahrnujícího fáze výstavby (vč.

Prof. Petr Hájek, CSc., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb, Thákurova 7, Praha 6, 166 29, petr.hajek@fsv.cvut.cz 2 Ing. Magdaléna Kynčlová, ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov, nám. Sítná 3105, Kladno, 272 00, magdalena.kynclova@fsv.cvut.cz 3 Ing. Ctislav Fiala, Ph.D., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb, Thákurova 7, Praha 6, 166 29, ctislav.fiala@fsv.cvut.cz 20

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

procesů výroby jednotlivých materiálů), užívání (oprava betonových povrchů) a konce životního cyklu (demontáž nebo demolice konstrukce). Jádrem programu je inventarizační analýza, která je členěna do jednotlivých modulů a podmodulů systému. Data vstupující do inventarizační analýzy byla získána od výrobců jednotlivých produktů, aktuálně nedostupná data jsou čerpána z literatury a různých databází, např. GEMIS verze 4.6 [1]. Části jednotlivých bilancovaných procesů jsou uspořádány do modulů, kde jsou bilancovány a kvantifikovány všechny materiálové a energetické toky (vstupy i výstupy), tzn. potřeby surovin, produktů a vedlejších produktů, pomocných materiálů, energií, vody a dopravy, vznikajících emisí, vedlejších produktů a odpadů z výrobních procesů. Při hodnocení variant železobetonových konstrukcí v programu iCF⌂concrete LCATool 2.0 CZ jsou z hlediska emisí sledovány kategorie dopadu i) potenciál globálního oteplení – GWP (ekvivalentní emise CO2), ii) okyselování prostředí – AP (ekvivalentní emise SO2) a iii) tvorba přízemního ozónu – POCP (ekvivalentní emise C2H4). Z hlediska spotřeby přírodních zdrojů jsou sledovány dvě kategorie dopadu i) spotřeba primární neobnovitelné energie a ii) spotřeba primárních surovinových zdrojů (suroviny a voda). Detailní struktura programu, definice jednotlivých modulů vč. bilancování dat a hodnocených dopadů jsou detailně popsány v [2] a [3]. 3

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST - PŘÍPADOVÁ STUDIE

Navržená metodika a verze programu iCF⌂concrete LCATool 2.0 CZ pro hodnocení životního cyklu železobetonových konstrukcí byly již aplikovány a ověřeny v řadě studií. Zde je metodika demonstrována na případové studii, v níž se porovnávají optimalizované varianty stropních konstrukcí využívajících vysokohodnotné betony HPC105 a HPC140 [4]. Varianty stropních konstrukcí byly navrženy pro čtyřpodlažní bytový dům s půdorysem 14,2 x 22,3 m. Analýza životního cyklu stropních konstrukcí zahrnuje etapy: výrobu a dopravu základních materiálů pro výrobu betonu do betonárny (prefa závodu), výrobu betonu, dopravu betonu a prefabrikátů na stavbu, dopravu a realizaci bednění, čerpání betonové směsi a osazení prefabrikátů, ve fázi užívání potom opravu povrchů betonových konstrukcí, ve fázi konce životního cyklu demolici konstrukcí a transport materiálů do recyklačního střediska. Všechny hodnocené varianty stropních konstrukcí V1 – V4 jsou navrženy na teoretické rozpětí 4,4 m (prostý nosník, varianta V3 kazetová obousměrná konstrukce) a zatížení stálé bez vlastní tíhy gk = 4,0 kN/m2 a užitné qk = 2,0 kN/m2. Schematické řezy hodnocenými stropními konstrukcemi jsou na Obr. 1. Obr. 1) Schematické příčné řezy variant stropních konstrukcí

Referenční variantou je varianta V1 plná žb deska C30/37 - tloušťka 200 mm; ostatní varianty využívají vysokohodnotných vláknobetonů a představují efektivní konstrukce s minimalizovanou spotřebou konstrukčních materiálů a dopady na životní prostředí: V2 prefabrikovaný panel HPC105 s vložkami z desek z recyklovaných nápojových kartonů (RNK) - tloušťka 200 mm, V3 kazetová deska HPC105 - tloušťka 160 mm, horní deska tloušťky 30 mm, žebra 50 – 70 mm s osovými vzdálenostmi 600 mm, V4 dřevo-betonový 21

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

strop HPC140 - tloušťka 190 mm, kombinace horní prefabrikované desky tl. 30 mm lepením spřažené s nosníkem z lepeného lamelového dřeva 80/160 mm. Bilance vstupních dat hodnocených variant. Pro jednotlivé varianty stropních konstrukcí V1 až V4 byla bilancována veškerá vstupní data, tzn. spotřeby jednotlivých materiálů na realizování stropních konstrukcí na celém objektu bytového domu, potřeba dopravy na transport jednotlivých materiálů a výrobků vč. bilance potřeby bednění pro monolitickou stropní konstrukci. Bilancovaná data jsou rozdělená do tří základních fází životního cyklu konstrukce - výstavba, užívání a konec životního cyklu. Ukázka bilance dat pro fázi výstavby je uvedena v tabulce Tab. 1. Životnost nosných stropních konstrukcí je uvažována 100 let. V rámci cyklu užívání je pro variantu V1 z běžného betonu C30/37 uvažováno s dvěma opravami 10% povrchů betonu, u variant z betonu HPC105 (V2, V3) je uvažována oprava povrchu balkonů v ploše 30%. S ohledem na kvalitu povrchu betonu HPC140 není u varianty V4 s opravou povrchů uvažováno. Dopravní vzdálenosti jsou uvažovány v rámci fáze výstavby 4 km z betonárny na stavbu, z výrobny prefabrikátů na stavbu 23 km a ve fázi konce životního cyklu je uvažováno s dopravou sutě z demolice 26 km do recyklačního střediska. Tab. 1) Bilance vstupních dat pro fázi výstavby

VÝSLEDKY

Na základě bilance vstupních dat hodnocených variant (Tab. 1) a agregovaných dat hodnocených dopadů pro jednotlivé materiály a procesy všech fází životního cyklu jsou zpracována agregovaná data hodnocených dopadů pro porovnávané varianty stropních konstrukcí V1 až V4. Data jsou vyčíslena pro jednotlivé fáze životního cyklu i souhrnně pro celý životní cyklus stropních konstrukcí.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Graf. 1) Agregovaná data hodnocených variant pro celý životní cyklus, 100% reprezentuje varianta V1

Graf 1 ukazuje relativní srovnání agregovaných dat hodnocených variant stropů všech hodnocených kritérií za celý životní cyklus. 100% představuje referenční varianta V1 – plná železobetonová deska z běžného betonu. Jako nejefektivnější vychází dřevo-betonová stropní konstrukce. 5

ZÁVĚR

Komplexní hodnocení objektů a konstrukcí zahrnující posouzení jejich environmentální kvality v celém životním cyklu je dnes nedílnou součástí integrovaného návrhu nových progresivních železobetonových konstrukcí. Dokazuje to i zvýšený zájem z praxe o tuto problematiku. Z řady již provedených analýz je zřejmé, že těžiště environmentální efektivity konstrukcí leží převážně v optimalizovaném návrhu betonové směsi, tvaru průřezu a jeho vyztužení. Z hlediska minimalizace dopadů železobetonových konstrukcí na životní prostředí je rozhodující minimalizace množství cementu a betonářské výztuže, jejichž podíl na celkových emisích ve fázi výstavby je v průměru okolo 80%, u spotřeby primární energie se podíl oceli a cementu pohybuje okolo 70%. Ukazuje se také, že i při využití environmentálně náročnějších směsí vysokohodnotných betonů lze navrhovat konstrukce s minimalizovaným dopadem na životní prostředí za předpokladu optimalizovaného návrhu směsi a železobetonového průřezu. PODĚKOVÁNÍ

V příspěvku bylo využito dílčích výstupů výzkumného projektu GAČR 104/10/2153 a grantu č. SGS11/103/OHK1/2T/11. Literatura [1] GEMIS (Global Emission Model for Integrated Systems) - verze 4.6 s databází CZ, D 2010 [online], 11/2010, software dostupný z WWW: http://www.oeko.de/service/gemis/ [2] FIALA, C.: Integrovaný návrh stropních konstrukcí s využitím vysokohodnotných betonů, Disertační práce, Praha: ČVUT v Praze, Fakulta stavební, 2011, s. 158. [3] FIALA, C.: Optimalizace betonových konstrukcí v environmentálních souvislostech, Nakladatelství ČVUT, 2011, s. 102, ISBN 978-80-01-04663-0. [4] HÁJEK, P., KYNČLOVÁ, M., FIALA, C.: Vysokohodnotné vláknobetony pro subtilní betonové konstrukce, Beton TKS, č. 2/2010, 2010, s. 79 – 83, ISSN 1213-3116.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

CIRKADIÁNNA FOTOMETRIA A JEJ VYUŽITIE V PRAXI CIRCADIAN PHOTOMETRY AND ITS UTILISATION IN PRACTICE Peter Hanuliak1 - Lucia Maňková2 Abstract During last decade a large number of studies related to the circadian system and its rhythmicity have been published. Although its role in proper functionality of a living organism is inevitable and basic characteristics are already known a bridge between basic biological needs and wide-accepted technical practice hasn’t been created yet. But circadian photometry, which sets to be created now found its ways into some applications. Key words circadian photometry, daylighting, well-being 1

ÚVOD

Na základe objavenia akčného spektra odozvy cirkadiánneho systému a následne identifikovania fotosenzitívnych gangliónových buniek sa stala aktuálnou otázka modifikácie klasickej fotometrie, ktorá v oblasti biologického účinku svetla prestáva byť použiteľná. Dôležitou sa následne stáva otázka, ako možno tieto účinky ovplyvniť. Ako základ pre tento účel slúži tzv. cirkadiánna fotometria, ktorú predstavil Gall [Gall, 2002]. Hlavnou myšlienkou jej definície bolo novodobé používanie umelých zdrojov osvetlenia, ktoré na rozdiel od denného svetla vyžarujú zmenené svetelné spektrum. Okrem týchto zdrojov môžu svetelné pomery po kvalitatívnej stránke ovplyvniť aj súčasné zasklievacie materiály, tieniace systémy, ako aj celkový architektonický koncept. K posudzovaniu štandardných kritérií osvetlenia môžeme pridať aj kritérium tzv. cirkadiánnej osvetlenosti. Posudzovanie cirkadiánnej osvetlenosti však musí byť multikriteriálne, nakoľko biologické odozvy nie sú závislé len na momentálnom spektrálnom zložení svetla, ale aj na časových faktoroch – dĺžke a načasovaní svetelných stimulov a tzv. svetelnej histórii. 2

VLASTNOSTI CIRKADIÁNNEHO SYSTÉMU

Z hľadiska popísania spektrálnej citlivosti existujú dva základné prístupy. Prvý prístup používa definovanie akčného spektra melanopsínových fotosenzitívnych buniek s jej využitím ako pomernej spektrálnej funkcie pre vyhodnotenie žiarivého toku. Tento model sa spoľahlivo ukázal pri pokusoch s monochromatickým svetelným žiarením. Predstavený spôsob je aplikáciou jednoduchší a ponúka zároveň aj možnosť relatívne jednoducho spracovávať jednotky svetelného toku s použitím prepočítavacíeho koeficientu [Gall 2002]. V súčasnosti sa na tomto základe rozširuje pojem „melanopický lux“ [Stoll et. al 2012]. Druhý spôsob uvažuje so spolupôsobením viacerých senzorických prvkov a následným podmieneným kombinovaním vstupov s dosiahnutím výsledného stimulu. Príkladom je definícia cirkadiánneho stimulu [Rea 2010]. Tento model je založený na základe výsledkov z pokusov s polychromatickými svetelnými zdrojmi, a teda by mal lepšie zodpovedať reálnym podmienkam. 1

Peter Hanuliak, Ing. PhD., Slovenská technická univerzita, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, peter.hanuliak@stuba.sk 2 Lucia Maňková, Ing. PhD., Slovenská technická univerzita, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, lucia.mankova@stuba.sk 24

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Aj keď vedecká zhoda pre stanovenie limitov cirkadiánnej osvetlenosti ešte nenastala, v súčasnosti sú už k dispozícii viaceré fotosenzorické systémy. Na posudzovanie priestorov a svetelnej klímy v nich sú vhodné stacionárne spektrorádiometre (napr. JETI Specbocs 1200), ktoré ponúkajú komplexné merania svetelného žiarenia, prípadne už majú implementované krivky melanopsínového akčného spektra. Individuálnu stimuláciu je potrebné hodnotiť nielen priestorovo, ale aj tzv. „svetelnou dávkou”, ktorú dostáva konkrétny užívateľ priestoru do očí. Na tento účel slúžia kompaktné zariadenia pre inštaláciu v rovine očí s funkciou merania osvetleností s priradenou časovou informáciou – svetelné dozimetre, napr. Lichtblick [Hubalek et. al, 2004], Actiwatch spectrum [Phillips], LightTracker [Gordinj et. al 2009] alebo Daysimeter [Biermann et. al 2005]. Zaujímavé obzory ponúkajú možnosti využitia počítačových simulácií. Hodnotenia na základe intenzít osvetlenosti sú štandardnými návrhovými nástrojmi vo svetelnotechnickej praxi. Hodnotenie spektra a časových aspektov nie je bežné, už len kvôli svojej technickej náročnosti a nedostupnosti softwarových riešení. Ale aj na tomto poli sa už nachádzajú postupy založené na tradičných simulačných nástrojoch [Pechacek 2010]. Pomocou využitia týchto nástrojov sa zvyšuje pravdepodobnosť dobre navrhnutého prostredia, ktoré by mohlo byť označené ako zdravšie. Problém priestorovej distribúcie svetla, kedy dopad svetla na vodorovnú rovinu prestáva byť dôležitým faktorom si uvedomili aj tvorcovia rôznych anidolických systémov [Munch et al. 2012] a svetlovodov. Štúdie poukazujú, že svetlo prichádzajúce na rovinu oka z hornej hemisféry je totiž efektívnejšie ako zo spodnej [Lasko 1999]. Najväčší prienik do komerčnej sféry zaznamenali prístroje a svetelné zdroje na podporu liečby napríklad depresívnych pacientov (problém SAD), kde cielené používanie svetla počas liečby podporuje rýchlejší priebeh rekonvalescencií a skrátenie celkového pobytu na lôžku. Pri moderných energeticky úsporných domoch sa vyžaduje aj energeticky úsporné osvetlenie, kde by hlavnú úlohu malo hrať práve denné svetlo. Počas procesu architektonickej tvorby by sa teda malo prihliadať na jeho priestorové a spektrálne charakteristiky. Osobitnú pozornosť je potrebné venovať permanentným spektrálnym filtrom v osvetľovacích sústavách. POĎAKOVANIE Tento príspevok vznikol s podporou grantovej výskumnej úlohy APVV 0150-10.

Literatúra [1] GALL, D. – LAPUENTE, V.: Beleuchtungsrelevante Aspekte bei der Auswahl eines förderlichen Lampenspektrums, Licht, Vol. 54, 2002, No. 7/8, s. 860–871.

[2] REA, M. S. – FIGUEIRO, M. G. – BIERMAN, A. – BULLOUGH, J. D.: Circadian light. Journal of Circadian Rhythms, 2010, 8:2.

[3] STOLL, C ., et al.: Melanopic lux in people´s homes – quadratic relation between melanopic lux and melatonin suppression after short-term evening light exposure in healthy subjects., SLTBR 24th annual meeting proceedings, 2012, p. 66.

[4] HUBALEK, S. – SCHIERZ, C.: LichtBlick – photometrical situation and eye movements at VDU workplaces . CIE Symposium ’04 “Light and Health”, p. 322-324.

[5] BIERMAN, A. – KLEIN, T. R. – REA, M. S. 2005. The Daysimeter: a device for measuring optical radiation as a stimulus for the human circadian system, Measurement Science and Technology, 2005, Vol. 16, p. 2292-2299.

[6] PECHACEK, C. S. et al.: Preliminary Method for Prospective Analysis of the Circadian Efficacy of (Day)Light with Applications to Healthcare Architecture, MIT, 2010.

[7] MUNCH, M. et al.: Indoor lighting condidtions and their impact on visual and non-visual functions. SLTBR 24th annual meeting proceedings, 2012, p. 57.

[8] LASKO, T.A. – KRIPKE, D.F. – ELLIOT, J. A.: Melatonin suppression by illumination of upper and lower visual fields. Journal of Biological Rhytms, 1999, Vol. 14, p. 122-125.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

OPTICKÉ VLASTNOSTI SYSTÉMOV ZASKLENÍ, CHRONOBIOLÓGIA A CIRKADIÁNNA FOTOMETRIA OPTICAL PROPERTIES OF GLAZING SYSTEMS, CHRONOBIOLOGY AND CIRCADIAN PHOTOMETRY Jozef Hraška1 - Peter Hanuliak2 - Lucia Maňková3 Abstract Due to the increasing demand in building energy conservation and environmental protection many new glazing systems have developed rapidly in the past few decades, such solar-protective glazing, tinted glazing, M-glass, building-integrated semi-transparent photovoltaic modules, etc. Research concerning the effects of window glazing types urgently needs to be reformulated in relation to new fundamental knowledge about non-visual effects of light on human beings. This article brings several scientific remarks to this topic, mainly from the point of view of circadian light and circadian photometry. Key words glazing systems, circadian photometry, daylighting, health 1

ÚVOD

Informácie o farebnom zložení svetla môžeme teoreticky získať zo samotného spektrálneho zloženia denného svetla alebo z parametrov ako je korelovaná (náhradná) teplota chromatickosti (CCT), z farebných súradníc x, y podľa sústavy CIE 1931 (alebo inej sústavy farieb), prípadne zo všeobecného indexu podania farieb. Ak máme hovoriť o farbe denného svetla prakticky, je to už trochu iný problém. Existuje totiž málo experimentálnych údajov o zmenách spektrálneho zloženia prírodného svetla na zemskom povrchu a takmer žiadne systematicky spracované a použiteľné výpočtové dáta. Vieme, že spektrálne zloženie denného svetla sa neustále a v širokom rozsahu mení v priebehu dňa aj v rámci ročných období. Existujú aj miestne charakteristiky spektrálneho zloženia svetla. Z dvojročných meraní, ktoré sa realizovali v Granade v Španielsku v rokoch 1996 - 1998 [1] vyplýva, že CCT sa pohybovalo v rozsahu 3 758 až 34 572 K, obr. 1. Extrémne hodnoty sa však vyskytujú iba ojedinele, väčšina záznamov je v rozsahu 5 000 – 20 000 K. V oblastiach s častým výskytom oblačnosti bude horný limit CCT pravdepodobne okrem výnimočných situácií ešte nižší. O činiteľoch spektrálnej transmitancie svetla zasklení existuje niekoľko databáz [napr. 2, 3]. Údaje o spektrálnej transmitancii svetla cez rozličné tieniace zariadenie sa v dostupnej literatúre takmer nenachádzajú. Táto problematika však nie je v oblasti denného osvetlenia ani dostatočne vedecky spracovaná a tým aj nie je aplikovaná resp. aplikovateľná v technickej praxi. Doteraz sa svetelní technici zaoberali viac-menej iba farbou umelých svetelných zdrojov. Farba denného svetla sa považovala za najideálnejšiu pre ľudské oko. V súčasnosti sa používa množstvo zasklievacích a tieniacich materiálov, ktoré výrazne filtrujú denné svetlo, významne menia jeho farebné zloženie v interiéroch. K tomu prispievajú aj farebné vnútorné povrchy. 1

Jozef Hraška, prof. Ing. PhD., Slovenská technická univerzita, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, jozef.hraska@stuba.sk 2 Peter Hanuliak, Ing. PhD., Slovenská technická univerzita, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, peter.hanuliak@stuba.sk 3 Lucia Maňková, Ing. PhD., Slovenská technická univerzita, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, lucia.mankova@stuba.sk 26

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Zvýšený záujem o problematiku farby denného svetla podnietili najmä objavy mechanizmu regulácie melatonínu v ľudskom organizme [4, 5], ale aj zvýšené používanie združeného osvetlenia vnútorných pobytových priestorov a celkový záujem o kvalitatívne a pohodové

Obr. 1 Údaje z 2 600 meraní farby denného svetla v španielskej Granade [1] vynesené v chromatickom diagrame CIE 1931 s uvedením korelovaných teplôt chromatickosti stránky osvetlenia interiérov. Tiež existuje závislosť medzi farbou svetla a vnímaním jeho intenzity. Napr. v [6, 7] sa uvádza, že pri svetle s modrým farebným tónom testované osoby požadovali vyššie intenzity osvetlenia. Denné svetlo v interiéri sa môže v dôsledku jeho filtrácie transparentnými systémami výrazne odlišovať od exteriérového, čo má dopad na kvantitatívne a najmä kvalitatívne parametre vnútorného svetelného prostredia. V tomto príspevku sa zaoberáme niektorými otázkami miery zmien farby denného svetla v porovnaní s jeho exteriérovou farbou a to predovšetkým z hľadiska optických vlastností zasklení s dopadom na chronobiologické parametre vnútorného prostredia budov. 2

CHRONOBIOLÓGIA A CIRKADIÁNNA FOTOMETRIA

Biologické organizmy sa evolučne prispôsobili na striedanie noci a dňa vývinom cirkadiánnych (z latinského circa – približne a diem, akuzatív dies – deň) oscilácií. Biologické rytmy živých organizmov skúma chronobiológia. Vo všeobecnosti ľudský cirkadiánny systém ovplyvňuje svetlo vstupujúce do oka, pričom je dôležité jeho spektrálne zloženie, intenzita, priestorové rozloženie, trvanie a dynamika jeho zmien. Významnú úlohu v týchto procesoch má hormón melatonín. Pomerná spektrálna citlivosť ľudského cirkadiánneho systému bázovaná na regulácii melatonínu v ľudskom tele C(λ) sa výrazne odlišuje od spektrálnej citlivosti štandardného fotometrického pozorovateľa pri fotopickom videní V(λ) podľa CIE (Commission internationale de l'éclairage), obr. 2. Viacerí autori [napr. 8 − 10] navrhli zaviesť pomernú veličinu medzi cirkadiánnym účinkom žiarenia C(λ) a spektrálnou svetelnou účinnosťou V(λ), ktorá sa nazýva faktor cirkadiánnej účinnosti acv . Výhodou takéhoto postupu je to, že štandardné fotometrické veličiny a merania sa dajú jednoduchým prevodom aplikovať aj na oblasť cirkadiánneho svetla. Takýto postup však nie je prijímaný so všeobecným súhlasom vedeckej obce [napr. 11]. Navrhuje sa zaviesť cirkadiánnu fotometriu. 27

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

1.0

relatívna citlivosť

(-)

0.8

0.6 funkcia C(λ)

0.4

funkcia V(λ)

0.2 0.0 400

450

podľa [4]

500 550 600 vlnová dĺžka (nm) podľa [5]

650

700

Obr. 2 Akčné spektrá fotopického (V(λ)) a cirkadiánneho (C(λ)) svetla Faktor cirkadiánnej účinnosti acv je definovaný nasledovne 580

acv =

∫X

vλ

(λ ) . C (λ ) . dλ

380 780 nm

(1) (λ ) .V (λ ) . dλ

380 nm

kde Xλ(λ) C(λ) Xvλ(λ) V(λ) λ1, λ2

spektrálna fyzikálna veličina žiarenia; funkčná závislosť relatívnej spektrálnej cirkadiánnej účinnosti žiarenia; spektrálna fotometrická veličina; relatívna svetelná účinnosť monochromatického žiarenia pri fotopickom videní; hraničné vlnové dĺžky definovanej spektrálnej účinnosti žiarenia.

Ak poznáme určitú fotometrickú veličinu Xv môžeme pomocou faktora cirkadiánnej účinnosti acv určiť biologický účinok žiarenia Xbiol z výrazu X biol =

X v . acv Km

je maximálna hodnota spektrálnej svetelnej účinnosti žiarenia vlnovej dĺžky 555 nm, K m = 683 lm / W.

(2)

kde

Argumentačná báza proti faktoru cirkadiánnej účinnosti sa opiera o názor, že biofyzikálne procesy závislé od cirkadiánnej regulácie sú úplne odlišné od tých, ktoré sú riadené fotopickým videním. Časť vedeckej obce zavádza pojem cirkadiánneho svetla s príslušnou fotometriou a systémom kvantifikácie fotostimulov ľudského cirkadiánneho systému.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

3 VZŤAHY MEDZI OPTICKÝMI VLASTNOSŤAMI ZASKLENÍ, CHRONOBIOLÓGIOU A CIRKADIÁNNOU FOTOMETRIOU

Tradičné ploché číre stavebné sklo ovplyvňuje spektrálne zloženie denného svetla v minimálnej miere. V posledných desaťročiach sa na stavebnom trhu objavilo množstvo nových druhov zasklení, pričom niektoré významne menia spektrálne zloženie svetla pri jeho prechode zasklením. Filtrovanie denného svetla cez zasklievacie systémy ovplyvňuje kvalitatívne aj kvantitatívne stránky osvetlenosti interiérov a podľa mnohých výskumov má dopad na zdravotné aspekty ich užívateľov, ich pocit pohody a aj pracovnú výkonnosť. Zmenu spektrálneho zloženia denného svetla spôsobujú najmä v hmote farbené sklá. Najrozšírenejšie sú sklá s odtieňom modrým, zeleným, sivým a bronzovým. Modré a zelené sklá prepúšťajú viac denného svetla ako sivé alebo bronzové, obr. 3. Z obr. 3 vidíme, že v jednotlivých oblastiach svetelného spektra sú medzi dvoma vybranými zaskleniami používanými na našom stavebnom trhu výrazné rozdiely. Kým v červenej oblasti spektra sú rozdiely v transmitancii svetla malé, v oblasti fotopického svetla sú výrazné a v oblasti cirkadiánneho svetla ide v danom prípade až o niekoľkonásobné rozdiely v prospech Planibelu modrého. Zvýšené používanie v hmote farbených skiel a farebných tieniacich zariadení je čiastočne dôsledkom módneho používania celopresklených obvodových stien najmä administratívnych budov. Takéto riešenie zvyšuje tepelnú záťaž vplyvom slnečného žiarenia s dopadom na výrazné kolísanie vnútorného tepelného prostredia. V mnohých krajinách sa tento problém zmenšuje používaním protislnečných v hmote farbených zasklení. 1

pomerná hodnota (-)

0,8

C(λ)

V(λ) Planibel modrý

0,6

0,4

0,2 Antelio bronz

0 380

430

480

530

580

630

680

730

780

vlnová dĺžka (nm)

Obr. 3 Spektrálna transmitancia dvoch typov plochých stavebných skiel používaných na našom stavebnom trhu Chronobiologický výskum veľakrát potvrdil, že modré svetlo zmierňuje sezónnu depresiu, zlepšuje dĺžku a kvalitu spánku, zlepšuje pracovnú výkonnosť ľudí pracujúcich v nočných zmenách, zlepšuje výkonnosť mozgu, zmenšuje výskyt rakoviny prsníka, stimuluje činorodosť atď. Štúdia zameraná na zistenie preferencií vo vnímaní svetelného prostredia pri dennom osvetlení s rozličnými farebnými zaskleniami [6] ukázala, že najviac sa uprednostňovalo zasklenie s bronzovým odtieňom. Teplé odtiene zasklenia boli preferované dokonca aj v porovnaní so spektrálne neutrálnym zasklením. Uvedený výskum realizovaný v Kanade je pomerne raritný, mal by sa overiť aj v inom klimatickom a kultúrnom prostredí. Vnímanie farieb je pocit, ktorý sa nedá priamo merať nejakým zariadením. V prípade niektorých filtrov (napr. oranžové alebo žlté tienidlá) modrá zložka svetla sa vôbec nedostane do interiéru a ľudia v ňom sa nachádzajú v „biologickej tme“. Výskumy, ktoré sa uskutočnili 29

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

na tomto poli majú protirečivé výsledky, čo je dôsledkom aj zložitosti a komplikovanej podmienenosti samotnej problematiky. Okrem iného bude v súvislosti s výpočtami cirkadiánneho svetla zaviesť do denného osvetlenia aj novú metriku, keďže kľúčová je osvetlenosť vertikálnej roviny resp. osvetlenosť očí. Účinnosť rozličných systémov denného osvetlenia sa z hľadiska cirkadiánneho svetla bude výrazne líšiť od doterajšej, ktorá je založená na fotopickom svetle na porovnávacej rovine. 4

ZÁVER

Z chronobiologického a zdravotného hľadiska by sa spektrálne zloženie interiérového denného svetla nemalo významnejšie odlišovať od exteriérového. Kým na požiadavky na intenzitu denného osvetlenia sú už dlhší čas určené normy a hygienické predpisy, spektrálne zloženie denného svetla nie je zatiaľ ani z vedeckého hľadiska dostatočne preskúmané. Najmä v poslednom desaťročí sa táto problematika stále detailnejšie skúma a v krátkom čase sa dajú očakávať prakticky použiteľné výsledky. Ich uplatnenie je najmä v oblasti osvetlenia pracovného prostredia, zdravotníckych zariadení, penziónov a podobných priestorov. Pravdepodobne sa zavedú aj nové optické charakteristiky zasklení, tieniacich zariadení a stavebných povrchov bázované na cirkadiánnej fotometrii. Poďakovanie Tento príspevok vznikol s podporou grantovej výskumnej úlohy APVV 0150-10.

Literatúra [1] HERNÁNDEZ-ANDRÉS, J. – ROMERO, J. – NIEVES, J. L. – LEE, R. L., Jr.: Color and spectral analysis of daylight in southern Europe. Vol. 18, No. 6, June 2001, J. Opt. Soc. Am. A 1325. [2] http://www.glassdbase.unibas.ch [3] http://windows.lbl.gov/software/CGDB/index.html [4] BRAINARD, G.C. – HANIFIN, J.P. – GREESON, J.M. – BYRNE, B. – GLICKMAN, G. – GERNER, E. – Rollag, M. D.: Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience, Vol. 21, 2001, No. 16, p. 6405–6412. [5] THAPAN, K. – ARENDT, J. – SKENE, D. J.: An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. Journal of Physiology, Vol. 535.1, 2001, p. 261– 267. [6] ARSENAULT, H. – HÉBERT, M. – DUBOIS, M-C.: Effects of glazing colour type on perception of daylight quality, arousal, and switch-on patterns of electric light in office rooms. Building and Environment 56, 2012, p. 223-231. [7] CHAIN, C. – DUMORTIER, D. – FONTOYNONT, M.: Consideration of daylight's colour. Energy and Buildings 33, 2001, 193-198. [8] GALL, D. – LAPUENTE, V.: Beleuchtungsrelevante Aspekte bei der Auswahl eines förderlichen Lampenspektrums, Licht, Vol. 54, 2002, No. 7/8, s. 860–871. [9] WANDACHOWICZ, K.: Calculation of the circadian illuminance distribution with Radiance. In: Fifth International Radiance Scientific Workshop, Leicester, 13–14 September, 2006. [10] DIN V 5031-100 Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik – Teil 100: Über das Auge vermittelte, nichtvisuelle Wirkung des Lichts auf den Menschen – Größen, Formelzeichen und Wirkungsspektren. Juni 2009. [11] REA, M. S. – FIGUEIRO, M. G. – BIERMAN, A. – BULLOUGH, J. D.: Circadian light. Journal of Circadian Rhythms, 2010, 8:2.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

SÚČASNÝ STAV VZDELÁVACEJ ČINNOSTI V ODBORE POZEMNÉ STAVBY NA ÚSTAVE POZEMNÉHO STAVITEĽSTVA SvF TUKE EDUCATIONAL PROCESS IN ARCHITECTURAL ENGINEERING STUDY BRANCH AT THE INSTITUTE OF ARCHITECTURAL ENGINEERING OF THE CIVIL ENGINEERING FACULTY OF TU KOŠICE IN PRESENT TIME Dušan Katunský, Miloslav Bagoňa, Katarína Knížová, Martin Lopušniak, Zuzana Vranayová 1

Abstract The topic of this contribution is description of educational process at the Institute of architectural engineering of the Faculty of Civil Engineering of Technical University of Kosice in present time. Educational process is realized in three ways, bachelor, magister and doctoral training programs.

Key words educational process, study branch, study subject, bachelor study, master study, doctoral study, training program 1

ÚVOD

V súčasnosti sa na Stavebnej fakulte TU v Košiciach uskutočňuje vzdelávanie v odbore pozemné stavby v troch stupňoch: Tab. 1) Základné údaje o trojstupňovej forme štúdia na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Košiciach v odbore 5.1.4 pozemné stavby 1. Stupeň vysokoškolského vzdelávania: I. (bakalárske štúdium) Názov študijného programu: Pozemné stavby – budovy a prostredie Názov študijného odboru: Pozemné stavby (5.1.4) Udeľovaný akademický titul: bakalár (Bc.) denná štandardná dĺžka štúdia: Forma štúdia: 8 semestrov (4 roky) externá 2. Stupeň vysokoškolského vzdelávania: Názov študijného programu: Názov študijného odboru: Udeľovaný akademický titul: Forma štúdia: 3. Stupeň vysokoškolského vzdelávania: Názov študijného programu: Názov študijného odboru: Udeľovaný akademický titul: Forma štúdia: Názov pracoviska na TUKE, ktoré garantuje študijný program: Rozhodnutie o priznaní práv:

II. (inžinierske štúdium) Tvorba budov a prostredia Pozemné stavby (5.1.4) inžinier (Ing.) denná

štandardná dĺžka štúdia: 4 semestre (2 roky)

externá III. (doktorandské štúdium) teória tvorby budov a prostredia pozemné stavby (5.1.4) Philosophiae Doctor (PhD.) denná štandardná dĺžka štúdia: 4 roky (5 rokov) (externá) Stavebná fakulta Ústav pozemného staviteľstva Číslo: CD-2011_11242/28090:4-071 zo dňa 27.07.2011

Dušan Katunský, prof., Miloslav Bagoňa, PhD , Katarína Knížová, PhD., Martin Lopušniak, PhD., Zuzana Vranayová, PhD. Ústav pozemného staviteľstva, Stavebná fakulta, Vysokoškolská 4, 040 12 Košice – SK dusan.katunský@tuke.sk

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

1.1 Bakalársky stupeň Absolvent programu dokáže identifikovať, analyzovať a riešiť stavebno-technické, technologické a ekonomicko-manažérske problémy budov na úrovni koncepčnej prípravy a konštrukčno-architektonického návrhu budovy. Absolvent so stavebno-technickým a environmentálnym vzdelaním orientovaným na budovy a ich prostredie bude schopný spolupracovať so všetkými účastníkmi výstavby a so špecialistami všetkých profesií projektovej dokumentácie. Široký interdisciplinárny profil absolventa dopĺňajú znalosti o podnikaní, legislatíve a manažmente. Priložené tabuľky vyučovaných predmetov v jednotlivých stupňoch sú viazané na akademický rok 2010/2011. Pri porovnávaní výsledkov (najmä v doktorandskom štúdiu ide o akademické roky 2009/2010 a 2010/2011. V akademickom roku 2011/2012 nedošlo k výraznejším zmenám, ale závery hodnotenia dosiahnutých výsledkov a úspešnosti v štúdiu neboli ešte spracované. Tab. 2) Hlavné témy prednášané v bakalárskom stupni štúdia Predmet Typ* P P P P P P P P P P P P P P PV-1 PV-1 PV-1 V V P P P P P P PV-2 PV-2 V V P P P P P P PV-3 PV-3 V 32

Názov Matematika I Deskriptívna geometria Fyzika Chémia Geológia Stavebné inžinierstvo Telesná výchova Matematika II Fyzika prostredia Teoretická mechanika Základy geotechniky Stavebné materiály Environmentalistika Telesná výchova Filozofia Politológia Psychológia Architektonické kreslenie Cudzí jazyk Pružnosť a plasticita Statika konštrukcií Budovy a prostredie Architektonické konštrukcie I Typológia budov I Architektonická kompozícia Dejiny architektúry a umenia I Dejiny architektúry a umenia III Počítačová podpora projektovania Cudzí jazyk Betónové a murované nosné prvky Stavebná fyzika Architektonické konštrukcie II Typológia budov II Tvorba krajiny a urbanizmus Architektonické navrhovanie Dejiny architektúry a umenia II Dejiny architektúry a umenia IV Počítačová podpora projektovania

Kredity

Rok / semester štúdia

7 5 5 5 4 4 0 6 5 5 4 4 4 0

1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2.

1./2.

2 2 4 4 5 4 5 5

1./2. 1./2. 2./3. 2./3. 2./3. 2./3. 2./3. 2./3.

2./3.

3 2 4 4 4 5 5 5

2./3. 2./3. 2./4. 2./4. 2./4. 2./4. 2./4. 2./4.

2./4.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

V P P P P P P PV-4 PV-4 PV-4 V V P P P P P P PV-5 PV-5 PV-5 V V P P P P P P V P P P P P P P V

Cudzí jazyk Betónové a murované nosné sústavy Akustika a osvetlenie Architektonické konštrukcie III Technické zariadenia budov I Ateliér I Stavebné a podnikateľské právo Dejiny architektúry a umenia V Manažment prevádzky budov Pracovné prostredie Cudzí jazyk Počítačová podpora projektov TZB Oceľové a drevené nosné prvky Geodézia Architektonické konštrukcie IV Technické zariadenia budov II Ateliér II Technológie stavebných procesov Dejiny architektúry a umenia VI Environmentálne právo Vplyv stavieb na životné prostredie Cudzí jazyk Počítačová grafika a vizualizácia Oceľové a drevené nosné sústavy Architektonické konštrukcie V Technické zariadenia budov III Ateliér III Náklady a ceny Príprava a realizácia stavieb Cudzí jazyk Obnova budov Energetický audit budov Environmentálny audit budov Energia a environmentálna záťaž Ekonomika stavebníctva Interiér budov I Bakalárska práca Cudzí jazyk

2 4 4 4 4 9 2

2./4. 3./5. 3./5. 3./5. 3./5. 3./5. 3./5.

3./5.

2 3 4 4 4 4 7 4

3./5. 3./5. 3./6. 3./6. 3./6. 3./6. 3./6. 3./6.

3./6.

2 2 4 4 4 10 4 4 2 3 3 3 3 3 5 10 2

3./6. 3./6. 4./7. 4./7. 4./7. 4./7. 4./7. 4./7. 4./7. 4./8. 4./8. 4./8. 4./8. 4./8. 4./8. 4./8. 4./8.

1.2 Magisterský stupeň Absolvent programu dokáže teoreticky analyzovať, matematicko-fyzikálne modelovať, experimentálne vyšetrovať a technicky riešiť budovy, ich vnútorné prostredie ako aj techniku prostredia. Získa základné znalosti pre potreby aplikovaného a základného výskumu, návrhu budov a techniky prostredia, projektovania environmentálne bezpečných budov, pre posúdenie vplyvov na prostredie budov, modelovanie a simulovanie procesov v prostredí budov, predikcie návrhu budov a teórie navrhovania sústav techniky prostredia. Absolvent si osvojí moderné metódy experimentálneho výskumu a počítačovej simulácie spojenej s tvorbou matematicko-fyzikálnych modelov v záujme environmentálne vhodnej tvorby budov a ich prostredia. Profil absolventa dotvára učenie založené na práci na projektoch, vedenej učiteľmi individuálne alebo v tímoch. V nasledujúcej tabuľke sa nachádzajú hlavné témy – predmety, ktoré sú prednášané v magisterskom stupni štúdia.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Tab. 3) Hlavné témy prednášané v magisterskom stupni štúdia Predmet Typ* P P P P P P P P P P P PV-1 PV-1 PV-1 PV-1 PV-1 PV-1 P P P P P PV-2 PV-2 PV-2 PV-2 PV-2 PV-2 P P P P PV-3 PV-3 PV-3 PV-3 PV-3 PV-3

Kredity

Rok / semester štúdia

5 5 4 5 5 6 4 4 4 6 6

1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./1. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2. 1./2.

1./2.

4 4 4 6 6

2./3. 2./3. 2./3. 2./3. 2./3.

2./3.

4 4 4 12

2./4. 2./4. 2./4. 2./4.

2./4.

Názov Tvorba budov a prostredia Špeciálne konštrukcie budov Geotechnika Fyzika budov a prostredia Architektúra na Slovensku Architektonický ateliér I Budova a energia Fasádna architektúra Oceľ, drevo a sklo v architektúre Architektonický ateliér II Konštrukčný ateliér I Vykurovacie sústavy Chémia budov a prostredia Betónové nosné sústavy budov Špeciálne tenkostenné konštrukcie Rekonštrukcie KaD konštrukcií Rekonštrukcie BaM konštrukcií Numerická matematika a mat. štatistika Patológia budov Trvalo udržateľný koncept v architektúre Architektonický ateliér III Konštrukčný ateliér II Vetracie a klimatizačné sústavy Obnoviteľné zdroje energií Veľkorozponové konštrukcie Dopravný urbanizmus Drevené nosné sústavy Diagnostika a skúšobníctvo Environmentálne manažérstvo Interiér budov II Inteligentné budovy Diplomová práca Metodológia vedeckého experimentu Simulácie v budovách Riadenie projektov výstavby Rozpočtovanie a kalkulácie Príprava a realizácia rekonštrukcií Ekonomické informácie

1.3 Doktorandský stupeň Absolvent programu ovláda vedecké metódy teórie a tvorby konštrukcií pozemných stavieb a prostredia budov na základe získaného podrobného prehľadu o súčasnom stave riešenia problematiky u nás i v zahraničí, s dôrazom na ich environmentálne aspekty a ekonomickú efektívnosť. Orientuje sa na schopnosť jasne formulovať vedecký problém, predmet a cieľ výskumu i vývoja v oblasti konštrukčnej tvorby budov a tvorby prostredia budov a riešiť naformulovaný problém s uvedomovaním si spoločenských, etických, právnych a ekonomických súvislostí vedeckej práce. Súčasťou jeho vedomostí je aj vedecký experiment - výpočtový, laboratórny aj experiment in situ a metódy jeho vyhodnotenia. Absolvent je schopný jasne formulovať prínos výstupov z výskumu pre rozvoj vedného odboru, študijného odboru a pre stavebnú prax. 34

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Tab. 4) Organizácia štúdia v doktorandskom stupni štúdia Ročník Kód Názov predmetu predmetu Povinné teoretické predmety D-503102 Vybrané state z matematiky D-502120 Vybrané state z fyziky D-502101 Mechanika kontinua D-502122 Vybrané state z chémie Povinne voliteľný nosný odborný predmet D-502223 Teória konštrukčnej tvorby budov D-502234 Teória architektonickej tvorby D-502224 Teória tvorby prostredia budov Povinne voliteľný doplňujúci odborný predmet D-502233 Architektúra a urbanizmus D-502234 Interiér budov D-502225 Meteorológia a klimatológia D-502226 Modelovanie a simulácie D-502104 Počítačová grafika a vizualizácie D-502227 Metodológia vedeckého experimentu D-502228 Diagnostika porúch budov a prostredia D-502229 Solárna architektúra a technika D-502230 Technika prostredia budov D-502231 Environmentálne vhodné materiály D-502232 Ekologicky viazaná tvorba D-502113 Analýza vplyvu stavieb na prostredie D-502235 Fyzika budov a prostredia D-502236 Chémia budov a prostredia Výberový svetový jazyk - jazyková príprava Písomný referát k dizertačnej skúške Dizertačná skúška Príprava a podanie dizertačnej práce Seminár pred obhajobou dizertačnej práce Obhajoba dizertačnej práce Povinná vedecko-výskumná činnosť Povinná pedagogická činnosť Publikačná činnosť Odborná činnosť Spolu počet kreditov

1. v

2. k

3. k

4. k

5. k

IP/s 20 IP/s 20

IP/s 20

IP IP 30 IP IP

IP 30 IP 10 IP VV VV VV VV VV Č Č Č Č Č PČ PČ PČ PČ PČ IPČ IPČ IPČ IPČ 10 IPČ 20 OČ OČ OČ OČ 20 20 70 10 60 110 70 180

Sumárne tabuľky výročného hodnotenia doktorandov v študijných programoch jednoznačne ukazujú na úspešnejšie štúdium u študentov v dennej (internej) forme. Na rozdiel od externej formy je úspešnosť o mnoho vyššia. Prehľad o počtoch doktorandov v dennej a externej forme štúdia v študijných programoch po výročnom hodnotení v akademickom roku 2009/2010 (2010/2011) Jednotlivé značky znamenajú programy doktoradského štúdia: TTPB – teória tvorby budov a prostredia TNIS – teória navrhovania inžinierskych stavieb TTRS – teória technológie a realizácie stavieb EI – environmentálne inžinierstvo

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Tab. 5) Sumárne tabuľky výročného hodnotenia doktorandov v študijných programoch na Stavebnej fakulte TU v Košiciach Počet Počet tých, Počet ukončených ktorí prešli do vyradených Počet Denní obhajobou nadštandardnej pre doktorandi hodnotených DP (z dĺžky štúdia (z neplnenie hodnotených) hodnotených) úloh Študijný program (skratka) TTBP

Počet tých, ktorí prerušili štúdium

Počet pokračujúcich v štandardnej dĺžke štúdia

A+B+C+D+E

21(26)

0(2)

0(1)

1(0)

20(21)

TNIS

14(15)

0(0)

0(5)

1(0)

0(0)

13(10)

TTRS EI

9(9) 14(16)

1(0) 0(0)

1(0) 0(1)

0(0) 0(0)

1(1) 1(0)

6(8) 13(15)

Počet tých, ktorí prerušili štúdium

Počet pokračujúcich v štandardnej dĺžke štúdia

Počet Počet tých, Počet ukončených ktorí prešli do vyradených Počet Externí obhajobou nadštandardnej pre doktorandi hodnotených DP (z dĺžky štúdia (z neplnenie hodnotených) hodnotených) úloh Študijný program (skratka) TTBP TNIS TTRS EI

A+B+C+D+E

7(7) 2(3)

0(0) 0(0)

0(1) 0(0)

3(0) 0(0)

1(0) 0(0)

3(6) 2(3)

6(8) 8(7)

0(1) 0(1)

0(0) 0(1)

0(0) 1(0)

1(0) 0(1)

5(7) 7(4)

ZÁVER

Príspevok je informatívny a podáva obraz o stave vzdelávacej činnosti v odbore pozemné stavby a aktivít spojených s touto činnosťou na Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach v súčasnom období. Literatura [1] KATUNSKÝ, D. et al. Správa o činnosti Ústavu pozemného staviteľstva za rok 2011. interná publikácia spracovaná v januári 2012, SvF TUKE Košice 2012 [2] KVOČÁK,V.-KATUNSKÝ, D.-KOZLOVSKÁ, M.-VRANAYOVÁ, Z Správa o činnosti Stavebnej fakulty TU v Košiciach za rok 2011, interná publikácia, spracovaná v marci 2012, SvF TUKE Košice 2012 [3] SvF TUKE. Akreditačný spis k akreditácii štúdia v odbore pozemné stavby na SvF TU v Košiciach, TU Košice, máj 2011. [4] SvF TUKE Študijný program Stavebnej fakulty TU v Košiciach na akademický rok 2011 – 2012, TU Košice, august 2011.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

AKTUÁLNY STAV VEDECKO-VÝSKUMNEJ ČINNOSTI NA ÚSTAVE POZEMNÉHO STAVITEĽSTVA SVF TU V KOŠICIACH RESEARCH AND SCIENTIFIC ACTIVITIES AT THE INSTITUTE OF ARCHITECTURAL ENGINEERING OF THE CE FACULTY OF TU KOŠICE IN PRESENT TIME Dušan Katunský, Martin Lopušniak, Miloslav Bagoňa, Marián Vertaľ, František Vranay1

Abstract The topic of the contribution is description of research and scientific activities at the Institute of architectural engineering of the Faculty of Civil Engineering of Technical University of Kosice in present time.

Key words research target, scientific results, scientific conferences, 1

ÚVOD

Súčasný stav vedecko-výskumnej činnosti na Ústave pozemného staviteľstva sa odvíja od toho, že od polovice minulého roka na Stavenej fakulte TU v Košiciach vznikol ÚPS ako nový ústav s tromi staronovými katedrami a to KAKB, KFB a KTZB. Všetky tri katedry sú profilujúcimi katedrami rozvoja odboru pozemné stavby a s tým súvisia aktivity vo vedeckovýskumnej činnosti fakulty. Predmetom tohto príspevku je podať obraz a informovať o aktuálnom stave v tejto oblasti na ústave.

1.1 Výskumné úlohy V súčasnosti je stav v riešení výskumných projektov na ÚPS SvF TUKE nasledovný: Riešené projekty VEGA Typ a číslo projektu: VEGA 1/1060/11 Názov projektu: Monitorovanie zmien fyzikálnych parametrov obalových konštrukcií budov za kvázi - stacionárneho stavu pri dynamických zmenách vonkajšieho prostredia Vedúci projektu: prof. Ing. Dušan Katunský, PhD. Doba riešenia: 2011 - 2013 Typ a číslo projektu: VEGA 1/0976/11 Názov projektu: Výskum a vývoj novej generácie systémov kvázi plno-solárneho zásobovania budov teplom Vedúci projektu: doc. Ing. Ladislav Böszörményi, PhD. Doba riešenia: 2011 - 2013 Typ a číslo projektu: VEGA 1/0748/11 Názov projektu: Teoretická a experimentálna analýza sústav techniky prostredia v súvislosti s ich znečistením pri efektívnom využití obnoviteľ. zdrojov Vedúci projektu: doc. Ing. Danica Košičanová, PhD. 1

Dušan Katunský, prof., M. Lopušniak, PhD., M. Bagoňa, PhD., M. Vertaľ, PhD., F. Vranay, PhD., Ústav pozemného staviteľstva, Stavebná fakulta TU, Vysokoškolská 4, 040 12 SK-Košice, dusan.katunsky@tuke.sk 37

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Doba riešenia:

2011 – 2014

Typ a číslo projektu: VEGA 1/0450/12 Názov projektu: Výskum energetickej bilancie hospodárenia s dažďovou vodou v budovách miest budúcnosti Vedúci projektu: doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD. Doba riešenia: 2011 – 2014 Projekty APVV – bilaterálna spolupráca Typ a číslo projektu: APVV Slovensko–rumunská medzivládna vedecko-technická spolupráca Identifikačné číslo: SR-RO_0010-10 Názov projektu: Energetická hospodárnosť vetracieho systému Vedúci projektu: Ing. Peter Kapalo, PhD. Doba riešenia: 2011 - 2012 Štrukturálne fondy EÚ Typ a číslo projektu: OPVaV-2009/2.2/01-SORO, Prenos poznatkov a technológií získaných výskumom a vývojom do praxe Názov projektu: Architektonické, konštrukčné, technologické a ekonomické aspekty navrhovania energeticky efektívnych budov Projektový manažér: prof. Ing. Dušan Katunský, PhD. Koordinátor: Ing. Martin Lopušniak, PhD. Doba riešenia: 2010 – 2012 Typ a číslo projektu: ITMS kód projektu: 26110230018 Názov projektu: Balík inovatívnych prvkov pre reformu vzdelávania na TUKE Vedúci projektu: prof. Ing. Pavel Raschman, CSc. Podporná aktivita Riadenie projektu: doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD. - koordinátor odborných činností, ktorými sa na aktivitách podieľa SvF Doba riešenia: 2010 – 12/2012 Výsledky projektu: 6 zamestnanci z ústavu sa v rámci aktivity 1.1 Inovácia študijných programov s využitím IKT a 1.4 Vytváranie študijných programov vo svetovom jazyku pre podporu medzinárodnej spolupráce a mobility podieľali na vypracovaní e-learningových materiálov v slovenskom a anglickom jazyku a ich inštalácii na portál moodle TUKE. Typ a číslo projektu: ITMS kód projektu: 26220120018 Názov projektu: Podpora centra excelentného integrovaného výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov, a technológií výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov a technológií Projektový manažér: prof. Ing. Stanislav Kmeť, CSc. Špecifické ciele: v rokoch 2009 až 2011 (ako CE I) o Špecifický cieľ 1: Podpora excelentného výskumu progresívnych nosných stavebných konštrukcií s dôrazom na materiály a technológie so strategickým významom pre ďalší rozvoj hospodárstva a spoločnosti (ÚIS) o Špecifický cieľ 2: Podpora excelentného výskumu konštrukcií inteligentných budov s dôrazom na kvalitu života pri zabezpečení energetickej hospodárnosti a environmentálnej prijateľnosti (ÚPS)

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Doba riešenia:

o Špecifický cieľ 3: Podpora excelentného výskumu environmentálnych technológií s dôrazom na progresívne materiály pre potreby udržateľného rozvoja hospodárstva a spoločnosti (ÚEI) o Špecifický cieľ 4: Podpora vývoja IKT pre výskum efektívnosti stavebných konštrukcií, materiálov a technológií s dôrazom na zvýšenie konkurenčnej schopnosti ekonomiky (ÚTMS) 2009-2011

Typ a číslo projektu: ITMS kód projektu: 26220120037 Názov projektu: Centrum excelentného výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov a technológií Projektový manažér: prof. Ing. Stanislav Kmeť, CSc. Špecifické ciele: v rokoch 2011 až 2013 (ako CE II.) • Špecifický cieľ 1: Zaťažovací systém pre staticko - dynamické a únavové skúšky nosných konštrukcií (ÚIS) • Špecifický cieľ 2: Výskum súčinnosti fyzikálnych, chemických a biologických zložiek konštrukcií a prostredia budov. (ÚPS) • Špecifický cieľ 3: Podpora výskumu v oblasti vývoja trvalo udržateľných stavebných materiálov (ÚEI) • Špecifický cieľ 4: Laboratórium digitálneho výskumu stavebných konštrukcií pomocou virtuálnej reality (ÚTMS) Doba riešenia: 2011-2013 Typ a číslo projektu: OP Výskum a vývoj, ITMS kód projektu: 26220220064 Názov: Centrum výskumu účinnosti integrácie kombinovaných systémov obnoviteľných zdrojov energií - VUKONZE. Vedúci projektu: prof. Ing. Juraj Sinay, PhD. doc. Ing. Ladislav Böszorményi, PhD. – koordinátor odborných činností, ktorými sa na aktivitách podieľa SvF Doba riešenia: 2010-2012 Iné projekty Typ a číslo projektu: 7 FP, Grant agreement no.: 229747 Názov: The Cross Border Knowledge Bridge in the Renewable Energy Sources Cluster in the East Slovakia and North Hungary – KNOWBRIDGE Vedúci projektu: Ing. Peter Ťapák, KSK doc. Ing. Ladislav Böszorményi, PhD. – zodpovedný za čiastkovú úlohu Doba riešenia: 2010-2012 Typ a číslo projektu: Aktion Österiech-Slowakei, 2009-10-150005 Názov projektu: Bewertung von Energiebilanz und Umweltschutz von Bausystemen in Abhängigkeit von der Konstruktionsweise und Qualität der Baumaterialien Vedúci projektu: Ing. Miloslav Bagoňa, PhD. Doba riešenia: 2009-2012 Typ a číslo projektu: Názov projektu: Vedúci projektu: Doba riešenia:

Visegrad fund (Strategický projekt Višehradského fondu) Riešenie zelených striech v krajinách V4 prof. Ing. Dušan Katunský, PhD. – Ing. Stanislav Tóth, PhD. 2010-2012 39

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Ukončené projekty v roku 2011 a 2012 Typ a číslo projektu: VEGA 1/0079/10 Názov projektu: Inteligentné budovy pre administratívu a súvisiace indoor technológie pri využití obnoviteľných zdrojov energie Vedúci projektu: doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD. Doba riešenia: 2010 – 12/2011 Typ a číslo projektu: VEGA 1/0188/10 Názov projektu: Výskum environmentálnych aspektov a určujúcich ukazovateľov hodnotenia budov Vedúci projektu: prof. Ing. Ingrid Šenitková, PhD. Doba riešenia: 2010-2011 Podané projekty: Projekty APVV – verejná výzva Typ a číslo projektu: APVV-0235-11 Názov projektu: Implementácia konceptu trvalej udržateľnosti do procesu revitalizácie existujúceho fondu objektov základných škôl Vedúci projektu: Ing. Martin Kováč, PhD. Typ a číslo projektu: APVV-0103-11 Názov projektu: Výskum potenciálu zdokonaľovania v nestacionárnych podmienkach Vedúci projektu: prof. Ing. Dušan Katunský, PhD.

budov

pri

navrhovaní

Typ a číslo projektu: KEGA Názov projektu: Vypracovanie koncepcie transformácie edukačného procesu so zameraním na tvorbu študijných programov orientovaných na zelenú architektúru budov a ich prostredia Vedúci projektu: prof. Ing. Ingrid Šenitková, PhD. Typ a číslo projektu: VEGA 1/0293/13 Názov projektu: Výskum kompromisu určujúcich a zdravého prostredia Vedúci projektu: prof. Ing. Ingrid Šenitková, PhD. Doba riešenia: 2013-2017

parametrov

zelených

budov

Typ a číslo projektu: VEGA 1/0653/13 Názov projektu: Teoretická, experimentálna a numerická analýza pri konštrukčnej tvorbe prevetrávaných vzduchových podláh Vedúci projektu: doc. Ing. Anna Sedláková, PhD. Doba riešenia: 2013-2017

1.2 Laboratórium ÚPS V súčasnosti je budované laboratórium ÚPS, ktoré pozostáva z viacerých častí (pozri schéma na obrázku), t.j.: Ø časť sa nachádza priamo v exteriéri, v areáli TUKE (vystavené klimatickým podmienkam Košíc). 40

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Ø druhá časť v interiéri (v suteréne budovy SvF TUKE) – pri simulovanom stave vnútorného a vonkajšieho prostredia (prípadne dvoch odlišných prostredí s možnosťou diagnostiky nielen fyzikálnych zložiek ale aj chemických znečisťujúcich prvkov v jednotlivých prostrediach (in,ex) Ø prípadne mobilné laboratórne vybavenie umožňujúce diagnostiku priamo in situ

Obr. 1) Schéma prepojenia jednotlivých častí laboratória ÚPS

Obr. 3) Schéma prenosu dát medzi komorami

Obr. 2) Experimentálne laboratórne vybavenie

Obr. 4) Pohľad do priestoru laboratória ÚPS

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

1.3 Vedecko-odborné podujatia V ostatnom období boli organizované nasledovné podujatia: Názov podujatia

Odborný garant

Seminár doktorandov 2011 Ústavu budov a prostredia

prof. Ing. I. Šenitková, PhD. prof. RNDr. N. Števulová, PhD.

Poruchy a obnova obalových konštrukcií budov – 11

prof. Ing. Dušan Katunský, PhD.

Convention for the Solution of Problems of Green Roofs” for the prof. Ing. Dušan Katunský, PhD. Visegrad Strategic Program Cassotherm 2011 - 3. ročník vedecko-odbornej konferencie s Elsewa, s.r.o. Manažér správy budov Odborný kurz organizovaný v spolupráci s V.O.Č. SLOVAKIA 13. International Scientific conference Cureent issues of Civil and Environmental Engineering in Košice, Ľvov and Rzeszów Young Scientist 2011 3th PhD Students Conference of Civil Engineering and Architecture Seminár doktorandov 2012 v odboroch PS a EI Poruchy a obnova obalových konštrukcií budov – 12 IX. medzinárodná vedecká konferencia k 35. výročiu založenia SvF TU v Košiciach Young Scientist 2012 4th PhD Students Conference of Civil Engineering and Architecture

doc. Ing. Danica Košičanová, PhD.

Dátum Počet miesto účastníkov konania 09.02 - 10.02. 50 Košice 13.04.- 15.04. Vysoké Tatry, 41 Podbanské 15.04.2011 Vysoké Tatry, 41 Podbanské 25.05.- 27.05. Vysoké Tatry, 30 Tatranská Javorina 01 – 02/2011 21 Modra 09 -10/2011 27 Slovenský Raj

prof. Ing. Dušan Katunský, PhD. doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD.

07.09.- 09.09. 2011 Herľany

doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD.

05.04.- 07.04. Herľany

prof. Ing. D. Katunský, PhD. prof. RNDr. N. Števulová, PhD.

09.02 - 10.02. 2012, Košice 07.03.- 09.03. 2012, Vysoké Tatry, Podbanské 23.25.05.2012 Košice

prof. Ing. Dušan Katunský, PhD.

Kolektív

doc. Ing. Zuzana Vranayová, PhD.

256

25.05.2012 Košice

1.4 Konferencia k 35. výročiu založenia SvF TU Konferencia bola organizovaná v dňoch 22. až 25. mája 2012 s týmto programom: Ø 22. máj 2012 - Stretnutie vedení SvF SR a ČR Ø 23. máj 2012 - Slávnostná vedecká rada Ø 24. máj 2012 - IX. Medzinárodná vedecká konferencia SvF TUKE Ø 25. máj 2012 - Mladý vedec 2012 – 4. Medzinárodná doktorandská konferencia 42

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 5) Pohľad na účastníkov stretnutia vedení SvF

Obr. 6) Slávnostné zasadnutie VR SvF TUKE

Konferencia bola organizovaná v nasledovných sekciách s celkovým počtom účastníkov 256, z toho 192 domácich a 64 zahraničných: Sekcia:

Účastníci 256

1 - Pozemné stavby a architektúra

2 - Technické zariadenia budov

3 - Inžinierske konštrukcie a dopravné stavby

4 - Environmentálne a materiálové inžinierstvo

5 - Technológia a manažment v stavebníctve

6 - Aplikovaná matematika a geometria

7 – Mladý vedec

Publikované príspevky:

Príspevky 285

•

IX. medzinárodná vedecká konferencia: (Zborník na CD)

169

•

Mladý vedec: (Zborník na CD)

116

Obr. 7) Pohľad na rokovanie IX. vedeckej konferencie v máji 2012

Obr. 8) Slávnostné odovzdávanie cien na konferencii Mladý vedec 2012

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

1.5 Publikačné aktivity V ostatnom období (za rok 2011) je publikačná činnosť ústavu ÚPS po katedrách nasledovná: KFB

KTZB

Spolu ÚPS

0,0

1,4

0,35

lektori

docenti odborní asistenti

profesori

0,0 0,0 1,0 1,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,34 0,0 1,0 1,34 0,0 0,0 2,34 0,4 0,0 0,0 0,4 0,0 0,0 0,35 0,35 0,0 1,2 0,9 2,1 0,0 0,35 3,2

0,0

Spolu KFB

ACB - vysok. učebnica v DV FAI - red. a zost.práce Publikácie v dotačnej skupine A2

docenti odborní asistenti

2,5

profesori

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,0 2,5 0,0 0,0

docenti odborní asistenti

AAA - vedecká mon. v ZV Publikácie v dotačnej skupine A1

Kategória publikácie

profesori

doktorandi

Spolu KTZB

KAKB Spolu KAKB

Pracovisko

2,5 0,0 0,0

3,44 0,0 0,35 5,54

ADC - ved.práce v zahr. CC

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 0,0 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Publikácie v dotačnej skupine B 0,0 0,7 0,0 0,0 0,0 ADE - ved.práce v Z časop. ADF -ved. práce v D časop. AEC -ved. práce v Z rec. zbor. AED - ved. práce v D rec. zbor. AFA - pozv.prísp. na Z ved. konf. AFB - pozv.prísp. na D ved. konf. AFC - prísp. na Z ved.konf. AFD - prísp. na D ved.konf. AFG – abstr. zo Z konf. BDF – odb. práce v D časop. BED – odb. práce v D rec. zbor.

0,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,65 2,79 0,0 0,25 0,00

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

2,19 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,45 4,28 0,0 0,75 0,0

Publikácie v dotačnej skupine C AFK – postery zo Z konf. 0,0 0,0 0,0 BEF – odb. práce v D nerec. zbor. 0,0 0,0 0,0 DAI – dizert. a habilitačné práce 0,0 0,0 0,0 Publikácie v skupine D Spolu za pracoviská

2,69 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,1 7,07 0,0 1,0 0,0

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

0,0 1,5 0,0 0,0 0,0 0,0 2,5 3,0 0,0 0,0 0,0

1,19 3,73 0,0 0,0 0,0 0,0 5,85 6,99 0,0 0,25 0,0

16,86 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 18,26

1,19 5,23 0,0 0,0 0,0 0,0 8,35 9,99 0,0 0,25 0,0

0,6 2,84 1,83 5,27 0,0 3,8 7,8 11,6 0,0 0,5 0,0 0,5 0,0 0,34 0,33 0,67 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,3 1,0 2,3 1,9 6,32 9,84 18,06 5,45 6,79 12,2 24,44 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 3,49 3,99 0,0 0,5 0,5 1,0 25,01 67,83 0,0 0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 26,06

2,5

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

0,7 0,7

5,23 14,38 4,55 25,38 1,0 0,5 0,33 1,0 0,0 0,0 3,0 0,7 12,0 40,51 63,2 104,7 1,0 1,0 6,15 11,39 1,0 0,0 93,66 203,36

0,4 0,0 1,6 2,0 0,0 0,0 2,0 0,0 0,0 4,4 0,0 1,6

1,6 2,0 2,0 6,0

78,17 0,0 95,61 218,1

2 ZÁVER Príspevok je informatívny a podáva obraz o stave riešenia vedecko-výskumnej činnosti a aktivít spojených s touto činnosťou na Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty TU v Košiciach v súčasnom období. Literatúra [1] KATUNSKÝ, D. et al. Správa o činnosti Ústavu pozemného staviteľstva za rok 2011. interná publikácia spracovaná v januári 2012, SvF TUKE Košice 2012 [2] KVOČÁK,V.-KATUNSKÝ, D.-KOZLOVSKÁ, M.-VRANAYOVÁ, Z Správa o činnosti Stavebnej fakulty TU v Košiciach za rok 2011, interná publikácia, spracovaná v marci 2012, SvF TUKE Košice 2012 [3] KVOČÁK,V. et al.. 35- th Anniversary of the Founding of the Faculty of Civil Engineering, 1.vydanie, TU Košice, máj 2012. ISBN: 978-80-553-0922-4

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

VLIV TEPELNĚ AKUMULAČNÍCH MODULŮ NA VNITŘNÍ MIKROKLIMA V TESTOVACÍ MÍSTNOSTI INFLUENCE OF HEAT STORAGE MODULES ON THE INDOOR ENVIRONMNET IN TEST ROOM Tomáš Klubal1, Milan Ostrý2

Abstract The paper shows possibility how to improve thermal comfort and thermal stability in summer. The phase change materials (PCMs) used as latent heat storage media can absorb the building cooling load during the day and thus improve thermal comfort in a room or a building. The system was installed from experimentally produced boards with plaster. Plaster is modified by PCMs. We combine this structural material with capillary tubes to generate an active cooling device. Detailed investigation is performed in the test rooms for comparative measurements. Passive cooling based on the latent heat storage technology can contribute to the energy and cost savings during summer season.

Key words Capilary tubes – kapilární rohože; gypsum plaster – sádrová omítka; phase change materials (PCMs) – materiály s fázovou změnou; comparative measurements – komparativní měření; microcapsules – mikro kapsle; latent heat – latentní teplo 1

ÚVOD

V současné době je zřejmý trend snižování nákladů na provoz budov. Energetická provozní náročnost budovy je složena především z vytápění, chlazení, větrání, osvětlení a ohřevu teplé vody. Zatímco potřeba energie na vytápění je snižována izolací obálky budovy, sofistikovaným návrhem otopných soustav a větracích zařízení, tak pro chlazení interiéru budov je stále často používáno klimatizační zařízení, které je energeticky náročné. Alternativou ke klimatizačnímu zařízení mohou být systémy pasivního chlazení. Tyto systémy v sobě mohou mít integrovány materiály s fázovou změnou (PCMs), pomocí kterých se navýší tepelně akumulační kapacita stavebních konstrukcí o schopnost akumulace latentního tepla. Tento přístup je vhodné uplatnit především u lehkých staveb (dřevostaveb) s malou tepelně akumulační kapacitou a u moderních prosklených kancelářských objektů s vysokou tepelnou zátěží v letním období. 2

MATERIÁLY S FÁZOVOU ZMĚNOU (PCMs)

Základní rozdělení PCMs je na organické a anorganické materiály. Organické materiály, jejichž hlavním představitelem jsou parafíny, se vyznačují chemickou a tepelnou stabilitou, nemají korozivní účinky, jsou hořlavé a mají nižší tepelnou vodivost než anorganické materiály. Jejich reprezentantem jsou hydráty solí, které mají vysokou entalpii fázové změny, jsou nehořlavé, avšak mají korozivní účinky a problémem je i fázová separace a přechlazování. 1

Tomáš Klubal, Ing., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 95, 602 00 Brno, klubal.t@fce.vutbr.cz 2 Milan Ostrý, Ing., Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 95, 602 00 Brno, ostry.m@fce.vutbr.cz 45

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Skupenská přeměna, vhodná pro využití ve stavebnictví, je z pevné látky na kapalinu a naopak. Z tohoto důvodu je nutné řešit zapouzdření materiálu. Materiál obalu musí být kompatibilní s PCMs a tepelně vodivý pro co nejkratší časový interval přenosu tepla z důvodu nabíjení a vybíjení. Jednou z variant je mikro zapouzdření (peletky v řádech mikrometrů), které je výhodné pro snadnou manipulaci a aplikaci do nějaké matrice (např. omítka). 3

PRAKTICKÉ A EXPERIMENTÁLNÍ REALIZACE

Jedním ze zkoumaných systémů pasivního chlazení je modifikovaná omítka s PMCs, které jsou aktivovány uzavřeným okruhem chladící vody. Tento přístup k vybíjení akumulované tepelné energie negativně neovlivňuje vnitřní prostředí na rozdíl od vybíjení pomocí intenzivního větrání, při kterém proudící vzduch omezuje komfort pobytu osob v místnosti.

3.1 Praktická realizace Jedna z aplikací omítkové směsi s PCMs byla provedena v roce 2008 ve Fraunhoferu ISE. Zde byly omítnuty stropy pěti kanceláří o celkové ploše 100 m2. Byla použita omítka od firmy Maxit v tloušťce 30mm, s 20% hmotnosti PCM. V rámci projektu "PCM-Aktiv" byla omítka kombinována s kapilárními rohožemi, které generovaly aktivní chlazení [1]. Bohužel chybí srovnání s referenční místností, aby bylo zřejmé, do jaké míry příměs PCMs v omítce ovlivní interní mikroklima.

3.2 Experimentální realizace Na ústavu pozemního stavitelství FAST VUT v Brně, jsou v půdním prostoru umístěny dvě místnosti pro komparativní měření. Obě místnosti mají totožnou geometrii, skladbu obalových konstrukcí a orientaci ke světovým stranám. Do experimentální místnosti byla umístěna sestava tepelně akumulačních modulů. Jednotlivé panely jsou složeny z podkladní vrstvy z recyklovaných nápojových kartonů, vrstvy pěnového polystyrenu tloušťky 30 mm a modifikované omítky tloušťky 10 mm. Použitá omítka není komerčně dodávaná. Byla vytvořena ve spolupráci s výrobcem omítkových směsí LB CEMIX s.r.o. Jedná se o sádrovou omítku s přídavkem mikro zapouzdřeného parafínu MICRONAL DS 5008X, který zaujímá 30 hm.% z celkové hmotnosti směsi. Pro aktivaci PCMs jsou do panelu osazeny kapilární rohože. V úrovni vrstvy pěnového polystyrenu jsou na spodní a horní straně vytvořeny drážky pro umístění přívodního a odvodního potrubí, mezi kterými je umístěna osnova kapilárních trubiček, které jsou následně zaomítány modifikovanou omítkou. Na konci každého segmentu přívodního potrubí a zpátečky je osazeno kovové šroubení pro připojení sousedního modulu. Přívodní a odvodní potrubí je přes rozdělovač a sběrač připojeno na jednotku, která je schopna generovat potřebný chladící výkon. Takto sestavené panely jsou instalovány na boční stěny, šikmý a vodorovný podhled v ploše 17 m2. Výměna vzduchu v experimentální i referenční místnosti byla zajištěna po celé sledované období otevřenými střešními okny ve ventilační poloze. 4

VÝSLEDKY A DISKUZE

Komparativní měření účinků systému kapilárního chlazení doplněného o tepelně akumulační vrstvu s obsahem PCMs bylo provedeno v červenci a srpnu 2012. Byl sledován vliv na vnitřní mikroklima při různých způsobech nastavení řízení kapilárního chlazení.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

4.1 Aktivace PCMs během nočních hodin Ve sledovaném období pracoval systém v následujícím režimu: v nočním období 01:0001:45 a 03:00-03:30 byla spouštěna chladící jednotka z důvodu aktivace akumulované energie v PCMs pomocí chladící vody v kapilárních rohožích. Jiným aktivním způsobem nebyla teplota v místnosti během dne ovlivňována. Integrované PCMs a 1,25 hodinové noční chlazení snížili teplotu v místnosti během denních teplotních maxim o 4 až 5 °C (Graf. 1).

Graf. 1) Průběhy operativních teplot v testovacích místnostech ve dnech 6.7. -8. 7. 2012

4.2 Aktivace PCMs během nočních hodin a dochlazování během dne Ve sledovaném období pracoval systém v následujícím režimu: pomocí časovače byl povolen provoz chladící jednotky v čase 0:00-5.00 a 7:00-22:00. V tomto režimu byla jednotka navíc řízena termostatem tak, že v čase 1:00-2:00 a 3:00-4:00 bylo nastaveno chlazení do 20 °C, z důvodu aktivace akumulované energie v PCMs. V ostatních časových úsecích se chladící jednotka spouštěla při dosažení teploty 26,5 °C a vychlazovala interiér místnosti na teplotu 25,5 °C, kdy se znovu vypnula. Při tomto nastavení je průběh teploty v experimentální místnosti udržen mezi 21-27 °C a denní maximum je sníženo až o 7,5 °C (Graf. 2).

Graf. 2) Průběhy operativních teplot v testovacích místnostech ve dnech 5.8. -7. 8. 2012 47

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

4.3 Aktivace PCMs přirozenou konvekcí vzduchu Ve sledovaném období bylo PCMs aktivováno přirozenou konvekcí vzduchu (chladící jednotka vypnuta). V období, kdy teplota během nočních hodin klesne pod teplotní rozsah fázové přeměny PCMs, není s aktivací akumulačního média problém. Takto je možné snížit teplotu v místnosti během dne o 1,5-2 °C (Graf. 3). Jestliže teplota v nočních hodinách neklesne nebo klesne na krátký časový úsek pod teplotní rozsah fázové přeměny, PCMs se zcela neaktivuje a následující den má sníženou tepelně akumulační kapacitu.

Graf. 3) Průběhy operativních teplot v testovacích místnostech ve dnech 17.8. -19. 8. 2012

ZÁVĚR

Pasivní chlazení je jedním ze způsobů jak snížit spotřebu energie na chlazení. Instalovaný systém dokáže díky nastaveným režimům reagovat na venkovní tepelné podmínky a tak snížit maximální denní teplotu až o 7,5 °C. V období, kdy teplota klesne pod teplotní rozsah skupenské přeměny a aktivace probíhá bez aktivního chladícího zařízení, je i bez spotřebování elektrické energie dosaženo snížení teploty o 1,5-2,0 °C. Zkoumaný systém kombinuje materiál s fázovou změnou ve formě mikro pelet, které jsou rozptýlené v sádrové omítce a kapilární chlazení pro jejich aktivaci, jehož sekundárním efektem je samozřejmě také přímé vychlazení místnosti. Systém primárně přenáší spotřebu elektrické energie do nočních hodin, do doby nízkého tarifu. Časový interval, kdy je elektrická energie ze sítě odebírána, je navíc nepoměrně kratší než u klimatizace. Je třeba konstatovat, že systém neumí zajistit konstantní teplotu v interiéru, ale dokáže udržet stav mikroklimatu v požadovaném teplotním rozsahu. 6

PODĚKOVÁNÍ

Příspěvek vznikl s pomocí grantového projektu GAČR P104/12/1838 „Využití akumulace latentního tepla materiály s fázovou změnou pro snížení spotřeby primární energie v budovách“ a s finanční pomocí EU „OP Výzkum a vývoj pro inovace“, projekt reg.č. CZ.1.05/2.1.00/03.0097, v rámci činnosti regionálního Centra AdMaS „Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“. Literatura [1] Haussmann, T; Schosig, P; Grossmann, L. Experiences with lowex PCM chilled ceilings in demonstration buildings. In 8th IIR Conference on Phase Change Materials and Slurries for Refrigeration and Air Conditioning 2009 : PCM 2009. Karlsruhe : Fraunhofer ISE, 2009. 48

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

ANALÝZA PODSTREŠNÝCH PRIESTOROV HISTORICKÝCH KROVOV ANALYSIS OF HISTORICAL TRUSSES UNDER-ROOF SPACES Renáta Korenková1

Abstract Pitched roofs of historic buildings are often with historic wooden roof trusses. Under-roof space of these buildings are mostly unused, non-residential. In terms of conservation, care of the historic roof structure in an effort to extend its service life (in Slovakia are the oldest known historical rafters of the 13th century), it is necessary to examine the microclimate impact of under-roof space on the wooden roof structures. The proper functioning of underroof space is influenced by a number of boundary conditions, solution details at the end of the roof, the roof crosses the plane, roof plane quarries etc. Important role in ensuring adequate moisture conditions is under-roof space ventilation.

Key words Under-roof space, historical truss, venting holes, wooden structures, humidity Podstrešný priestor, historický krov, vetracie otvory, drevená konštrukcia, vlhkosť 1

INTRODUCTION

Podkrovné priestory v stredoeurópskom kultúrnom okruhu sú od ostatných priestorov budovy oddelené stropom. Výskum v oblasti podstrešných priestorov historických krovov je zameraný na sledovanie a analyzovanie mikroklímy s cieľom dosiahnuť zachovanie historickej konštrukcie pre ďalšie generácie. V snahe dosiahnuť udržateľnosť stavu je analyzovaný vplyv vlhkosti vzduchu na vlhkosť drevených konštrukčných prvkov (predchádzanie vzniku kritických vlhkostných stavov). Vlhkosť vzduchu v podstrešnom priestore je významne ovplyvňovaná schémou prevetrávania daného priestoru. Okrajové podmienky zohľadňované pri analýze: vonkajší vzduch – teplota, relatívna vlhkosť vzduchu; vietor, dážď, nadmorská výška, lokalizácia; vnútorný vzduch – teplota, relatívna vlhkosť, prúdenie vzduchu. 2

PODSTREŠNÝ PRIESTOR

V plošnom výskume historických krovov Slovenska bolo doteraz skúmaných okolo 400 historických krovov v regiónoch Kysúc, Turca, Oravy, Liptova, čiastočne Horného Ponitria a Gemeru. Každý krov bol dokumentovaný (skreslenie, popisy, fotodokumentácia) a v každom krove bol taktiež zaznamenaný spôsob prevetrávania podstrešného priestoru, resp. boli zaznamenané všetky otvory ovplyvňujúce pohyb vzduchu v podstrešnom priestore. Otvory s podstatným vplyvom pre prúdenie vzduchu sú zaznamenané na obr. 1). Sú to otvory: otvor B - otvory v najnižšej časti strechy v tvare úzkej štrbiny v mieste odkvapu, otvor C - otvory v štítových stenách (zväčša otvorené do exteriéru), 1

Renáta Korenková,Ing., PhD., Department of Building structures and urban planning, Faculty of Civil Engineering, University of Žilina, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovakia. Phone: 00421 41 513 5708, Fax: 00421 41 513 5510, E-mail: renata.korenkova@fstav.utc.sk 49

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

otvor D - otvory v šikmej strešnej rovine (strešné okná – zväčša zatvorené), otvor E - otvory v šikmej strešnej rovine (vikiere – zväčša zatvorené), otvor F - otvory v najvyššej časti strechy (sanktusniky), otvor G - otvor v najvyššej časti strechy (hrebeňový vetrák, priebežný), otvor H – otvory v najnižšej časti strechy veľkých rozmerov – otvorená časť pri pomúrnici. F G

I C D

B S A

Obr. 1) Otvory do podstrešného priestoru krovu podstatné pre pohyb vzduchu v priestore.

Význam pre pohyb vzduchu v podstrešnom priestore majú taktiež rôzne netesnosti – napr. v napojení štítovej steny a strešnej roviny, pri hrebeni, pri odkvape, v strešnej rovine alebo pri rôznych prestupoch cez strešnú rovinu, napr. pri komíne. Taktiež otvory pre prístup do krovu, ktoré môžu byť v rovine zvislej, najčastejšie z veže, alebo tiež v rovine vodorovnej. Tu rozdeľujeme otvory na: L - otvorený v stene; M - zatvorený v stene; N - otvorený v strope; O - zatvorený v strope; P - zatvorený v stene a utesnený. Nezanedbateľný vplyv mávajú tiež otvory vo vrcholoch klenieb najmä v kostoloch (napr. na uchytenie svietidla) – označenie S. Ďalším faktorom s určitou významnosťou je typ rozdelenia podstrešného priestoru. Vo väčšine prípadov sú jednotlivé krovy prepojené, napr. krov nad hlavnou loďou je prepojený s krovom nad svätyňou prípadne sakristiou. Toto prepojenie môže byť realizované buď otvorom v stene alebo môže ísť o tzv. úplné prepojenie (členený pôdorys). Na základe rozdelenia a kombinácií jednotlivých otvorov môžeme charakterizovať základné typy prevetrávacích schém podstrešných priestorov historických krovov. Tieto priestory môžeme rozdeliť na rôzne typy podľa druhu existujúcich otvorov – podľa obr. 2): typ a - bez otvorov pre prívod resp. odvádzanie vzduchu typ b – kombinácie otvorov v najnižšej a najvyššej časti krovu – strechy (BHFG) typ c - kombinácie typu b a otvorov v štítových stenách (BHFG C) typ d - kombinácie typu b a otvorov v strešnej rovine (BHFG DE) typ e – kombinácie všetkých otvorov (BCDEFGH)

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

typ a

B(H)

typ b (BHFG)

C E

B(H)

B(H) B(H)

typ c (BHFG C)

B(H)

B(H) typ d (BHFG DE)

Obr. 2) Základné typy prevetrávacích schém podstrešných priestorov (typ e je charakterizovaný na obr. 1)

ZASTÚPENIE JEDNOTLIVÝCH TYPOV PODSTREŠNÝCH PRIESTOROV

Na základe spracovania informácií o vybraných skúmaných krovoch zo spomínaných regiónov (v počte 200 krovov) bolo vyhodnotené zastúpenie jednotlivých typov prevetrávacích schém podstrešných priestorov, prípadne otvorov do týchto priestorov v historických krovoch. Z tohto vyhodnotenia vyplýva, že najväčšie zastúpenie má práve priestor bez prívodu či odvádzania vzduchu z podstrešia – obr. 4). Najmenšie zastúpenie majú krovy s privádzaním vzduchu v najnižšom mieste (pri odkvape) a odvádzanie vzduchu v najvyššom mieste.

Obr. 3) Vľavo zastúpenie jednotlivých vetracích otvorov vo vybraných skúmaných krovoch (vzorka 200 historických krovov), vpravo zastúpenie počtu skúmaných krovov výlučne len s jedným typom otvoru.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 4) Zastúpenie jednotlivých typov vetracích schém podstrešných priestorov historických krovov vo vzorke skúmaných krovov.

4 ZÁVER

Strechy historických objektov často podliehajú obnove. Dochádza tým k oprave rôznych nedostatkov a eliminuje sa zatekanie. Častým nedostatkom je veľakrát nedôsledný návrh výmeny krytiny bez projektovej dokumentácie. O tom svedčí aj „paradoxné“ zastúpenie prevetrávacích schém podstrešných priestorov historických krovov – obr. 4). Pri nevhodnom návrhu (príp. realizácii) vetrania podstrešného priestoru sa vytvárajú vhodné podmienky pre zvyšovanie vlhkosti v podstreší, čo vedie k znižovaniu trvanlivosti, resp. životnosti pre nás teraz už vzácnych konštrukcií. Z realizovaných stavebno-technických prieskumov na týchto krovoch vyplýva závislosť medzi biotickým poškodením drevenej konštrukcie (rozsah a lokalizácia) a spôsobom prevetrávania podstrešného priestoru. Samozrejme treba vziať do úvahy aj to, že najväčšie problémy konštrukcií striech spôsobuje zatekajúca vlhkosť. K zatekaniu dochádza vplyvom starnutia materiálov krytiny, nevhodne a nesprávne riešených detailov krytiny (prestupy strešnou rovinou, lomy strešných rovín...), nesprávne riešených detailov všetkých vrstiev v strešnom plášti (napr. nesprávne ukončenie podstrešnej fólie pri odkvape...). Skúsenosti zo stavebno-technických prieskumov drevených konštrukcií ukazujú, že biotické poškodenie krovov nad vykurovanými obytnými časťami vidieckych domov býva podstatne intenzívnejšie ako u susedných stodôl s krovmi rovnakého veku, ktoré však v zimnom období premŕzajú v celom rozsahu a navyše bývajú spravidla dostatočne prevetrávané alebo dokonca čiastočne otvorené. Preto je nevyhnutné venovať sanáciám historických krovov dostatočnú pozornosť. This contribution is the result of the project implementation: "Support of Research and Development for Centre of Excellence in Transport Engineering" (ITMS: 26220120031) supported by the Research & Development Operational Programme funded by the ERDF. Literatura [1] SUCHÝ, L. a kol.: Historické krovy v regiónoch Oravy a Kysúc. Knižná publikácia. Vydal M. Gibala KNM 2010. ISBN: 978-80-970171-1-8

[2] SUCHÝ, L. a kol: Historické krovy sakrálnych stavieb Turca. Žilina: ŽU v Žiline - SvF - KPSaU, 2008, ISBN 978-80-965547-9-7

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

STAVEBNO HISTORICKÝ PRIESKUM KROVOV NAD KLÁŠTORNÝM KOSTOL SV. PETRA Z ALKANTARY STRUCTURAL AND HISTORICAL RESEARCH OF TRUSSES ABOVE MINSTER ST. PETER OF ALCANTARA Peter Krušinský1, Renáta Korenková2, Zuzana Grúňová3, Lubor Suchý4

Abstract The complex of the Franciscan monastery in Okolicne consists of the church of St. Peter of Alcantara and four-winged monastery convent. In the monastery complex are maintained the unique trusses structure which deserve particular attention. The current Roman Catholic parish church of St. Peter of Alcantara is oriented sacral building with with lateral situated high square tower. The church consists of three main spaces - trenave hall, sanctuary and chapel on the north side. Church was completed in the 90. years of 15th century with monumetnal roofs and primary historical trusses, which were dendrochronology dated in 2009.

Key words monastery complex, historic trusses, rafter-collar beam construction, kláštorny komplex, historické krovy, krokvovo-hambálkova konštrukcia 1

ÚVOD

Rímskokatolícky kostol sv. Petra z Alkantary je orientovanou sakrálnou stavbou, s postranne situovanou vysokou hranolovou vežou. Samotný kostol tvoria tri hlavné priestory – halové trojlodie, svätyňa a na severnej strane kaplnka. Kostol, ktorý bol dokončený v 90. rokoch 15. storočia je dodnes ukončený monumentálnymi strechami, s primárnymi historickými krovovými konštrukciami. Súčasne s výstavbou kostola na konci 15. storočia založili aj františkánsky kláštor. Okolo roku 1700 prebiehali v komplexe rekonštrukčné práce po ktorích ich dovŕšení stal objekt rezidenciou. Františkánom patril kláštor aj v priebehu 19. storočia a tvoril súčasť salvatoriánskej rádovej provincie. [1] 2

KROVY NAD KLÁŠTORNÝM KOSTOLOM SV. PETRA Z ALKANTARY

2.1 Krov nad loďou Krov nad loďou kostola so strmou sedlovou strechou ukončenou na západnej strane polvalbou, je jednou z najväčších neskoro-stredovekích konštrukcií svojho druhu na území Slovenska. Dendrochronologicky boli konštrukčné prvky krovu datované do rokov 1488/89d a 1489/1490d (datovaných 9 prvkov). Spomínaný krov z konštrukčno-typologického hľadiska môžeme zaradiť k vyspelým historickým krokvovým hambalkovým konštrukciám. V pozdĺžnom smere je viazaný centrálnou hrebeňovou stolicou a na severnej aj južnej strane má jednu laterálnu stolicu. Štvoretážový krov má tri úrovne hambalkov. V plných priečnych väzbách ho tvoria väzné trámy, do koncov ktorých sú čapované krokvy. V osi každej plnej 1 2 3

Peter Krušinský, Ing. arch., PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1, 01026, Žilina, krusop@fstav.uniza.sk Renáta Korenková, Ing., PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1, 01026, Žilina, renata.korenkova@fstav.uniza.sk Zuzana Grúňová, Ing. arch., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1, 01026, Žilina, zuzana.grunova@fstav.uniza.sk Lubor Suchý Ing., Krajský pamiatkový úrad - Prešov, Hlavná 115, Prešov, lubor.suchymail.com 53

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

väzby je stĺpik, ktorý prechádzajúci do vrcholu. Postranné stĺpiky dosadajú na prahové trámy a ukončené sú priebežnými väznicami pod koncami prvých hambalkov. Priečne väzby dopĺňajú klasové a šikmé vysoké vzpery a pár nevysokých pätných vzpier. Medziľahlé väzby tvoria väzné trámy s krokvami a hambalkami, ktoré navzájom po stranách stužia šikmé vzpery. (Obr. 1,2)y Krov je v pozdĺžnom smere viazaný centrálnou stojatou stolicou so sústavou stĺpikov, medzi ktorými sú horizontálne rozpery a systém ondrejských krížov, situovaných v dvoch výškových úrovniach. Výraznejšia obnova krovu bola realizovaná v rokoch 1903-04, kedy boli posilnené spodné časti plných väzieb systémom obojstranných klieštin.

Obr. 1) Škica vývojovej analýzi krovu

Obr. 2) Krov nad loďou kostola

2.2 Krov nad kaplnkou Krov nad severnou kaplnkou vztýčený rovnako ako krov nad loďou na prelome 80. a 90. rokov 15. storočia (1488/89d – datované 2 prvky) má rozpätie takmer identické s výškou, sklon strešných rovín 64°. Na severnej strane je ukončený valbou so sklonom 70°. Podobne ako krov nad trojlodím sa jedná o pôvodnú hambalkovú konštrukciu, pod hrebeňom pozdĺžne viazanú centrálnou stojatou stolicou a laterálnymi stolicami v 1. výškovej úrovni. Stĺpiky 54

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

podporujú krátke pätné vzpery plátované do väzného trámu. Zároveň vysoké podkrokvové vzpery, takmer rovnobežné s krokvami, vynášajú pod hrebeňom centrálny stĺpik. Pár diagonálnych (klasových) vzpier, symetricky vychádzajúcich z centrálneho stĺpika pod 1. hambalkom, ktorý pretínajú a pokračujú do krokiev pod koncami 2. hambalku, stuží každú plnú väzbu. Pozdĺžne viaže krov sústava pätných vzpier a dlhých diagonálnych vzpier v tvare tzv. ondrejských krížov medzi centrálnymi stĺpikmi. Horizontálne rozpery sú medzi stĺpikmi situované vždy bezprostredne pod priečne orientovanými hambalkami. (Obr. 3)

Obr. 3) Krov nad severnou kaplnkou

2.3 Krov nad svätyňou Krov nad svätyňou je zo všetkých troch zachovaných neskorostredovekých tesárskych konštrukcií najmenším a najmladším 1499/00d, typologicky obdobný. Krov je ukončený trojbokou valbou nad polygonálnym záverom presbytéria. Konštrukcia je krokvová s dvoma hambalkami, viazaná centrálnou stojatou stolicou. Plné priečne väzby sú doplnené o vysoké pätné vzpery medzi väznými trámami i krokvami a medzi väznými trámami a stĺpikmi. Vzpery pri stĺpikoch dopĺňajú a pretínajú vysoké klasové vzpery vytvárajúce systém asymetrických ondrejských krížov. (Obr. 4)

Obr. 4) Krov nad svätyňou

Obr. 5) Tesárska značka väzby č. 27

TESÁRSKE ZNAČKY

Všetky tri krovy majú prvky kresané. Jednotlivé spoje, kde prevláda tradičné kryté aj nekryté rybinové plátovanie a čapovanie, sú fixované drevenými kolíkmi. Prvky v základných uzloch (spojoch) sú signované tesárskymi značkami, ktoré sú sekané sekerou (priečne väzby), 55

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

prípadne doplnené dlátom v pozdĺžnom smere (stolice). Prvky sú číslované od západu, zo strany ich „nakladania“ tradičnými čiarovými zásekmi (I, II, III,....) až po symboly, resp. piktogramy. Väzba číslo 27, kde je pridaný k týmto znakom dva šikmé záseky / (2), ktoré pripomínajú „chvostík“. Vzájomné spojenie uvedených symbolov ≠ ∩ / je číselným vyjadrením 20+5+2= 27. (Obr. 5) 4

AKTUÁLNY STAVEBNO-TECHNICKÝ STAV

V skúmaných krovoch sme počas stavebno-historického výskumu na základe vizuálnej prehliadky identifikovali a zdokumentovali miesta poškodenia drevených prvkov a realizovaných sanačných úprav. Merali sme fyzikálne charakteristiky podstrešného priestoru a vytipovaných drevených prvkov primárne v krove nad svätyňou. V čase stavebno-historického výskumu bol stav plášťa v krove nad svätyňou v nevyhovujúcom stave. V celej rovine strešného plášťa boli viditeľné škáry a netesnosti, degradované prestupy strešnou konštrukciou, styky strešnej roviny so štítovou stenou. Spomínané poruchy zapričiňovali zatekanie s následným vlhnutím prvkov krovu, čo zapríčinilo poškodenie hnilobou a plesňami v miestach stykov drevených prvkov a muriva (pomúrnice, väzné trámy v kapsách). Nameraná vlhkosť prostredia sa pohybovala v rozmedzí 45 – 63 % a teplota 18 - 35 °C. Rýchlosť prúdenia vzduchu sa pohybovala v rozmedzí 0,2 1,2 m/s čomu zodpovedala aj vlhkosť drevených konštrukcií na úrovni približne 14 %. Vzhľadom na dlhodobé poškodenie krovov, kde boli hnilobou napadnuté pomúrnice, konce väzných trámov, krokiev, novšie klieštiny, bolo nutné vykonať komplexnú obnovu, ktorá bola realizovaná v roku 2010 a 2011. V rámci rekonštrukcie všetky poškodené prvky boli vymenené, spevnené formou protéz a príložiek, opravené poškodené spoje, zhlavia krokiev a väzných trámov. Zdvojená pomúrnica bola vzhľadom na rozsiahlu degradáciu vymenená takmer po celom obvode objektu. Pri realizácii sanačných úprav boli použité tesárske spoje stabilizované oceľovými svorníkmi. Nové prvky krovu boli opatrené ochranným náterom. Krytina bola vymenená aj s latovaním, pod ktoré bola umiestnená poistná hydroizolácia. 5

ZÁVER

Spomínané krovy z konštrukčno-typologického hľadiska môžeme zaradiť k vyspelým historickým krokvovým hambalkovým konštrukciám, typické pre dané obdobie. Svojou veľkosťou, ale aj historickou hodnotou ich môžme radiť hneď za krovmi nad trojlodim Katedrály sv. Martina v Bratislave (1439d) a Katedrály sv. Martina V Spišskej Kapitule (1468d). Krov nad svätyňou je zo všetkých troch zachovaných neskorostredovekých tesárskych konštrukcií najmenším, typologicky však príbuzným. Zároveň je najmladším z triády uvedených konštrukcií, datovaný do rokov zoťatia použitých drevín 1499/00d. Literatúra [1] Slovenská národná knižnica, Archív literatúry a umenia, f. Salvatoriánska provincia, Acta capitularia, sign. RHKS 451; Liber rationum conventus Okolicsnensis, sign. RHKS 458. MV SR, ŠAB, f. LŽ I., i. č. 958, k. 681.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

INTEGROVANÝ NÁVRH PROGRESIVNÍCH STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ, TVŮRČÍ A INOVAČNÍ PŘÍSTUP INTEGRATED DESIGN ADVANCED STRUCTURES, CREATIVE AND INNOVATIVE APPROACH Darja Kubečková1

Abstract This paper focuses on the integrated design of structures and buildings, with a view to building energy concept by the applicable legislation. Particular attention is paid to structures and buildings in areas with increased industrial activity and conversions.

Keywords Research; Innovations; Constructions; Integration; Design; Industry area; (Inovace; Konstrukce; Integrace, Návrh; Industriální plocha) 1 INTEGROVANÝ NÁVRH KONSTRUKCÍ

Integrovaný návrh progresivních stavebních konstrukcí a budov je nedílnou součástí udržitelné výstavby budov. Podstata integrovaného návrhu zahrnuje základní kritéria, kritéria je nutné zohlednit nejen při návrhu nových stavebních konstrukcí a budov, ale i při rekonstrukcích a sanacích. Problematika integrace návrhu stavebních konstrukcí se dotýká všech druhů staveb, ať jsou to stavby bytové, stavby občanského vybavení města, či stavby průmyslové. Určité specifikum představuje integrovaný návrh stavebních konstrukcí na územích postižených průmyslovou činností. Tato území jsou v mnoha případech určena ke konverzím, ať již z důvodů kulturně společenských, historických, či jiných.[1]. Integrace návrhu progresivních stavebních konstrukcí zahrnuje kritéria: •

environmentální;

•

sociální, společenská a kulturní;

•

ekonomická.

Problematika integrovaného návrhu konstrukcí a budov byla v letech 2005-2011 řešena na Fakultě stavební VŠB-Technické univerzitě Ostrava, Katedře pozemního stavitelství, v rámci výzkumného centra CIDEAS (Centrum integrovaného navrhování www.cideas.cz). Hlavním nositelem progresivních stavebních konstrukcí; projektu byla Fakulta stavební ČVUT v Praze. Podstatou výzkumného centra, kromě řešení řady výzkumných úkolů, bylo propojit průmyslovou sféru s vysokým technickým školstvím v České republice, celkově přispět k inovačnímu a tvůrčímu prostředí.

1 Darja Kubečková, prof., Ing., Ph.D.; VŠB-TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra pozemního stavitelství, L. Podéště 1875, 708 33 Ostrava-Poruba, e-mail: darja.kubeckova@vsb.cz, T: +420 596991306, M: +420 603730762

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

2 INTEGRACE A HODNOCENÍ KONSTRUKCE

2.1

Integrovaný návrh konstrukce

Integrovaný návrh konstrukce a budovy znamená propojit technická kriteria s kritérii společenskými, kulturními a ekonomickými. Integrace těchto kritérií vede k uplatnění principů udržitelné výstavby. 2.2

Kritérium environmentální

Kritérium environmentální, kromě řady dalších, souvisí s problematikou energetické účinnosti staveb, efektivním využitím surovin a materiálů, recyklací materiálů, využíváním alternativních zdrojů pro vytápění, úsporou pitné vody, ochranou přírodních zdrojů. Patřičnou péči při integrovaném návrhu konstrukce a budovy jako celku, je potřeba věnovat energetické problematice. Energetické a environmentální hodnocení budov se stalo v poslední době důležitým prvkem v oblasti navrhování budov [3], [4], [8], [9]. Zpřísňování požadavků na budovy a jejich hodnocení je způsobeno růstem cen energií a tlakem společnosti na snižování energetické náročnosti budov v důsledku zlepšování kvality životního prostředí. Hodnocení budov z pohledu tepelné techniky [7], vývoje normových a legislativních požadavků v České republice, zaznamenalo od roku 1950 značný vývoj. Problematiku dokumentuje Tab. 1, Tab. 2. (vývoj hodnot pro hodnocení konstrukce „vnější stěna/stěna“). Tab. 1)

Tab.1) Tabulka vývoje normových požadavků v letech 1950-2002 Období

UN [W.m2.K-1] součinitel prostupu tepla (ČSN 73 0540) Hodnota

Tab. 2) Tab.2) konstrukce)

Konstrukce

1963-1979

1.45

Vnější stěna

1979-1994

0.90

Vnější stěna

1994-2002

0.46

Vnější stěna

Tabulka vývoje normových požadavků v letech 2002-2011 (podle typu vnější UN [W.m2.K-1] součinitel prostupu tepla Hodnota požadovaná (ČSN 73 0540) Období

Hodnota vnější konstrukce podle typu lehká / těžká

Konstrukce lehká

2.3

Konstrukce těžká

2002-2007

0.30

0.38

2007-2011

0.30

0.38

Kritérium sociální, společenské a kulturní

Při uplatnění zásad integrovaného návrhu konstrukcí a budov hraje nemalou roli kritérium sociální, společenské a kulturní. Každé prostředí, každá kultura a společnost mají svá specifika, která se v návrhu odrážejí. 2.4

Kritérium ekonomické

Jednou z variant při posuzování ekonomického kriteria při navrhování konstrukcí a budov je uplatnění vícekriteriálního rozhodování [2]. Vícekriteriální rozhodování vzniká všude tam, kde rozhodovatel hodnotí důsledky své volby dle několika kritérií, a to kritérií kvantitativních, která se zpravidla vyjadřují v přirozených stupnicích (zpravidla se jedná o 58

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

číselná kritéria) nebo kritéria kvalitativní, kdy zavádíme vhodnou stupnici a současně definujeme směr hodnocení, to znamená, zda je lepší maximální nebo minimální hodnota [6]. Mechanismus vícekriteriálního rozhodování spočívá: •

V sestavení hodnotícího schématu z vybraných kritérií;

•

Přiřazení váhy ke každému kritériu podle stupně významu;

•

Ve výsledku, kdy výsledkem je tabulkové, bodové schéma, ve kterém jsou subjekty seřazeny podle dosažené hodnoty, tak zvané účelové funkce;

•

Formulace

vícekriteriálního

rozhodovacího

f 1(aj), f 2(aj), f 3(aj),.........fa(aj) → max,aj ∈ A

procesu (1)

dána vztahem: (1)

Vícekriteriálního hodnocení bylo využito při sestavení hodnotícího modelu pro posuzování budov na industriálních územích [3], [6]. 3 PROBLEMATIKA INDUSTRIÁLNÍCH SÍDEL

Území postižená zvýšenou průmyslovou činností (hutnictví, energetika, těžba nerostných surovin, chemický průmysl, koksovny) představují v České republice významný problém zejména z hlediska řešení škod nejen vlastního území, ale i budov, které se na tomto území nacházejí. K industriálním územím a budovám na těchto územích lze přistupovat z nejrůznějších pohledů. Jak uvádí B. Fragner, restrukturalizace průmyslu a útlumové programy po roce 1990, střídání vlastníků průmyslových objektů a areálů, současně radikální proměna hodnotových kritérií a technický vývoj a potřeba rehabilitovat životní prostření otevřely diskusi „jak dál s průmyslovým dědictvím“. U budov na postiženém území je nutné definovat jejich prostorovou, architektonickou, památkovou kvalitu a v neposlední řadě i ekonomickou zátěž, kterou tyto budovy přinášejí. Problematika udržitelné výstavby [4] je tak daleko rozsáhlejší a zahrnuje řadu subkritérií, které je nutné vyřešit (jedná se například o vlivy poddolování v důsledku důlní hlubinné těžby nerostných surovin, kontaminace půdy, problematika metanu). Budovy, které částečně nebo zcela pozbyly svoji původní funkci z nejrůznějších důvodů snadněji a rychle podléhají zkáze, okolí zatěžují fyzicky i ekonomicky. V rámci řešení výzkumného úkolu bylo pro území postižené zvýšenou průmyslovou činností a budovy nacházející se na těchto územích zavedeno hodnocení stavebně energetické koncepce budov. Hodnocení vycházelo ze současné platné legislativy a cílů společnosti, mezi které patří u budov nových i budov rekonstruovaných a sanovaných přijímat taková stavebně technická a stavebně energetická opatření, která vedou k úsporám energie. Zohlednění nové stavebně energetické koncepce budov na územích se zvýšenou průmyslovou činností tak vede k úsporám energie, což je v souladu s cíli energetické koncepce nejen České republiky, ale i všech zemí Evropské unie. Současně jsou systematicky plněny požadavky vyjádřené ve Směrnici o energetické náročnosti budovy (EPBD I. a II.). Promyšlená stavebně energetická koncepce přispívá k tomu, že vlastní modernizace a sanace budov na územích se zvýšenou průmyslovou činností vede k dosažení kvalitního energetického standardu, zohledňnuje integrovaný návrh konstrukcí a přispívá k principům udržitelné výstavby [3], [4]. Na modelovém příkladu byla hodnocena lokalita ostravsko-karvinského regionu. Jedná se o region, který je postižen hlubinným dobýváním černého uhlí a zaujímá rozlohu více jak 178 km2. Na této industriální ploše se nachází řada budov, které jsou určeny ke konverzím [5]. 59

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Celkově bylo hodnoceno vybraných pět budov v různém konstrukčním systému a materiálovém řešení; posléze, na základě dosažených výsledků, byl vytvořen metodický postup pro hodnocení budov industriálních sídel určených ke konverzím [3]. Metodický postup klade patřičný důraz na novou stavebně energetickou koncepci. Metodiku hodnocení budov, stavebně energetickou koncepci, současně definováni zásad využitelnosti budov dokumentuje Obr.1, Obr. 2 a Obr.3.

Obr. 1)

Obr.1) Metodika hodnocení budov industriálních sídel

Obr. 2)

Obr.2) Metodika hodnocení budov industriálních sídel, návrh energetické koncepce

Obr. 3)

Obr.3) Postup při návrhu energetických opatření

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 4)

Obr.4) Postup při návrhu energetických opatření, schéma modelu

V metodice hodnocení budov bylo použito hodnotícího nástroje Obr. 4, který využívá vícekriteriálního hodnocení variant [6]. U modelových situací lze kombinovat řadu faktorů, lze zahrnout normové a také legislativní požadavky. Faktory jsou navíc ovlivněny dalšími proměnnými jako například návratnost vložené investice, náklady na opatření, životnost provedeného opatření, úspora energie, náklady na provoz. Výsledkem při uplatnění hodnotícího nástroje je získání informací o získaných úsporách, míře těchto úspor a efektivnosti přijatých opatření, informace o nákladech na úspory vzhledem k objemu budovy, míře úspor vzhledem k objemu budovy, efektivnosti. Hodnotící nástroj zahrnuje počet budov b (b1-b9), přijatá opatření, která vedou k úsporám O (O1-O9), váhy opatření v (v1-v9) a celkové úspory U (U1-U5) se zohledněním váhy úspor u (u1-u5). U hodnocení jsou všechny hodnoty transformovány vícekriteriální analýzou. 4 STUDIUM, VÝZKUM, PRAXE, PEDAGOGIKA

Z výsledků práce činnosti centra CIDEAS je zřejmé, že kromě řady výstupů z oblasti vědy, výzkumu a inovací, centrum přineslo podporu zejména pro mladé a talentové studenty, kteří v rámci svých doktorských studií zpracovávali aktuální témata doktorských disertačních prací v oblasti stavebnictví. V rámci zavedeného vysokoškolského třístupňového systému vzdělávání v České republice byl podpořen zejména třetí vzdělávací stupeň, tj. doktorské studium.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

PODĚKOVÁNÍ

Centrum CIDEAS bylo financováno z prostředků MŠMT, projekt č. 1M0579. V současné době je vědecko-výzkumná problematika v této oblasti rozvíjena a podporována projektem Tvorba a internacionalizace špičkových vědeckých týmů a zvyšování jejich excelence na Fakultě stavební VŠB-TU Ostrava, OPVK, CZ 1.07/2.300/20.0013 (2011-2013). Literatura [1] D. Kubečková, K. Kubenková, Z. Galda, P. Oravec, “Defining principles for use of buildings in industrial sites in term sof heat and eneregy aspects. Method used for the assessment of buildings,” Technical sheets 2010. Technical sheets of results. 1.2.3.1-P1 CIDEAS, 2010. pp. 63-64. [2] D. Kubečková, K. Kubenková, M. Hamala, M. Kozáková, “Using multi-criterion analysis and assessment tool,” Technical sheets 2010. Technical sheets of results. 1.2.3.1-P2 CIDEAS, 2010. pp. 6667. [3] D. Kubečková, Z. Galda, Z., K. Kubenková, “Technical Sheets 2005, 2006, 2007, 2008, part 1.2.3.1 Building and energy concepts of regenerated buildings in areas with intensive industrial activities”, Czech Technical University, Prague, www.cideas.cz, ISBN 978-80-01-03892-5. [4] Z. Galda, K. Kubenková, “Interaction of power engineering and living enviroment in the Czech Republic”, Topical Issues of Rational Use of Natural Resources, Sankt Peterburg state Mining institute, Russia, pp. 86-91. ISSN 0135-3500. [5] Z. Galda, Z., K. Kubenková, “Housing stock in the Czech Republic – Maintenance and modernization”, ENHR conference Sustainable Urban Areas, Rotterdam, TU Delft, Holland, ISBN 978-90-812015-1-3. [6] D. Kubečková, J. Ramik, “Hodnotící model pro hodnocení budov industriálních ploch z hlediska stavebně energetické koncepce”, VŠB – Technical University, Faculty of Civil Engineering, Ostrava, CIDEAS centre, Department of Structures, 2008. [7] ČSN 730540 (Czech Technical Standard), Thermal protection of buildings. [8] Directive No. 2002/91/EEC on energy performance of buildings [9] Agenda 21 pro udržitelnou výstavbu. CIB Report Publication 237. ČVUT Praha, 2001. ISBN 80-0102497-9.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

MATEMATICKÉ ROZHODOVÁNÍ PŘI VÝBĚRU NÁSTAVEB MATHEMATICAL DECISION AT SELECTION OF PENTHOUSES Václav Kupilík1

Abstrakt Designers are jointed the situations at penthouses of existing buildings when they must decisive according to different factors or criteria. These situations can be so complicated sometimes that they tempt to solution by the method of discussion to fatigue. We can prevent it by application of mathematics on the basis of mathematical modelling. The selection of optimum variant is the result of this access. This variant reminds often non-identified at the solution by bare intuition and discussion.

Abstrakt Při nástavbách stávajících objektů jsou projektanti postaveni do situací, kdy musí rozhodovat podle různých faktorů nebo kritérií. Tyto situace mohou být někdy tak složité, že svádějí k řešení metodou diskuze až do únavy. Tomu můžeme zabránit použitím matematiky na základě matematického modelování. Výsledkem tohoto přístupu je výběr optimální varianty, která při řešení pouhou intuicí a diskuzí zůstává často neidentifikována.

Key words Sequence method, point method, method of criteria-couple comparison, Fuller triangle, quantitative method of criteria-couple comparison, Saaty matrix, mathematical modelling.

Klíčová slova Metoda pořadí, bodovací metoda, metoda párového srovnání kritérií, Fullerův trojúhelník, metoda kvantitativního párového srovnání kritérií, Saatyho matice, matematické modelování, 1…METODY SE ZÁKLADNÍ INFORMACÍ O KRITÉRIÍCH

Řada metod vícekriteriálního hodnocení variant vyžaduje základní informaci o relativní důležitosti kritérií, kterou lze vyjádřit pomocí vektoru vah kritérií ν = (ν1, ν2,…, νk),

∑

ν i = 1, νi ≥ 0

i =1

(1)

Čím je důležitost kritéria větší, tím je větší i jeho váha. Získat od uživatele přímo hodnoty vah je velmi obtížné, avšak existují metody, které na základě jednodušších subjektivních informací od uživatele konstruují odhady vah. 2 ROZHODOVÁNÍ O KRITÉRIÍCH VE FORMĚ VAH

Forma vah patří mezi nejčastější používané modely preference mezi kritérii. Zahrnuje následující metody: Metoda pořadí Uspořádaným kritériím jsou přiřazena čísla (body) k, k-1,…1. Nejdůležitějšímu kritériu je přiřazeno číslo k (počet kritérií), druhému nejdůležitějšímu k-1, až nejméně důležitému kritériu číslo 1. Obecně je i-tému kritériu přiřazeno číslo bi.

Václav Kupilík, Doc.Ing.CSc., ČVUT – Fakulta stavební, katedra KPS, Thákurova 7, 166 29 Praha 6 – Dejvice e-mail:vaclav.kupilik@volny.cz 63

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Bodovací metoda Tento způsob předpokládá schopnost uživatele kvantitativně ohodnotit důležitost kritérií. Pro zvolenou stupnici musí uživatel ohodnotit i-té kritérium hodnotou bi ležící v dané stupnici (např.bi ε > 0, 100 <). Čím je kritérium důležitější, tím je bodové ohodnocení vyšší. Metoda párového srovnání kritérií Tento typ používá pro odhad vah jen informace, které ze 2 kritérií je při párovém srovnání důležitější. Uživatel postupně srovnává každá 2 kritéria mezi sebou, takže počet srovnání je

( )

 k  k k −1 N =   = (2) 2 2 Srovnání se provádět v tzv.Fullerově trojúhelníku. Kritéria se pevně očíslují pořadovými čísly 1, 2, …, k. Uživateli se předloží trojúhelníkové schéma, jehož dvojřádky tvoří dvojice pořadových čísel uspořádaných tak, že se každá dvojice kritérií vyskytuje právě 1x. Uživatel je požádán, aby např.zakroužkováním označil u každé dvojice to kritérium, které považuje za důležitější. Počet zakroužkování i-tého kritéria lze označit ni. Váha i-tého kritéria se vypočte podle následujícího vzorce νi =

ni N

i = 1, 2, …,k

(3)

Metoda kvantitativního párového srovnání kritérií Při tvorbě párových srovnání S = (sij), i,j = 1, 2, …, k, se často používá stupnice 1, 2,…, 9 a reciproké hodnoty. Prvky matice sij reprezentují odhady podílu vah i-tého a j-tého kritéria: sij ≈

vi vj

i ,j = 1, 2,…,k.

Tato matice se označuje jako Saatyho matice. Pro prvky matice s platí: sij = 1 i = 1, 2,…, k (4) sji = 1 / sij i,j = 1, 2,…, k (5) Metoda váženého součtu Metoda váženého součtu vychází z lineární funkce užitku. Je možno vytvořit normalizovanou kriteriální matici R = (rij), jejíž prvky získáme z kriteriální matice Y = (yij) pomocí transformačního vzorce rij =

Yij − D j H j − Dj

(6)

kde hodnoty Dj, resp.Hj představují min. resp, max. preferovanou hodnotu daného kritéria. Výše uvedená matice již představuje matici hodnot užitku z i-té varianty podle j-tého kritéria. Podle vzorce.(6) lze lineárně transformovat kriteriální hodnoty tak, že rij ε<0, 1>, Dj odpovídá hodnota 0 a Hj hodnota 1. Při použití aditivního tvaru vícekriteriální funkce užitku potom užitek z varianty ai je roven vztahu (7). Varianta, která dosáhne max. hodnoty užitku je pak vybrána jako nejlepší; ostatní varianty lze uspořádat podle klesajících hodnot užitku. u (ai ) = ∑ j =1 v j .r j k

(7)

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

3 VÝBĚR NEJLEPŠÍ VARIANTY PRO NÁSTAVBU NA PRAKTICKÉM PŘÍKLADĚ

Uvažuje se o výběru nejlepší varianty ze 6 stávajících obytných domů a1, a2, a3, a4, a5, a6 pro účely nástavby, které se hodnotí podle šesti kritérií: f1 – stávající počet nadzemních podlaží [podlaží] (min) f2 – získaná užitková plocha [m2] (max) f3 – naměřená objemová aktivita radonu [kBq.m-3] (min) f4 – dovolené užitné zatížení stropu posledního stávajícího podlaží [kN.m-2] (max) f5 – vlhkost suterénních stěn [%] (min) f6 – náklady na rekonstrukci navazujících sanitárních instalací [tisíce Kč] (min) Výchozí kriteriální matice Y: f1 f2 f3 f4 f5 f6 (min) (max) (min) (min) (min) (max) a1 a2 a3 a4 a5 a6

3 4 5 6 8 9

190 250 310 420 380 350

125 50 35 70 25 0

90 110 180 150 200 160

6 10 15 12 0 5

300 210 0 510 450 150

Upravená kriteriální matice má potom tvar:

Kriteriální matice se upraví na tvar, kdy všechna kritéria budou maximalizační. Pro minimalizační kritéria určíme nejhorší hodnoty: f1 = 9; f3 = 125; f5 = 15; f6 = 510 Od těchto hodnot se odečtou kriteriální hodnoty dané varianty. Tím se převede ohodnocení variant podle minimalizačního kritéria na ohodnocení, o kolik jsou varianty lepší než nejhorší varianta, a tím na maximalizační kritérium.

f1 f2 f3 f4 f5 f6 (min) (max) (min) (min) (min) (max) a1 a2 a3 a4 a5 a6

6 5 4 3 1 0

190 250 310 420 380 350

0 75 90 55 100 125

90 110 180 150 200 160

9 5 0 3 15 10

210 300 510 0 60 360

H = (6; 420; 125; 200; 15; 510) D = (0; 190; 0; 90; 0; 0 ) Nyní je třeba stanovit váhy jednotlivých kritérií. K tomu lze použít několik metod.

Metoda pořadí Uživatel stanovil pořadí důležitosti kritérií a podle tohoto pořadí byly kritériím přiřazeny hodnoty 6 až 1, jejichž součet je 21. Váhy byly určeny na dvě desetinná místa. Kritéria f1 Hodnoty 2 Váhy 0,09

f2 5 0,24

f3 3 0,14

f4 6 0,29

f5 1 0,05

f6 4 0,19

Metoda bodovací Uživatel ohodnotil kritéria podle bodovací stupnice ε >0, 100<. Celkem rozdělil 335 bodů (35 + 80 + 50 + 90 + 20 + 60). Metoda párového srovnání kritérií Uživatel vyplnil údaje ve Fullerově trojúhelníku a z těchto údajů byly vypočteny váhy.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

1 2

1 3 2 3

1 4 2 4 3 4

1 5 2 5 3 5 4 5

1 6 2 6 3 6 4 6 5 6

n1 = 1 n2 = 4 n3 = 2 n4 = 5 n5 = 0 n6 = 3

v1 = 0,07 v2 = 0,27 v3 = 0,13 v4 = 0,33 v5 = 0 v6 = 0,20

N = 15

Σ = 1,00

Metoda kvantitativního párového srovnání kritérií Uživatel vyplnil Saatyho matici a byly vypočteny váhy za použití následujícího označení: f1

0,56 0,08 2,14 0,31 0,73 0,12 1,3 0,19 0,66 0,1 1,35 0,2 6,74 1,0 Jak je patrné z předchozích výběrů vah, jednotlivé metody ve výsledcích nejsou zcela stejné. Z výše uvedených metod patří metoda kvantitativního srovnání k nejfrektovanějším a nejspolehlivějším. Při výběru vah získaných pomocí Saatyho matice lze potom podle vzorců (6) a (7) určit celkové hodnoty užitku jednotlivých variant ze sloupcové matice u(ai):

f1 f2 f3 f4 f5 f6

1 4 2 4 1/2 2

1/4 1 1/3 1 1/4 1/2

1/2 3 1 3 1/2 3

1/4 1 1/3 1 5 1/2

2 4 2 1/5 1 4

1/2 2 1/3 2 1/4 1

f1 f2 f3 f4 f5 f6 (min) (max) (min) (min) (min) (max) a1 a2 a3 a4 a5 a6

1 0 0,83 0,26 0,67 0,52 0,5 1 0,17 0,83 0 0,70 v = ( 0,08; 0,31;

0 0,60 0,72 0,44 0,80 1 0,12;

0 0,18 0,82 0,55 1 0,64 0,19;

0,6 0,33 0 0,2 1 0,67

0,41 0,59 1 0 0,12 0,71

1/32 96. 4/27 24/5 5/64 6

u(ai ) 0,22 0,39 0,58 0,53 0,68 0,67

0,10; 0,20 )

4 ZÁVĚR

Maximální hodnoty užitku dosahuje varianta a5 a těsně za ní varianta a6. Uspořádáním variant podle hodnot užitku dostáváme pořadí a5, a6, a3, a4, a2, a1.

Literatura [1] Fiala, P., Jablonský, J., Maňas,M.:Vícekriteriální rozhodování, VŠE, Praha, 1994 [2] Kupilík, V.: Optimální výběr tržní ceny bytu matematickým modelováním, Stavební aktuality, 29, 1996, č.6, str.30 – 34, ISSN 0323-2107

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

LARGE-SCALE RESIDENTIAL BUILDINGS RENOVATION IN SLOVAKIA ROZSIAHLA OBNOVA BYTOVÝCH DOMOV NA SLOVENSKU Katarína Minarovičová1

Abstrac Several years "boom" of large-scale housing renovation in Slovakia has been resulted in colour, shape and material diversity of facade structural elements. Constructional and technical requirements on residential buildings have significantly changed, as well as demands on flats equipment and aesthetic quality of the building and surrounding urban space. However, in current efforts of dwelling´s renovation it has become more important to improve the energy performance of the building. The paper presents selected aspects of residential buildings renovation related to their facade components.

Key words renovation, residential buildings, facade obnova, bytový dom, fasáda

INTRODUCTION

Energy efficient renovation had been widely accepted as the best solution for out-dated dwelling buildings in all EU countries. Apartment buildings have the potential to be lucrative investments. Several years "boom" of large-scale housing renovation in Slovakia (in many cases reduced to a house insulation) has been resulted in colour, shape and material diversity of facade structural elements (balconies, loggias, canopies, cantilevers, cornices and others). Our prefabs have no other choice due to service life of structures related to safe operation. They need static system disorders removal, building envelope thermal insulation,openings replacing, heating and plumbing system updating according to required energy efficiency and economically efficient operation, hygiene and comfort housing. Apartment owners decide on the quality of renovation – through the choice of designer and contractor and with the assistance of a care-taker, who may not be independent. Currently, there are several tools to support and improve the quality of the comprehensive renewal of housing stock, particularly in terms of financial and legislative. Housing Development Program provides subsidies in order to eliminate system failures of residential buildings. This aid is used especially for renovation of residential buildings built with panel technology. The Government program of thermal insulation was created as a new tool for energy consumption of buildings for housing. The program reduced the impact of the economic crisis by creating new jobs or maintaining the existing ones. Other government supported programs as Program for improvement of the thermal performance of buildings, building saving and mortgage financing are supplemented by private funds. There is a technical standard for the insulation assembly, certification was implemented into insulation systems and construction business, building renovation project needs building and occupancy permit (licence), however we can see many deficiencies of the design and renovation practice. Architectural expression of the restored house, the colour and consistency 1

Katarína Minarovičová, Ing. arch. PhD., STU Bratislava, Stavebná fakulta, Katedra konštrukcií pozemných stavieb, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, katarina.minarovicova@stuba.sk 67

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

of facade elements such as doors, awnings, balcony railings etc. are not evaluated, as far as their context to the existing environment. This is the task for construction companies, manufacturers of insulation systems and contractors to advise property owners and inhabitants. They search cheaper and simpler solutions (fading colors with less pigment) or vice versa, in contrast to the environment. Monotony of prefabricated housing estates has been replaced by a strong, color scheme with adjoining kitsch. One extreme was replaced by another. The houses have a manuscript or sections of different "authors" acting erratically, they often degrade the original principles of urban and architectural composition. 2

SELECTED ASPECTS OF FAÇADE DESIGN

2.1. The architectural expression The structural system of prefabs was visually manifested through the grid of panel joints and rhythm of windows, which were often the only elements of architectural composition. Insulated objects acquire new expression with smooth homogeneous areas that can be cumbersome and monotonous. Solid volume without protruding masses, recessed loggia, pillars, cornices etc. - elements that usually complete the architectural composition of facade. Uniform areas can be handled as a single color (the tendency of the nude, essentially change for the worse, but not contrast to environment) or are divided into color areas and shapes, while respecting the principles of color harmony and architectural composition, but do not affect the plasticity of the facades. A significant effect can be achieved if the color contrast areas are highlighted by the insulation system thickness, composition is based on the shadows performance on the façade- technologically demanding solution. Other (not common) solution is facade as a work of art, of course, with regard to the surrounding environment. In this case, of course, design professionals and artists must collaborate with architects and planners. Strong, contrasting colors may appear in the form of loggia or balcony panels, awnings, leeward, mailboxes and other entrance elements, graphics etc. Calligraphy classical-like methods has been used exceptionally.

2.2 Construction, technical and operational aspects. Final finish of insulated buildings is treated as structured – scraped-finish plaster or plain polished plaster. The disadvantage of scraped render is higher absorption of atmospheric pollutants, the defects can be prevented by regular cleaning according to manufacturer's recommendations for insulation system. The disadvantage of smooth polished surface is greater demands on craftsmanship. It is advisable to use high quality materials to prevent color fading, however gradual loss of color intensity due to sunlight must be taken into consideration (of course with regard to the prevention of overheating and the micro- cracks formation - consult with the supplier and designer!), contrast and strong colors can be used on small areas. It is important to ensure the right technology and high quality craftsmanship is provided, design with high flatness, compensating for any unevenness, without undesirable grid structure of the insulation boards. Renewed service life of all façade elements should be comparable. An important part of the renovation design should be prevention of defects, particularly of insulation systems. Approximately 6 years later first colony of algae and other microorganisms forms on the surface of insulated facades. Very good basis for such vegetation is plaster based on acrylic and dispersions. The best prevention is proper assembly technology with high flatness, the plumber elements overlap, minimizing the possibility of 68

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

thermal bridges in critical details etc. Studies [6] show stronger and earlier onset of microorganisms on the color scheme of shades of yellow and ocher. The precautionary principle is based on use of plasters of a lower porosity, suitable choice of biotic ingredients, regular maintenance and surface cleaning, elimination of high humidity (removal of green of facades, supply of light and sun) and reducing of houses shading [6].

Fig. 1) Colour accentated entrance. Bratislava.

Fig.

Apartment

house

Bergisch-Gladbach,

Deutchland.

Colour:

Nicola

Kurze

[4].

3 CONCLUSION

Cities and towns should coordinate changes of the architectural and urban development and encourage the pursuit of quality solutions – by regulatory or generally binding regulations and for example, by competing for the best restored house, under the supervision of professionals. Our estates are part of the heritage of the recent past - recent heritage [5] – in 69

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

accordance to that we have to treat them. We should not underestimate enlightenment by experts - designers and architects, responsible local and building authorities. An important measure would be education and training at universities. We should take the opportunity to be part of a comprehensive housing renovation, to improve environmental quality and living comfort. Architectural expression should support the identity of the area in respect of current trends in architecture and construction. Acknowledgements The authors express thanks to the project Vega agency for financial support of the project No. 1/0281/12. References [1] STN 73 4301/Z1 Dwelling buildings, SÚTN SR Bratislava, 2008. [2] Act No. 50/1976 Urban planning and construction order (Stavebný zákon). [3] HANUŠ, K.: Colour in architecture. Praha 1957, SNTL [4] SCHARF, A.: Farbe in der Architektur. Deutsche Verlags-Antstalt, Stuttgart 2002 [5] URLANDOVÁ, A.: Culture of colours. In: Eurostav No. 5/2010, p. 22-26. [6] ANTOŠOVÁ, N.: „ETICS“ biocorrosion analysis – reasons and solution technology. In: Real estate and dweling. ISSN 1336-944X, 1/2011, p. 89-104.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

AKTUÁLNE PROBLÉMY PLOCHÝCH STRIECH OVPLYVŇUJÚCE ICH SPOĽAHLIVOSŤ ACTUAL PROBLEMS OF FLAT ROOFS AFFECTING THEIR RELIABILITY Jozef Oláh1 Michal Šida2 Stanislav Šutliak3

Abstract Flat roofs have lot of outstanding problems, despite their long history. This paper deal with problems of flat roof layers, that affect quality and durability of roof. The principle problem is with thermal layer and waterproofing layer. In this paper are mentioned principles of realization of reliable roof structures.

Key words flat roof – plochá strecha, reliability – spoľahlivosť, waterproofing – hydroizolácia 1

ÚVOD

Už pri navrhovaní skladby plochej strechy je mimoriadne dôležité zvoliť vhodnú skladbu strešného plášťa z hľadiska vlhkostného, tepelnotechnického, materiálnoinžinierskeho a z hľadiska objemových zmien zabudovaných materiálov. Ak sa to nepodarí úspešne zvládnuť plochá strecha je postihnutá trvalým defektom, ktorý sa nedá odstrániť inak, než obnovou. Naša súčasná výstavba je poznačený tým, že najčastejšie používané strešné konštrukcie sú jednoplášťové bezúčelové alebo účelové ploché strechy. Strešný plášť by sme mali navrhnúť tak aby počas svojej životnosti zabezpečoval požadované funkcie ako sú ochrana pred atmosférickými vplyvmi (dážď, sneh, vietor, atď.) a zabezpečovanie stavu vnútorného prostredia. Ani jednu z vrstiev strešného plášťa plochej strechy nie je vhodné podceniť. Každá ma svoju funkciu, ktorú môže plniť pre zabezpečenie požadovaného vnútorného prostredia len vtedy ak sa dodržia správne konštrukčné zásady z hľadiska navrhovania a realizácie. Najväčšiu pozornosť je nutné venovať tepelnoizolačnej vrstve a povlakovej krytine. V súčasnosti sa najčastejším materiálom pre tepelnoizolačnú vrstvu používa dosky z penového polystyrénu a dosky z minerálnych vlákien. Ako povlaková krytina sú najčastejšie používané asfaltované pásy, fólie a ich kombinácie. 2

TEPELNOIZOLAČNÁ VRSTVA

Pri plochých strechách sa stretávame s rôznymi materiálmi tepelných izolácií. Najviac používaným materiálom v minulosti bola škvara, pórobetón a ich kombinácie. V súčasnosti sa vo veľkej miere používajú materiály penový polystyrén a dosky z minerálnych vlákien. Materiál z penového polystyrénu bol veľmi používaný v 80. rokoch minulého storočia no v súčasnosti sa opäť vraciame k jeho používaniu. Tento materiál vykazuje značné množstvo porúch. Veľmi častou poruchou sú objemové zmeny (deformácie z teplotného zaťaženia). Typickou poruchou týchto konštrukcií plochých striech je zvlnenie povlakovej krytiny. Zvlnenie sa objavuje takmer pravidelné nad stykmi polystyrénových dosiek. Na základe

Jozef Oláh, Prof. Ing., PhD., STU, Stavebná fakulta, KKPS, Radlinského 11, Bratislava (jozef.olah@stuba.sk) Michal Šida, Ing., STU, Stavebná fakulta, KKPS, Radlinského 11, Bratislava (michal.sida@stuba.sk) 3 Stanislav Šutliak, Ing., STU, Stavebná fakulta, KKPS, Radlinského 11, Bratislava (stanislav.sutliak@stuba.sk) 2

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

rozdielnych teplôt, ktoré pôsobia na dosky z penového polystyrénu v jednoplášťovej plochej streche ktorá sa prejaví vo forme: • predĺženia alebo skrátenia • zakrivenia - v lete prevýšenia stredu dosky, v zime prevýšenia koncov dosky. Priebeh deformácií penového polystyrénu v jednoplášťovej plochej streche sú znázornené na obr. 1.

Obr. 1) Priebeh deformácií penového polystyrénu v jednoplášťovej plochej streche

Tepelnoizolačný materiál z minerálnych vlákien je citlivý na vlhkosť. Z tohto pohľadu, najväčšou poruchou tohto materiálu je zabudovanie do konštrukcie vo vlhkom stave. Táto vlhkosť sa získava už počas nedôslednej realizácie pri nepriaznivej vonkajšej klíme (vystavený pôsobeniu dažďa). Ďalším nedostatkom je ich použitie v nevhodných objemových hmotnostiach. Musí sa zohľadniť jeho zaťaženie už počas realizácie, čiže organizácia a spôsob realizácie. Nedostatkom je aj nedostatočné (nerovnomerné) prilepenie povlakovej krytiny k podkladu. Jednou z rozhodujúcich charakteristík minerálnych vlákien je nasiakavosť. Ako materiál z ktorého je tepelný izolant vyrobený je nenasiakavý, ale ako tepelnoizolačný materiál zachytáva vo svojej štruktúre vlhkosť. Na základe experimentálneho merania uskutočneného v laboratóriách konštatujeme, že priebeh nasiakania je značný (obr. 2). Ďalším problémom tohto tepelnoizolačného materiálu je jeho vysychanie. V skutočnosti k tomuto vysychaniu v jednoplášťovej plochej streche nemôže dôjsť (obr. 3).

Obr. 2) Priebeh nasiakania minerálnej vlny ponorenej vo vode s výškou hladiny 30 mm nad povrchom vzorky

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 3) Priebeh vysušovania minerálnej vlny pri teplote 80°C

POVLAKOVÁ KRYTINA

Jednou z najdôležitejších vlastností plochej strechy je jej vodotesnosť. Vodotesnosť plochej strechy zaisťuje povlaková krytina a preto je najdôležitejšou vrstvou z hľadiska hydroizolačnej techniky. V súčasnej dobe je na našom trhu veľmi široká škála povlakových krytín vyrobených z materiálov s najrôznejšími chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Ale môžeme povedať, že "módnym" materiálom pre povlakové krytiny je mPVC. Tento materiál ma tiež svoje špecifiká a v našom príspevku upozorňujeme na tieto okruhy: • zmena modulu pružnosti E1-2 po zabudovaní v priamom kontakte s EPS polystyrénom, • vplyv povlakovej krytiny mPVC na degradáciu EPS polystyrénu. Nekompatibilita EPS polystyrénu a fólií na báze mPVC je spôsobená vylučovanými zmäkčovadlami. Zmäkčovadlá, ktoré migrujú z hmoty mPVC napádajú jemné steny bunečnej štruktúry EPS polystyrénu. Zmäkčovadlá tvoria približne 30% hmoty mPVC. Zvyčajne sa jedná o monomérne zmäkčovadlá ako sú ftaláty (estery kyseliny ftalovej). Tento typ zmäkčovadiel je do hmoty vmiešaný počas plastifikačného procesu. Zmäkčovadlá nie sú s PVC hmotou chemicky viazané a preto môžu za určitých podmienok hmotu mPVC opustiť. Množstvo vylúčených zmäkčovadiel závisí od teploty a povahy okolitého prostredia. Niektoré z bežne používaných zmäkčovadiel majú tendenciu migrovať do expandovaného alebo extrudovaného polystyrénu. V príspevku porovnáme správanie nasledovných kombinácií: • priamy kontakt s EPS polystyrénom, • kontakt separovaný separačnou geotextíliou PES 300 g/m2, • kontakt separovaný separačnou geotextíliou PES 300 g/m2 s pridaním 15 ml vody. Testovanie vzoriek, ktoré boli uložené na 90 dní v sušiarni pri teplote 60°C preukázali nasledovné zistenia. Vizuálnou kontrolou nie sú pozorované žiadne zmeny na povrchu fólie mPVC avšak vizuálne zmeny na EPS polystyréne, ktorý bol v priamom kontakte s fóliou, sú zjavné. Zmäkčovadlá migrujúce z mPVC do EPS spoja obidva materiály a vytvoria lepkavú lesklú vrstvu na povrchu EPS. Hrúbka EPS polystyrénu sa zmenila z pôvodných 99,83 mm na 95,02 mm. Ide teda o pokles cca. 5 mm po dobe 90 dní pri teplote 60°C. Podobnú zmenu hrúbky EPS sme zaznamenali aj na jednoplášťovej plochej streche, na ktorej bola povlaková krytina z mPVC uložená bez separačnej geotextílie po dobu expozície 5 rokov. Dôležité sú aj zmeny mechanických vlastností fólie. Je zrejmé, že pridaním separačnej geotextílie dosiahneme zníženie degradácie vyvolanej nekompatibilitou. Fólia separovaná od EPS polystyrénu dosahuje hodnotu E1-2 = 45,12 MPa. Fólia, ktorá bola v priamom styku s EPS polystyrénom dosiahla hodnotu E1-2 = 47,93 MPa. Pridaním 15 ml vody do 73

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

kombinácie spôsobilo, že účinnosť separačnej geotextílie sa znížila. Fólia dosiahla hodnotu modulu E1-2 = 46,32 MPa. Je teda pozorovaný určitý nárast v module pružnosti, ktorý však do tejto doby, nie je sprevádzaný žiadnym viditeľným náznakom degradácie. Na porovnanie nameraných hodnôt sme odmerali aj modul pružnosti E1-2 pre fóliu na báze mPVC, ktorá bola odobraná z reálnej strechy. Fólia bola zabudovaná v jednoplášťovej plochej streche v priamom kontakte s EPS polystyrénom po dobu cca 5 rokov bez separačnej geotextílie. Trvalá vlhkosť na rozhraní mPVC fólie a EPS polystyrénu a vznikajúca pleseň sa zrejme taktiež podieľali na zmene mechanicko – fyzikálnych vlastností fólie. Fólia z reálnej strechy má modul pružnosti E1-2 = 58,25 MPa. Znamená to, že reálne klimatické podmienky počas 5 rokov sú náročnejšie ako starnutie vzorky počas 90 dní pri teplote 60°C. Samozrejme netreba zabúdať, že na degradácii sa podieľajú aj iné vplyvy (UV – žiarenie, mikroorganizmy, striedanie teplôt, zmrašťovanie, chemizmus, atď.). 4

ZÁVER

V súčasnosti ploché strechy budov vykazujú množstvo porúch, napriek novým materiálom, ktoré zabudovávame do strešných plášťov. Na základe dlhodobého sledovania porúch plochých striech konštatujeme, že hlavnou príčinou je problém zabudovávania materiálov. Tieto poruchy sa prejavujú jednoznačne z hľadiska hydroizolačnej techniky. Používaný materiál pre tepelnoizolačnú vrstvu z penového polystyrénu a z minerálnych vlákien je najčastejšie používaný. Pri jeho návrhu nie sú rešpektované zásady, ktoré vyžadujú tieto materiály. Na prvom mieste je to ich objemová hmotnosť, priebeh deformácií od zaťaženia a hmotnostná vlhkosť pri zabudovaní. Ďalším materiálom strešného plášťa je povlaková krytina, ktorá je u nás najčastejšie realizovaná z asfaltovaných pásov. V súčasnosti sa vo veľkej miere použivá povlaková krytina z mPVC. Nie na poslednom mieste príčinou porúch plochých striech je vzájomné ovplyvňovanie fyzikálnych a mechanických vlastností jednotlivých materiálov kombinácií povlakovej krytiny a tepelnoizolačnej vrstvy, ktoré ovplyvňujú ich spoľahlivosť. Literatúra [1] OLÁH, J. et al. Poruchy strešných plášťov a ich optimálne opravy. Bratislava: Vydavateľstvo Eurostav, 2006. ISBN 80-89228-02-K [2] OLÁH, J., ŠIDA, M., ŠUTLIAK, S. Expertízny posudok s návrhom obnovy plochej strechy bytového domu Smolenická 8-10 v Bratislave. Bratislava: SvF STU, 2011 [3] OLÁH, J. Vybrané problémy zhotovovania striech ovplyvňujúce ich kvalitu a životnosť. In Zborník z konferencie Teória a konštrukcie pozemných stavieb, CONECO. Bratislava, 2011. ISBN 978-80-970595-1-4 [4] ŠUTLIAK, S. Nekompatibilita EPS a povlakovej krytiny na báze PVC-P. In Materiály pro stavbu. ISSN 1213-0311, 2012, roč. 18, č. 5, s. 22-25.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

VYUŽITÍ NEPŘÍMÉ METODY NA BÁZI INFRAČERVENÉHO ZÁŘENÍ PRO URČENÍ EFEKTIVNÍHO DOSAHU INJEKTÁŽÍ POSSIBILITIES OF NONDIRECT METHOD BASED ON INFRARED RADIATION FOR DETERMINING THE EFFECTIVE RANGE OF INJECTION Zdeněk Peřina1, Marie Wolfová2, Boris Plšek3

Abstract The article deals with a pilot measurement within project of the Program RRC/04/2010 Support Of Science And Research In The Moravian-Silesian Region 2010 entitled: Experimental Using Of Nondirect Methods Of Infrared Radiation To Determine The Effective Range Of Injection By Long-term Monitoring Of Structures. The aim is to define the final properties of composite high-pressure chemical injection resulting in the implementation of additional waterproofing of brickwork, as a measure of the effectiveness of redevelopment.

Key words high-pressure injection (vysokotlaká injektáž), infrared radiation (infračervené záření), redevelopment (sanace), additional waterproofing (dodatečná hydroizolace), emisivity (emisivita) 1

ÚVOD

Záměrem příspěvku je informovat o pokračování projektu programu Podpora vědy a výzkumu v moravskoslezském kraji 2010 s názvem: Experimentální využití nepřímé metody na bázi infračerveného záření pro určení efektivního dosahu injektáží stavebních konstrukcí dlouhodobým monitorováním. Výzkum problematiky dodatečného ovlivňování vlastností stávajících stavebních konstrukcí probíhá na Katedře pozemního stavitelství dlouhodobě. Potřeba zlepšení vlastností stavebních materiálů s rostoucím rozsahem sanačních prací při rekonstrukcích stávajících objektů neustále stoupá. Jedním ze základních požadavků na zvýšení kvality stavebních materiálů ochrana proti pronikání vzlínající vody, neboť voda většinu degradačních procesů výrazně akceleruje a podílí se podstatnou měrou na zvyšování jejich negativních účinků na běžný provoz objektů. S nárůstem použití stavební chemie se v oblasti sanací vlhkého zdiva a rozšiřují možnosti použití technologicky zdánlivě velmi jednoduché metody chemických injektáží

1.1 Cíl výzkumu Cílem výzkumu je možnost definovat konečné vlastnosti injektáží vzniklého kompozitu jako míru účinnosti sanačního zásahu tj. omezení, či zastavení pronikání vlhkosti, která je rozhodující pro návrh způsobu provedení a pro použití konkrétního injektážního prostředku. Z hlediska určení dané míry účinnosti dosud neexistuje postup návrhu, u kterého by bylo možné předpokládat s dostatečnou mírou pravděpodobnosti potenciální výsledek. Návrh je otázkou zkušeností získaných aplikacemi v různých podmínkách a zpracováváním velmi 1

Zdeněk Peřina, Ing. Ph.D, VŠB-TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra pozemního stavitelství, Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava-Poruba, zdenek.perina@vsb.cz 2 Marie Wolfová, Ing. Ph.D, VŠB-TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra pozemního stavitelství, Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava-Poruba, marie.wolfova@vsb.cz 3 Boris Plšek, Ing., IN PROJEKT, s.r.o., Závodní229/9a, 708 30 Ostrava-Poruba, plsek@in-projekt.cz 75

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

kusých informací výrobce injektážních hmot. Pro stanovení účinnosti injektáží je používán experimentálně empirický přístup, vycházející z logických úvah o vztazích mezi naměřenými hodnotami vlhkosti a možnostmi maximální saturace injektážním prostředkem. Obecně je normou ČSN P 73 0610 definována jen možnost dodatečného ověření sanačního systému vyhodnocením hmotnostní vlhkosti zdiva po sanaci ve srovnání se stavem před sanací. Stupeň účinnosti sanace Wú by za dobu dvou roků neměl být nižší než 50%. Postup ale předpokládá odebírání vzorků, laboratorní měření a porovnávání výsledků v časovém horizontu dvou let. Průkazné ověření účinnosti je náročné časově, technologicky i z hlediska vybavenosti technikou a používání v praxi je striktně limitováno ochotou investora financovat tento nákladný způsob ověřování po provedení sanace.

1.2 Využití výzkumu ve stavební praxi Dosažením cíle výzkumu by jak projektanti, tak realizátoři sanačních prací získali možnost, na základě požadovaných konečných vlastností materiálu nově vzniklého injektáží, zvolit optimální technologii a optimální injektážní prostředek pro dané konkrétní prostředí. Tento způsob návrhu sanace by ve svém důsledku přinášel, kromě uspokojivého požadovaného účinku také, vzhledem k vysokým cenám chemických injektážních hmot, nemalé finanční úspory na straně realizátora resp. investora, pro jehož rozhodování je zásadní znát budoucí účinnost sanačního zásahu. Prvotní myšlenku projektovat injektážní práce na základě matematického modelování, přestože se projevila jako náročná na přípravu výpočetního modelu, dobu trvání výpočtu a především na výkonnost používané výpočetní techniky a také velmi drahá a v krátkodobém časovém horizontu pro praktické užití nereálná, jsme zcela neopustili a chceme se k ní, po získání dalších údajů získaných dlouhodobým experimentálním měřením, opět vrátit. 2

POPIS A NASTAVENÍ PILOTNÍHO MĚŘENÍ

2.1 Cihelná zeď – injektované prostředí Výběr injektovaného prostředí byl zúžen na jeden z nejfrekventovanějších stavebních materiálů konstrukcí ohrožených nadměrnou vlhkostí cihlu plnou pálenou 290 x 140 x 65 mm, kategorie I, typu HD, pevnostní značky 20 dle pevnosti v tlaku v N/mm2na maltu vápenocementovou odpovídající deklarovanými vlastnostmi maltě MVC 2.

2.2 Injektážní médium na bázi polyuretanové pryskyřice Pro volbu média pro těsnící injektáž je podstatnou vlastností nízká viskozita, podmiňující schopnost penetrace do prostředí, jež je dána poměrem velikostí nejmenších částic média (molekul) a velikostí pórů prostředí. Vzhledem k měnící se viskozitě během reakce je limitujícím faktorem dosahu doba, po kterou může penetrace probíhat. Pro pilotní měření bylo zvoleno, díky možnosti rychlé chemické reakce, injektážní médium CarboPur WFA na bázi dvousložkové (směs polyolů a polyisokyanát) polyuretanové pryskyřice, které je určeno pro injektáže zpevňující a těsnící. Obě složky po smísení vytvrzují v tvrdou houževnatou hmotu, jejíž struktura a mechanické vlastnosti a jsou závislé na množství vody podílející se na reakci.

2.3 Popis strojního a přístrojového vybavení 2.3.1 Čerpací technika - Injektážní čerpadlo DV 97 Pro přímé provedení bylo použito injektážní čerpadlo DV 97 s vysokotlakým rozvodem s plynulou regulací od 0 do 15MPa s manometry v jednotlivých tlakových větvích určené k vysokotlaké injektáži dvousložkovými polyuretanovými pryskyřicemi.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

2.3.2 Infračervený radiometrický systém (termografický systém) Termografie zahrnuje metody pro zobrazování teplotních polí na povrchu zaměřovaných prvků, které reprezentují energii a hustotu fotonů emitovaných z povrchu snímaného tělesa a jeho vyhodnocením – kvantifikací. Termografie je pak názvem pro techniku, která je transformačním systémem, pomocí něhož je možné zobrazit pro lidské oko neviditelné infračervené záření vyzařované z objektů v závislosti na jejich tepelných stavech. Technologie snímání je koncipována buď na principu tepelných snímačů, kde dochází při absorpci fotonů k oteplení citlivé části čidla a pohlcená energie se vyhodnocuje nepřímo přes čidla teploty, nebo jako kvantové snímače s vyhodnocením infračerveného záření cestou fotoelektrického jevu v polovodičích. U kvantových detektorů infračerveného záření se využívá fyzikálních jevů, vznikajících při přímé interakci dopadajících fotonů na strukturu senzoru. Při experimentálním měření i při měření in situ byl použit infračervený radiometrický systém ThermaCAM FLIR® B4 s nechlazeným FPA mikrobolometrickým detektorem o rozlišení 320x240, se spektrálním rozsahem 7,5 - 12 µm , citlivostí od 0,08°C při teplotě 30°C, rozsahem měření: -20 až +55°C, zobrazovacím LCD 2,5“ a s detekcí rosného bodu. Pro softwarové zpracování termogramů bylo využito programového vybavení FLIR QuickReport® a FLIR Reporter 7.0 PRO®, což umožnilo detailním způsobem analyzovat pořízené termogramy a dodatečně upravovat jednotlivé parametry. 2.3.3 Přístroje na měření okrajových podmínek Pro měření teploty vzduchu, relativní vlhkosti vzduchu a atmosférického tlaku byl použit digitální přístroj Greisinger® GFTH 95. Odečtené hodnoty byly zaznamenávány do protokolu měření. Kontaktní povrchová teplota byla zjišťována digitálním přístrojem Greisinger® GTH 1170 povrchovým snímačem GOF – 130 – typ K.

2.4 Nastavení monitoringu Pro monitoring byly zvoleny metody a techniky infračervené termografie (IČT): •

Pasivní metoda (metoda IČT)

•

Srovnávací termografie (technika IČT)

• Kvalitativní technika měření (technika měření IČT) Monitoring pilotního měření probíhal v místnosti chráněné před povětrnostními vlivy s ustálenou teplotou a vlhkostí vzduchu po dobu měření. Základními úkony bylo zajištění parametrů okrajových podmínek - teplota vzduchu, relativní vlhkost, kontaktně zjištěná povrchová teplota, emisivita měřených materiálů (zjištěná in situ), odražená zdánlivá teplota (zjištěná in situ). Údaje byly vloženy přímo do termogramu a zaznamenány do deníku spolu s geometrickými souvislostmi a okolnostmi, které by mohly ovlivnit výsledky monitoringu. Bezprostředně po aplikaci injektážního média pak byly v pravidelných intervalech cca 5 min. pořizovány termogramy a to po dobu cca 1-2 hodiny viz Obr. 1).

Obr. 1)

Infračervený monitoring 77

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

V rámci pilotního měření bylo do týdne po aplikaci injektážního přípravku provedeno mechanické rozebrání zdiva a zhotovení detailní fotodokumentace stavu zdiva viz Obr. 2).

Obr. 2)

Pilotní měření: Rozbor zdiva po injektáži

ZPŮSOB VYHODNOCENÍ TERMOGRAMŮ A ZÁVĚR

Analýza pořízených termogramů byla provedena programy FLIR QuickReport® a FLIR Reporter 7.0 PRO®, které umožňují detailním způsobem zpracovávat termogramy a vytvářet protokoly dle příslušné ČSN. Většina analýz byla zpracována dle ČSN EN 13187 (730560): Tepelné chování budov - Kvalitativní určení tepelných nepravidelností v pláštích budov Infračervená metoda do Protokolu o zkrácené zkoušce. Při pilotním měření šlo o potvrzení předpokladu možného využití infračerveného radiometrického dlouhovlnného systému pro detekci změny emisivity materiálů vlivem pronikání injektážního média a použitelnosti metody pro zjištění efektivního dosahu injektáže. Na základě výše uvedeného měření a vyhodnocení jednotlivých termogramů a jejich porovnání vizuální kontrolou skutečného stavu po rozebrání konstrukce je zřejmé, že se lze tímto způsobem detekovat dosah injektáže za dodržení nezbytných okrajových podmínek a ve výzkumném projektu pokračovat. Literatura: [1] SVOBODA, J. Termodiagnostika – učební texty. Praha: TMV SS spol. s. r. o, 2009.124 s. [2] PEŘINA, Z. Vyšetřování a návrh sanace spodní stavby vybraných konstrukčních soustav panelových obytných budov. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, 2012. 45 s. ISBN 978-80-248-2663-9 [3] WOLFOVÁ, M., ŠEVČÍKOVÁ, H., Sanace vlhkého zdiva, In. 27. konference Sanace a rekonstrukce staveb, Brno: Česká stavební společnost, WTA CZ, 2005. s. 145 - 147. ISBN 80 - 02 - 01768 - 4 [4] ZWIENER, V., Experimentální ověřování účinnosti a trvanlivosti injektážních metod pro ochranu zděných konstrukcí proti vzlínající vlhkosti - disertační práce, ČVUT Fakulta stavební Praha: 2005 [5] WOLFOVÁ, M. Možnosti stanovení účinnosti sanace vlhkého zdiva modelováním procesu injektáže – autoreferát disertační práce, VŠB TUO FAST Ostrava, 2008 ISSN 1213 – 7456 [6] PLŠEK, B. Závěrečná zpráva ověření dvousložkového systému pro zpevňování zemin na bázi Dukol S, BC MCHZ - 7600111,IN PROJEKT Ostrava s.r.o., Ostrava: 2004

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

ANALÍZA POROVNANIA RÔZNÝCH KONŠTRUČNÝCH SYSTÉMOV PASÍVNEHO DOMU S OHĽADOM NA LETNÉ PREHRIEVANIE THE COMPARATIVE ANALYSIS OF PASSIVE HOUSE STRUCTURE WITH RESPECT TO SUMMER OVERHEATING Radoslav Ponechal1

Abstract Construction techniques of passive house have many ways. They vary from ordinary timber constructions using packs of straw or constructions of clay to conventional. This paper aims to quantify effect of external end internal walls on summer overheating of passive house, which are made of a timber frame, lightweight concrete blocks and sand-lime bricks. A twostorey residential passive house, with floorage of 170.6 m2, was evaluated.

Key words Passive house – pasívny dom, wall - stena, overheating - prehrievanie, 1

ÚVOD

V súlade s normou ISO 7730[1], na správaní sa jednotlivých zón pasívnej budovy z hľadiska prehrievania v letnom období má vplyv niekoľko faktorov: výmena vzduchu, solárne zisky, tepelné zisky z vnútorných zdrojov, vonkajšia povrchová úprava a tepelná kapacita vnútorných deliacich konštrukcií. Vplyvom solárnych ziskov sa čiastočne zaoberá aj výskum z TU Košice [2]. Efekt správania sa užívateľov rezidenčného pasívneho domu na energetickú spotrebu rieši Brandemuehl [3]. Uvádza, že hodnota vnútorných tepelných ziskov sa pohybuje v rozmedzí 75% až 250% od jej priemeru. Problému predikcie letného prehrievania pasívneho domu v klimatických podmienkach Slovinska sa zaoberá Mlakar [4]. Prezentuje jednoduché výpočtové metódy stanovenia priebehu teploty vzduchu v interiéri pasívnej budovy. Dokazuje, že pasívny štandard je možné využívať aj v Slovinských podmienkach, za predpokladu sofistikovanejšieho prístupu k prevádzke v letnom období. Porovnanie troch konštrukčných variant pasívneho domu z hľadiska tepelnej kapacity hodnotí elaborát rakúskeho ministerstva [5], v ktorom z hľadiska potreby energie na vykurovanie najlepšie vychádza masívna stavba.

1.1 Metodika hodnotenia Cieľom experimentu prezentovaného v tomto príspevku je zhodnotiť vplyv konštrukčného systému s jeho tepelnou kapacitou na prehrievanie priestorov pasívneho domu. Vyhodnotenie bolo vykonané celoročnou simuláciou referenčného pasívneho domu v programe EnergyPlus s klimatickým dátami z referenčnej stanice Žilina-Hričov s priemernou teplotou v lete 18,2°C.

1.2 Referenčný pasívny dom Referenčný pasívny dom je dvojpodlažná budova s faktorom tvaru 0,7 (Obr. 1). Podlahová plocha je 170,6 m2 a merná potreba tepla na vykurovanie E2= 13,32 [kWh/rok]. Založený je na železobetónovej základovej doske hr. 200 mm, ktorá je uložená na vrstve penového skla 1

Radoslav Ponechal, Ing. PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 010 26 Žilina, Slovenská republika, radoslav.ponechal@fstav.uniza.sk 79

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

hr. 500 mm. Má ideálnu južnú orientáciu a vonkajšie zalúzie, ktoré sa zaťahujú do 45° polohy v prípade prekročenia teploty vnútorného vzduchu v miestnosti nad 23°C. Vnútorné zisky majú celkovo 358W a sú distribuované v jednotlivých miestnostiach podľa predpokladanej prevádzky rodinného domu počas dňa. Budova je simulovaná v uzavretom stave (infiltrácia s výmenou vzduchu n = 0,09 (1/h)), chladená privádzaným vzduchom o teplote 20,0 °C.

Obr. 1) Model referečného pasívneho domu s tieniacimi konštrukciami

1.3 Testované alternatívy Skladby jednotlivých konštrukcií typu A až D sú uvedené v Tab. 1. Pre zachytenie vplyvu rôznej intenzity vetrania budovy na vzostup teploty boli modelované dve alternatívy vetrania: alternatíva 1 s výmenou vzduchu 0,3 (1/h) a alterantíva 2 s výmenou vzduchu 0,6 (1/h). Tab. 1) Popis skúmaných konštrukčných alternatív referenčného pasívneho domu Konšt. typ A B B1 B2 C D

Obvodové steny Vnútorné steny Strop Masívna drevená + celulóza Nepálená tehla hr. 140 mm Masívna drevená + štrk+Hoffatex Stĺpiková drevená + ovčia vlna Stlpiková drevená + sadrokatón Drevená trámová+Hoffatex Stĺpiková drevená + ovčia vlna Nepálená tehla hr. 140 mm Drevená trámová+Hoffatex Stĺpiková drevená + ovčia vlna Stlpiková drevená + sadrokatón Masívna drevená + štrk+Hoffatex Pórobetón. tvarovky + polystyrén Pórobetónové tvarovky hr. 150mm Pórobetón + Hoffatex Vápennopiesková tehla+polystyrén Nepálená tehla hr. 140 mm Železobetónová doska+Hofatex

VÝSLEDKY SIMULÁCIE

Priebeh teplôt vo vybranom extrémom letnom týždni dokumentujú grafy 1 až 5. Priemerná teplota vzduchu v obývacej izbe - leto - alt. 1

Priemerná teplota vzduchu (°C)

konštrukčný typ A konštrukčný typ C

konštrukčný typ B konštrukčný typ D

29 28 27 26 25 24 23 22 1-I.

29-I.

26-II.

Čas (deň)22-IV.

25-III.

20-V.

17-VI.

15-VII.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Graf. 1) Priebeh teploty vzduchu v obývacej miestnosti vo vybranom letnom týždni s vetraním n = 0,3 (1/h)

Priemerná teplota vzduchu v obývacej izbe - leto - alt. 2

Priemerná teplota vzduchu (°C)

konštrukčný typ A konštrukčný typ C

konštrukčný typ B konštrukčný typ D

29 28 27 26 25 24 23 22 1-I.

29-I.

Čas (deň)22-IV.

26-II.

25-III.

20-V.

17-VI.

15-VII.

Graf. 2) Priebeh teploty vzduchu v obývacej miestnosti vo vybranom letnom týždni s vetraním n = 0,6 (1/h)

Priemerná teplota vzduchu v obývacej izbe - leto - alt. 1

Priemerná teplota vzduchu (°C)

konštrukčný typ A konštrukčný typ B1

konštrukčný typ B konštrukčný typ B2

29 28 27 26 25 24 23 22 1-I.

29-I.

Čas (deň)22-IV.

26-II.

25-III.

20-V.

17-VI.

15-VII.

Graf. 3) Priebeh teploty vzduchu v obývacej miestnosti vo vybranom letnom týždni s vetraním n = 0,3 (1/h)

Priemerná teplota vzduchu v spálni - leto - alt. 1

Priemerná teplota vzduchu (°C)

27,0

konštrukčný typ A konštrukčný typ C

26,5

konštrukčný typ B konštrukčný typ D

26,0 25,5 25,0 24,5 24,0 23,5 23,0 1-I.

29-I.

26-II.

Čas (deň)22-IV.

25-III.

20-V.

17-VI.

15-VII.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Graf. 4) Priebeh teploty vzduchu v spálni vo vybranom letnom týždni s vetraním n = 0,3 (1/h)

Priemerná teplota vzduchu v spalni - leto - alt. 2

Priemerná teplota vzduchu (°C)

konštrukčný typ A konštrukčný typ C

25,5

konštrukčný typ B konštrukčný typ D

25 24,5 24 23,5 23 22,5 22 1-I.

29-I.

26-II.

Čas (deň)22-IV.

25-III.

20-V.

17-VI.

15-VII.

Graf. 5) Priebeh teploty vzduchu v spálni vo vybranom letnom týždni s vetraním n = 0,6 (1/h)

ZÁVER

Z porovnania jednotlivých konštrukčných systémov vyplynulo, že z hľadiska tepelnej stability v letnom období sú vhodnejšie masívne drevené a tehlové konštrukcie ako ľahké drevené alebo pórobetónové. Priebeh teploty vzduchu v miestnosti vyšiel pri masívnej drevenej a tehlovej alternatíve takmer rovnaký. So zvyšovaním výmeny vzduchu a teda aj chladiacej kapacity sa rozdiely v maximálnej teploty vzduchu medzi jednotlivými konštrukčnými alternatívami zmenšujú. Pri zdvojnásobení výmeny vzduchu klesá rozdiel v obývacej miestnosti s vyššími ziskami z 3°C na 2°C. V spálni, kde sa v čase maximálnej tepelnej záťaže zo slnečného žiarenia neočakávajú zisky z vnútorných zdrojov sa tento rozdiel zmenšuje z 0,7°C na 0,4°C. Pri porovnaní drevených konštrukčných systémov možno konštatovať, že rozhodujúci vplyv na prehrievanie v letných mesiacoch má konštrukcia vnútorných nosných stien. V prípade dostatočnej tepelnej kapacity, ako napríklad u stien z nepálenej tehly hr. 140mm, sú teploty vzduchu ľahkých drevených konštrukčných systémov len o málo väčšie ako pri masívnych. Do budúcnosti by bolo zrejme vhodné overiť rozdiely v tepelnej pohode jednotlivých konštrukčných systémov v prípade, že nie je pri vetraní k dispozícií zdroj chladu a miestnosti je možné prevetrať len vzduchom s exteriérovou teplotou. Literatúra [1] ISO 7730:2005, ERGONOMICS OF THE THERMAL ENVIRONMENT [2] KATUNSKÝ, D.-LOPUŠNIAK, M. Impact of shading structure on energy demand and on risk of summer overheating in a low energy building: Energy Procedia 14, 2012. 1311-1316 s. [3] BRANDEMUEHL, M. J., et al. Effects of variations of occupant behavior on residential building net zero energy performance. Sydney : Building Simulation 2011. 2603-2610 s. [4] MLAKAR, J.-ŠTRANCAR, J. Overheating ing residential passive house: Solution strategies revealed and confirmed trough data analysis and simulations: Energy and Building 43, 2011. 1443-1451 s. [5] ÖKOINFORM. Passivhaus aus nachwachsenden Rohstoffen. Themenfolder 3. Wien: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie:Impulsprogramm Haus der Zukunft, 2005

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE NA BÁZI SUROVÝCH PŘÍRODNÍCH MATERIÁLŮ STRUCTURAL MATERIALS AND BUILDING STRUCTURES BASED ON RAW NATURAL SOURCES Jan Růžička1

Abstract The effort to decrease negative impact of buildings and building structures on the environment leads to the development of new materials, structures and technologies of higher environmental quality. Using of higher amount of materials and structures based on raw natural sources belongs to one of possible approaches. Wooden based structures and also other materials like cellulose, straw, hemp, reed and raw natural clay and earth etc. bring new possibilities in this branch. The research in this field at the Dept. of Building Structures FCE CTU in Prague is focused on basic properties determination of natural materials and also on behavior and quality of building structures based on natural materials.

Key words fire resistence, straw bale structures, rammed earth, shrinkage properties of earth požární odolnost, konstrukce ze slaměných balíků, dusaná hlína, smršťování hlíny 1

ÚVOD

Cílené snižování negativního vlivu stavebnictví na životní prostředí vede k vývoji materiálů, konstrukcí a technologií s vyšší environmentální kvalitou. Jednou z možných cest je větší využití přírodních materiálů. K progresivním řešením z tohoto pohledu patří konstrukce na bázi dřeva, dále využití dalších stavebních materiálů na přírodní bázi, např. celulózy, slámy, konopí, rákosu, jílů a nepálené hlíny. Výzkum v této oblasti na Katedře KPS FSv ČVUT v Praze je cíleně zaměřen na jednak na sledování základních vlastností těchto materiálů, ale také na vývoj, chování a kvalitu konstrukcí, které tyto materiály využívají. 2

POŽÁRNÍ VLASTNOSTI OBVODOVÝCH PLÁŠŤŮ Z PŘÍRODNÍCH A RECYKLOVANÝCH STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ

V rámci Projektu 1221420507: „Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov“ programu Efekt MPO ČR zpracovávaném na Katedře KPS FSv ČVUT v Praze v roce 2011 byly provedeny zkoušky požární odolnosti nosných obvodových plášťů pro NE a PAS domy na bázi přírodních a recyklovaných materiálů. Cílem zkoušek bylo ověření základních konstrukčních principů a skladeb z požárního hlediska a analýza chování materiálů v průběhu zkoušky. Zkoušky požární odolnosti (PO) byly provedeny v autorizované zkušební laboratoři PAVUS, a. s. ve Veselí n/L. Celkem bylo testováno 7 skladeb obvodových konstrukcí na 4 zkušebních vzorcích.

2.1 Metodika požárních zkoušek Zkoušky PO byly provedeny podle ČSN EN 1363-1: 2000 a ČSN EN 1365-1: 2000 na výsecích nosných stěn 3×3 m. Tepelné zatížení v peci bylo dáno dle požárního scénáře, tzv. 1

Jan Růžička, Ing. Ph.D., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, jan.ruzicka@fsv.cvut.cz 83

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

„normovým požárem“. Zkoušky provedeny ve dvou zkušebních režimech: (i) tzv. deklarační zkouška – konstrukční řešení a skladba zkušebního vzorku je neměnná v celé jeho ploše; výsledky zkoušky deklarují PO zkoušené konstrukce; (ii) tzv. experimentální (ověřovací) zkouška – konstrukční řešení a skladba zkušebního vzorku je různá v různých částech vzorku, jsou ověřovány různé materiály, skladby a konstrukční řešení; výsledky zkoušek ukazují orientační PO nejslabšího článku složené konstrukce. Vzorky byly osazeny teplotními čidly na neohřívaném povrchu a také čidly uvnitř skladby, což umožnilo vytvořit tzv. „teplotní profil stěny“. Ten poskytuje podklady pro hlubší analýzu konstrukce a jejího chování v průběhu požáru a může sloužit jako podklad pro další optimalizaci konstrukce.

2.2 Modelové skladby Konstrukční skladby byly navrženy na principu dřevostaveb systému 2x4 s nosnými sloupky ze dřeva nebo na jeho bázi a s tepelnými izolacemi z dřevní hmoty, foukané celulózy nebo minerální vlny a slámy. Specifickou konstrukcí je nosná stěna ze slaměných balíků. Konstrukční skladby a dimenze nosných prvků byly cíleně navrženy na předpokládané spodní hranici PO. Záměrně byly použity co nejsubtilnější nosné prvky a co nejmenší tloušťky požáru odolných vrstev. Celkem bylo zkoušeno 7 skladeb ve 4 zkušebních stěnách (Obr. 1).

Obr. 1) Zkušební stěny a skladby (zleva): Zkušební vzorek s nosnými profily 40/140 mm se skladbami 1a, 1b. Skladby 2a, 2b s nosnou konstrukcí se STEICO nosníků. Nosná stěna ze slaměných balíků (skladba 3). Skladba 4a s dřevěnými nosnými profily 50/100 mm s tepelnou izolací ze slaměných balíků a směsí foukané slámy a celulózy. Skladba 4b s dřevěnými I-nosníky s konstrukčním plášťováním z desek z recyklovaného tetrapaku a s foukanou izolací ze směsi celulózy a slámy

2.3 Průběh zkoušek a výsledky požárních zkoušek Zkoušky byly prováděny ve stěnové peci, vzorky byly zabudovány do ocelového rámu s možností volné dilatace po okrajích, hydraulickými lisy bylo do vzorku vneseno definované svislé zatížení, které může nastat od účinků stálého nebo nahodilého zatížení. Zkušební stěna 1 – ověřovací zkouška (dělený vzorek) • skladba 1a - LOP na bázi dřeva systému 2x4 s izolací z dřevní hmoty • skladba 1b - LOP na bázi dřeva systému 2x4 s izolací z foukané celulózy Vzorek byl testován při tzv. vnitřním požáru a při zatížení 22,5 kN/m. V 68. minutě byl dosažen mezní stav E (celistvost povrchu), kdy prohořela vnější DHF deska. PO konstrukce byla stanovena REI 60 DP3 a ta je jako minimální předpokládána pro obě skladby. Zkušební stěna 2 – ověřovací zkouška (dělený vzorek) • skladba 2a - LOP s dřevěnými I-nosníky a izolací z dřevní hmoty • skladba 2b – LOP s dřevěnými I-nosníky a izolací z foukané celulózy Zkoušky byla koncipována na tzv. vnější požár (např. požár sousedního objektu). Svislé zatížení stěny v průběhu zkoušky bylo 22,5 kN/m. Zkouška byla ukončena ve 105. minutě pro porušení celistvosti E s trvalým průnikem plamenů v části skladby 2b. PO byla dosažena REI 90 DP3 a ta je jako minimální předpokládána pro obě skladby. 84

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Zkušební stěna 3 – deklarační zkouška (celistvý vzorek) • skladba 3 – nosná stěna ze slaměných balíků Nosná stěna ze slaměných balíků byla zkoušena při vnitřním požáru, zkouška byla provedena jako tzv. deklarační. Zatížení stěny bylo 12,0 kN/m. Zkouška byla ukončena ve 146. minutě z důvodu nadměrné svislé deformace (mezní stav R). Povrch stěny zůstal po celou dobu zkoušky celistvý a nedošlo k prohoření stěny. Bylo dosaženo PO REI 120 DP3. STĚNA 3 - teplotní profil stěny 1000

T e p lo ta (° C )

800 600

400 200

30 60 90 120 Normový požár A - průměrná teplota pod vnitřní hliněnou omítkou B - průměrná teplota v 1/3 stěny od interieéru C - průměrná teplota ve 2/3 od interiéru D - průměrná teplota pod vnější vápennou omítkou Teplota v peci Průměrná teplota na neohřívaném povrchu

0 0

120

150

Obr. 2) Vlevo: Slaměná stěna po ukončení zkoušky v 146. minutě. Povrch stěny je bez vnějších známek poškození. Uprostřed: Snímek z termokamery při ukončení zkoušky – je patrné mírně nerovnoměrné prohřátí stěny, povrchové teploty jsou v rozmezí 64 – 74°C. Vpravo: Teplotní profil slaměné stěny.

Zkušební stěna 4 – ověřovací zkouška (dělený vzorek) • skladba 4a – LOP s dřevěnými sloupky s izolací ze slámy a foukané celulózy • skladba 4b – LOP s nosníky STEICO s foukanou izolací ze směsi slámy a celulózy a konstrukčním plášťováním z desek z recyklovaných Tetra Pack obalů Vzorek byl testován při tzv. vnitřním požáru a při zatížení 22,5 kN/m. Zkouška byla ukončena v 66. minutě vlivem porušení celistvosti E v části skladby 4b s tetrapakovými deskami. PO REI 60 DP3 je jako minimální předpokládána pro obě skladby. Realizované zkoušky PO přinášejí cenné zkušenosti s chováním obvodových konstrukcí pro NE a PAS domy při požárním zatížení. Velké tloušťky tepelných izolací může být za předpokladu správné volby požárně odolného tepelného izolantu využito i ke zvýšení PO nosných prvků. Podrobné zkušební protokoly s výsledky zkoušek jsou přístupné na webových stránkách zpracovatele http://kps.fsv.cvut.cz/ v sekci „Věda a výzkum“ nebo v [1]. 3

NEPÁLENÁ HLÍNA – VLASTNOSTI A KONSTRUKCE S JEJÍM VYUŽITÍM

3.1 Základní vlastnosti nepálené hlíny – přehled experimentů a výsledky Nevýhodou využití nepálené hlíny je vysoka rozmanitost jejích základních vlastností s ohledem na mineralogické a granulometrické složení, dále s ohledem na technologický způsob zpracování, stabilizaci, ošetřování při zrání atd. Široký rozptyl těchto vlastností je tak jednou z velkých nevýhod při jejím praktickém využití. Cílem výzkumu v této oblasti na Katedře KPS FSv ČVUT v Praze je snaha získat poznatky o chování nepálené hlíny, které umožní návrh efektivních konstrukcí na její bázi. Experimentální činnost je zaměřena mj. na problematiku smršťování s vlivem mineralogického složení, technologického způsobu zpracování a způsobu stabilizace [2]. Z hlediska zajištění kvalitního vnitřního mikroklimatu jsou jednou z důležitých vlastností také sorpční vlastnosti a schopnost hlíny absorbovat vzdušnou vlhkost a následně ji opět předat do okolí (Graf 1). Cíleně jsou experimentálně sledovány i mechanické vlastnosti – pevnost v tlaku, tahu za ohybu, modul pružnosti atd.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Sorption ability

10,0

C_CEM_W12 C_MUL_W12 C_CEM_S30/W15 C_MUL_S30/W15

9,0 8,0

C_LIM_W12 C_W12 C_LIM_S30/W15 C_S30/W12

weight change [g]

7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0

36 48 time [h]

Graf. 1) Vlevo: Závislost smršťování na obsahu záměsové vody při ostření pískem. Vpravo: Vliv ostření pískem na snížení smršťování. Vpravo: Sorpční vlastnosti nepálené hlíny s vlivem stabilizace.

3.2 Stěnové a stropní panely z nepálené hlíny Dlouhodobou snahou je vývoj prefabrikovaných stěnových panelů s jádrem z nepálené hlíny pro svislé nosné a akumulační konstrukce. Potenciál využití mohou mít tyto prvky např. v lehkých dřevostavbách, ale mohou se uplatnit i jako akustické a požární stěny ve vícepodlažních skeletech. Ze statického hlediska mohou tyto prvky zejména v nízkopodlažní zástavbě plnit i nosnou funkci. Tato technologie byla již ověřena na pilotním projektu NE RD v Plzni v roce 2008 [3]. V současnosti je vyvíjena druhá generace těchto prefabrikovaných panelů a jsou zkoušeny jejich statické vlastnosti a ověřována technologie zpracování.

Obr. 3) 4 obrázky zleva: Realizace vnitřní akumulační stěny z prefabrikovaných panelů s dusaným hliněným jádrem. 2 obrázky zprava: Zkušební vzorky hliněných panelů.

ZÁVĚR

Dosažené výsledky ukazují, že cílený a systematický výzkum v oblasti přírodních stavebních materiálů a konstrukcí na jejich bázi může přinést řadu poznatků, které mohou být využity při návrhu stavebních konstrukcí s vyšší environmentální kvalitou a mohou tak přispět ke snižování negativního vlivu stavebnictví na životní prostředí. Tyto výsledky byly získány za podpory (i) programu Efekt MPO ČR v rámci Projektu 1221420507: „Vybrané vlastnosti přírodních a dalších stavebních materiálů, stavebních prvků a budov“, (ii) grantu ČVUT v Praze SGS10/013/OHK1/1T/11 „Vývoj a experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností prefabrikovaných panelů z dusané nepálené hlíny“ Literatura [1] RŮŽIČKA, J., POKORNÝ, M., Požární odolnost obvodových stěn NED, PD z přírodních a recyklovaných materiálů, časopis Stavebnictví 11-12/2011, str. 34 – 39, ISSN 1802-2030 [2] HAVlÍK, F.: Smršťování jílových materiálů. Juniorstav2011: Sborník konference, Brno: VUT v Brně, 2011, ISBN: 978-80-214-4232-0, p. 291 [3] RŮŽIČKA, J.: Rammed earth for prefabricated load-bearing structures – a pilot project, sborník z konference „LEHM 2008“, Dachverband Lehm e.V., str. 222-225, ISBN 978-3-00-025956-2 86

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

DÔSLEDKY NEDODRŽANIA ZÁSAD SANÁCIE JEDNOPLÁŠŤOVEJ PLOCHEJ STRECHY JEJ ZMENOU NA DVOJPLÁŠŤOVÚ RESULTS OF BREAKING RECONSTRUCTION RULES IN CHANGING A SINGLE-CLADDING FLAT ROOF INTO A DOUBLE-CLADDING ONE Ján Rybárík, Daniela Štaffenová, Juraj Barčiak, Marianna Štúňová1

Abstract This contribution deals with evaluation of a design and realization of reconstruction works during which the original single-cladding flat roof was changed into a double-cladding flat roof with the possibility to retain its original thermo-insulating layers with using their potential. The design of reconstruction works, based on detailed diagnostic survey, was realized in 2002 only by constructing another roof cladding, without adding insulations on the original roof construction and envelope of a building. In case of not fulfilling technical conditions specified in the desing of reconstruction works, it is not possible to achieve determined plan, which is confirmed in results of experimental measurements of 2011.

Key words flat roof - plochá strecha, diagnostics of a roof - diagnostika strechy, design of sanation návrh sanácie, sanation of a roof - sanácia strechy

1 ÚVOD Na Katedre pozemného staviteľstva a urbanizmu Stavebnej fakulty ŽU v Žiline sa v rámci výskumu v uplynulom období skúmala metóda sanácie jednoplášťových plochých striech, pri ktorej sa ráta aj s využitím tepelnoizolačného potenciálu pôvodných vrstiev. Najvhodnejšia alternatíva takejto sanácie je zmena pôvodnej jednoplášťovej strechy na dvojplášťovú.. Pri tejto sanácii sa navrhne nový strešný plášť nad existujúcou jednoplášťovou plochou strechou. Tiež sa navrhne spôsob perforovania pôvodného strešného plášťa za účelom postupného vysušovania pôvodných tepelnoizolačných vrstiev, čo po vykonaní sanácie vytvára predpoklad na postupné zlepšovanie tepelno-technických parametrov strechy. Pri sanácii sa musí navrhnúť a zrealizovať aj dodatočné zateplenie strechy v podstrešnom priestore a spôsob prevetrávania podstrešného priestoru v zmysle platných technických predpisov. V roku 2002 bola zrealizovaná sanácia jednoplášťovej plochej strechy zmenou na dvojplášťovú na hlavnej budove SPŠ stavebnej v Žiline vytvorením nového strešného plášťa na drevených väzníkoch v tvare sedlovej strechy bez dodatočného zateplenia podstrešného priestoru tepelnoizolačnou vrstvou v zmysle platných technických predpisov. Vetranie podstrešného priestoru bolo riešené vetracími štrbinami v dolnej časti strešnej konštrukcie pri presahu väzníkov a komínčekmi v hrebeni strechy, obr. 1). Štítové časti podstrešného priestoru boli vymurované.

Ján Rybárik, doc. Ing. PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 010 26 Žilina, slovenská republika, jan.rybarik@fstav.uniza.sk Daniela Štaffenová, Ing. PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 010 26 Žilina, slovenská republika, staffenova@fstav.uniza.sk Juraj Barčiak, Ing. Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 010 26 Žilina, slovenská republika, juraj.barciak@fstav.uniza.sk Marianna Štúňová, Ing. Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 010 26 Žilina, slovenská republika, marianna.stunova@fstav.uniza.sk 87

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Ak sa nedodržia požiadavky technických predpisov v projekte sanácie alebo v štádiu jej realizácie, je sanačné opatrenie spravidla neúčinné. V príspevku uvádzame príklad, keď realizácia sanácie strechy nebola kompletne zrealizovaná a nebola urobená dôsledne.

1.1 Sanácia strechy - r. 2002 Sanácia strechy v roku 2002 nebola z rôznych príčin vykonaná v rozsahu, aký vyžadoval jej technický stav. V tejto etape sanácie nebolo urobené žiadne dodatočné zateplenie podstrešného priestoru na povrch pôvodnej plochej strechy. Skutočná skladba strešnej konštrukcie po tejto etape sanácie je znázornená na obr. 1). Nekompletná sanácia mala nepriaznivý vplyv na prostredie v podstrešnom priestore a na vlhkostné pomery v pôvodných tepelnoizolačných vrstvách, čo je uvedené v ďalšej časti.

1.2 Diagnostika stavu strechy a návrh sanačných opatrení - r. 2002 Hlavná budova SPŠ Stavebnej v Žiline sa začala stavať v roku 1965 a do užívania bola daná v roku 1966, t.j. pôvodná jednoplášťová plochá strecha mala v roku 2002, kedy bola zrealizovaná prvá etapa jej sanácie, už 36 rokov. Počas uvedenej doby nebola na strešnej konštrukcii vykonaná žiadna zásadná zmena, boli na nej vykonávané bežné opravy. Na jeseň 2002, po zmene strechy na dvojplášťovú, bolo v rámci výskumu katedry urobené diagnostické posúdenie konštrukcie pôvodnej jednoplášťovej strechy a nadväzujúcich konštrukčných častí budovy vrátane návrhu ďalších potrebných sanačných opatrení, pričom boli zohľadnené aj faktory vplývajúce na jej životnosť a prevádzku, a to:. • vonkajšie okrajové podmienky (atmosférické vplyvy, zaťaženie konštrukcie a pod.), • vnútorné okrajové podmienky (parametre vnútorného prostredia budovy), • prevádzkové podmienky (vlhkostné pomery), • ekonomické podmienky (náklady spojené so sanáciou, návratnosť investície a pod.), • environmentálne podmienky (ekologická záťaž prostredia a likvidácia odpadov a pod.). Diagnostickým posúdením sa zistilo, že v pôvodnej strešnej konštrukcii priamo na železobetónovom strope bol násyp zo škvary v spáde hrúbky 200 - 450 mm. Ako tepelnoizolačná vrstva boli použité pórobetónové dosky hrúbky 100 mm uložené na násyp škvary. Na ich povrchu bol cementový poter ako vyrovnávacia vrstva v hrúbke cca 15 mm. Vo vrstvách strešného plášťa nebola zistená žiadna parozábrana. Pre kompletnosť sanačného riešenia sa navrhli na účel vysušovania pôvodných vrstiev experimentálne polia s rôznymi rozstupmi perforačných otvorov priemeru 50 mm siahajúcich až po škvarový násyp, resp. polia bez nich. Bolo navrhnuté zateplenie podstrešného priestoru z tepelnej izolácie na báze minerálnych vlákien v hrúbke 200 mm jej voľným uložením na povrch pôvodnej strechy. Vetranie z perforačných otvorov bolo navrhnuté osadením plastových rúrok ich zasunutím do vyvŕtaných otvorov s tým, že budú prestupovať cez tepelnoizolačnú vrstvu a odvádzať vlhkosť z pôvodných vrstiev strechy do podstrešného priestoru. Pre kompletnosť sanácie budovy bolo doporučené zatepliť aj jej obvodový plášť.

1.3 Stav strechy - r. 2011 Pri vizuálnej prehliadke a informatívnych meraniach v podstrešnom priestore v auguste 2011 bolo zistené, že plné debnenie vrchného plášťa bolo na viacerých miestach výrazne zatečené a na povrchu pôvodnej strechy sa na viacerých miestach vyskytovala natečená voda z kondenzátu, čo dáva predpoklad o zvýšenej vlhkosti v podstrešnom priestore, na ktorú vplývajú rôzne podmienky – vonkajšie, vnútorné, prevádzkové a pod. V podstrešnom priestore boli vykonané merania parametrov prostredia a na stanovenie vlhkosti gravimetrickou metódou boli odobraté vzorky z pôvodných vrstiev strešného plášťa –

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

škvary a pórobetónu. Na základe vyhodnotenia nameraných výsledkov hmotnostnej vlhkosti skúmaných vzoriek sa podľa [7] určil praktický súčiniteľ tepelnej vodivosti λw [W/(m.K)], (1) - λw - λs - Zwl - wm

súčiniteľ tepelnej vodivosti vlhkého materiálu [W/m.K], súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu v suchom stave [W/m.K], súčiniteľ materiálu [-], hmotnostná vlhkosť materiálu [%].

Obr. 1) Skutočná skladba strechy po vykonanej nekompletnej sanácii v r. 2002

2 VÝSLEDKY DIAGNOSTICKÝCH PRIESKUMOV V priebehu výskumu v r. 2002 až 2011 sa z experimentálnych polí odoberali vzorky pórobetónu a škvary, ktoré boli podrobené laboratórnym skúškam zisťovania praktickej hmotnostnej vlhkosti wm [ % ] gravimetrickou metódou [3]. Merali sa aj parametre prostredia v poslednom podlaží budovy, vo vytvorenom podstrešnom priestore a vonkajšie podmienky. V dôvodu zhotovenej perforácie pôvodnej strešnej krytiny v experimentálnom poli č. 2 sa hodnoty vlhkosti pórobetónu v priebehu mesiacov máj až október 2003 znížili zo 60,93 na 14,98 % hmotnostných, ale v auguste 2011 bola táto hodnota až 63,71 % hmotnostných. Tab. 1) Priemerné hodnoty hmotnostnej vlhkosti wm stanovené gravimetrickou metódou a hodnoty praktického súčiniteľa tepelnej vodivosti λw materiálov pôvodnej strešnej konštrukcie

materiál Škvara pórobetón

súčiniteľ. tepelnej. vodivosti v suchom. stave - λs [W/m.K] 0,27 0,24

hmotnostná vlhkosť - wm [%] / súčiniteľ tepelnej vodivosti vo vlhkom stave - λw [W/m.K] 11. 2002 5.2003 10.2003 8.2011 42,42 / 0,38 39,63 / 0,37 27,00 / 0,34 30,92 / 0,35 59,50 / 0,55 60,93 / 0,56 14,98 / 0,32 63,71 / 0,58

V auguste 2011 boli v podstrešnom priestore a v miestach vetracích otvorov meraním zistené minimálne hodnoty prúdenia vzduchu. Vetranie podstrešného priestoru bolo nefunkčné, čo bolo spôsobené nevhodným umiestnením a tvarom nasávacích otvorov a nedostatočným množstvom vetracích otvorov v hrebeni, z ktorých viaceré boli upchaté. Nedostatočné prevetrávanie podstrešného priestoru bolo hlavnou príčinou kondenzácie vodných pár na povrchoch konštrukčných častí strechy a najmä prestupujúcich konštrukciách. Kondenzát sa hromadil na povrchu pôvodnej hydroizolačnej vrstvy a mohol voľne zatekať do perforovaných otvorov. Treba konštatovať, že k zvýšeniu vlhkosti pôvodných vrstiev prispelo nedôsledné a nekompletné zrealizovanie sanácie strechy, čo možno vidieť na obr. 2) a 3). 89

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

3 ZÁVER Výsledky experimentálnych meraní v auguste 2011 v nekompletne a nedôsledne urobenej sanácii strechy z roku 2002 svedčia o nefunkčnosti jej realizácie, čo je podložené nielen experimentálnymi meraniami, ale aj teoreticky nasimulované na obr. 2) a 3). Na obr. 4) a 5) je nasimulovaná situácia s navrhovaným zateplením podstrešného priestoru a obvodového plášťa a s funkčným prevetrávaním podstrešného priestoru. Kompletná sanácia strechy v zmysle návrhu dodatočných sanačných opatrení z roku 2002 bola ukončená v druhej etape v roku 2012.

Obr.2) Teplotné polia posudzovanej časti strešnej konštr. po zastrešení priehradovou konštrukciou bez dodatočného zateplenia

Obr.3) Šírenie vlhkosti v posudzovanej časti strešnej konštr. po zastrešení priehradovou konštrukciou bez dodatočného zateplenia

Obr.4) Teplotné polia posudzovanej časti strešnej konštr. po zastrešení priehradovou konštrukciou a dodatočnom zateplení existujúcich vrstiev strešného a obv. plášťa

Obr.5) Šírenie vlhkosti v posudzovanej časti strešnej konštr. po zastrešení priehradovou konštrukciou a dodatočnom zateplení existujúcich vrstiev strešného a obv. plášťa

Literatúra [1] OLÁH, J.: Spoľahlivosť striech prostredníctvom STN: Zborník zo sympózia STRECHY 2008, Bratislava, KKPS a Cech strechárov Slovenska, Bratislava, 2008.

SvF STU

[2] DROCHYTKA, R., VÝBORNÝ, J., KOŠATKA, P., PUME, D.: Pórobeton. VUT Brno, Nakladatelství VUTIUM, Brno, 1999, 152. ISBN 80-214-1476-6. [3] MRLÍK, F.: Vlhkostné pomery stavebných materiálov a konštrukcií. Alfa, Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry., Bratislava, 1985. [4] BLAICH, J.: Poruchy stavieb. JAGA Group s. r. o., Bratislava, 2001. [5] KORENKOVÁ, R.: Vysušovanie tepelnej izolácie plochých striech pri sanácií Dizertačná práca, SvF ŽU Žilina, 2004. [6] STN 73 1901: Navrhovanie striech. Základné ustanovenia. Bratislava : SÚTN, 2005. [7] STN 73 0540-3: Tepelná ochrana budov. Časť 2: Funkčné požiadavky, SÚTN 1994.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

SKLENĚNÉ ŽEBRA VE FASÁDÁCH BUDOV THE GLASS RIBS IN THE FACADES OF THE BUILDINGS Eva Rykalová1

Abstract The paper describes the use of glass elements in the facades. Glass ribs in glass facades are both aesthetic and stiffening element. This paper describes the types of stiffening ribs, their fixing to the facade and concrete example of implementation in practice.

Key words Glass rib, fixing, cladding

Klíčová slova Skleněné žebro, uchycení, obvodový plášť 1

ÚVOD

V moderní architektuře vzrůstá požadavek na transparentní budovy a transparentní konstrukce. Proto se sklo používá jako stavební materiál pro nosné konstrukce jako např. podpory, nosníky, skleněná žebra. Skleněné nosníky a skleněná žebra jsou důležitou nosnou skleněnou části, která přenáší zatížení. Zatížení, které přenášejí skleněné fasády, je složeno ze zatížení vlastní tíhou (vertikální zatížení), tlakem a sání větru (horizontální zatížení). Při realizaci skleněné fasády bez zřetelně patrných ocelových stavebních částí se využívají skleněná žebra. Pro uskutečnění této konstrukce se používá závěsného fasádního zasklení. Primární nosný systém se skládá z ohybově stabilního ocelového rámu. Pro stabilizaci skleněných fasád proti zatížení větrem je využíváno skleněných žeber na vnitřní straně. Skleněná žebra působí jako nosníky a drží celou skleněnou fasádu. Slouží ke stabilizaci vertikálních nárazů a částečně proti zatížení větrem. Obrázek 1 znázorňuje různé provedení skleněných žeber.

Obr. 1) Typy skleněných žeber

Eva Rykalová, Ing.,VŠB-TU Ostrava, fakulta stavební, katedra pozemního stavitelství, Ludvíka Podestě 1875/17, 708 33 Ostrava-Poruba, eva.rykalovasb.cz 91

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 1 znázorňuje různá provedení skleněných žeber: a) stojící skleněná žebra jednodílná b) zavěšená skleněná žebra jednodílná c) zavěšená vícedílná skleněná žebra d) zavěšená dělená skleněná žebra Spojení žeber se skleněnými tabulemi se provádí často bodovým uchycením (Obr. 2), L-úhelníky a bodovými vruty (Obr. 3) nebo pomocí silikonového lepení a šroubového upevnění.

Obr. 2) Bodové uchycení-pavouk

Při bodovém uchycení se nejprve vyvrtá díra, do které se vkládá šroub. Tyto šrouby nemohou být v přímém kontaktu se sklem. Mezi šrouby a sklo se vkládá oddělovací prvek a podložka (např. PVC). Tyto prvky chrání sklo proti poškození šroubem. Při teplotních změnách může docházet k roztahování ocelových konstrukcí, které by mohly narušit skleněné části. Další příčinou poškození skla může být koroze. Při korozi šroubů může docházet k praskání skla. Proti nárazům jsou dělená žebra spojená sešroubovanými ocelovými plechy (Obr. 4).

Obr. 3) Spojení L-úhelníky s bodovými vruty

Obr. 4) Spojení sešroubovanými ocelovými plechy

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

PŘÍKLAD KONSTRUKČNÍHO ŘEŠENÍ SKLENĚNÝCH ŽEBER HERZ-JESU-KIRCHE V MNICHOVĚ

Obr. 5) Pohled na Herz-Jesu-Kirche, Mnichov

Obr. 6) Ocelový nosný systém

U této stavby je využit koncept ocelového nosného systému a závěsných fasádních zasklení. Primární nosný systém stavby se skládá z osmi tuhých ocelových rámu. Každý z ocelových rámu se skládá ze dvou svařených dutých profilů. Skleněná fasáda se skládá z následujících části: • Izolační skleněná tabule • Závěsný profil • Fasádní profil • Horizontální skleněná žebra • Vertikální skleněná žebra

2.1 Horizontální skleněná žebra Horizontální skleněná žebra (Obr. 7) přebírají jako první působení větru v horizontálním směru od skleněné fasády. Fasádní profily a závěsné profily skleněných fasád se spojují s rámy pomocí šroubového spojení. Tímto spojením se přenáší působení větru od izolačních skleněných tabulí přes závěsný profil a fasádní profil do ocelové konstrukce. Horizontální skleněná žebra jsou umístěné přes dvě zasklené části a skládají se z 10/15/10 jednoduchého bezpečnostního skla (tvrzené sklo).

Obr. 7) Horizontální skleněná žebra 93

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

2.2 Vertikální skleněná žebra Vertikální skleněná žebra mají za úkol podporovat horizontální skleněná žebra, která jsou uložena na horní hraně impregnované oceli a z toho se výsledné vlastní zatížení přenáší do závěsného profilu. Vertikální skleněná žebra jsou spojena dvěma šrouby, zavěšena na závěsném profilu na konci uložení horizontálního skleněného žebra. (obr. 8,9). Vertikální skleněná žebra jsou prováděna z 3x12 mm Float skla.

Obr. 8) Vertikalní skleněná žebra

Obr. 9) Stykový bod skleněných žeber

ZÁVĚR

Sklo jako stavební materiál není dodnes považován za stavební materiál nosných konstrukcí. Přesto je stále častěji využíván jako ztužující prvek transparentních konstrukcí. V současnosti nejsou tyto konstrukční prvky přesněji definovány v normách. I přesto lze některé aplikace skla jako nosný prvek vidět už i u nás.

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

HODNOCENÍ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI A VNITŘNÍHO MIKROKLIMATU KRUHOVÉHO DOMU V RAPOTICÍCH ENERGY PERFORMANCE ASSESSMENT AND INDOOR ENVIRONMENT OF A ROUND HOUSE IN RAPOTICE Libor Šteffek1, Jiří Kalánek2, Petr Jelínek3, Milan Ostrý4, Jiří Sedlák5

Abstract This paper handles the measurement of the energy performance and indoor environment of a passive house in Rapotice. There are currently no means in structural practice to evaluate in a sufficiently precise manner the total energy performance of passive houses. Research will be carried out on the basis of this measurement, which will deal with an energetically complex evaluation of a building in connection to the new requirements of national legislation and the new European regulation EPBD II 2012/31/EU. An evaluation of the benefit of renewable energy resources incorporated into a building will also be a component of the research.

Key words Energy performance - energetická náročnost, passive house - pasivní dům, indoor environment - vnitřní mikroklima, renewable resources - obnovitelné zdroje, photothermic fototermika, granulated foam glass - granulát z pěnového skla, straw - sláma, green roof zelená střecha, timber house - dřevostavba. 1

ÚVOD

V současnosti budovy stále reprezentují 40 % celkové spotřeby energie v ČR a v průměru i v zemích EU. Rozsah výstavby budov stále expanduje, což je spojeno s dalším zvýšením celkové energetické spotřeby v rámci zemí EU. V současné době má Česká republika podstatně vyšší energetickou náročnost v sektoru obytných budov, ale i v rámci průmyslových objektů v řadě odvětví a související s efektivním využíváním existující technické infrastruktury v urbanizovaných územích při srovnání s vyspělými zeměmi EU. Snížení potřeb energie v budovách a využívání obnovitelných a alternativních zdrojů v sektoru budov představuje důležitá opatření v rámci hospodaření s energií v budovách, dále opatření nezbytná ke snížení energetické závislosti České republiky na vnějších zdrojích, umožňuje zajištění ochrany životního prostředí v místních i v regionálních klimatických podmínkách. Současná strategie v oblasti úspor a snižování energetické náročnosti budov vyjadřuje nová Směrnice 2010/31/EU přijatá Evropským parlamentem dne 19. května 2010. Požadované snížení celkových potřeb energie o 20% do roku 2020 při porovnání s rokem 1990 má být zajištěno řadou opatření, které zahrnují významný podíl a vyšší využívání obnovitelných zdrojů v budovách. Tato opatření mají důležitou úlohu v posílení bezpečnosti v celoplošném i lokálním zásobování energií v rámci regionů Eurozóny.

Libor Šteffek, Ing., VUT v Brně, FAST, ÚPST, Veveří 331/95, 602 00 Brno, steffek.l@fce.vutbr.cz Jiří Kalánek, Ing., VUT v Brně, FAST, ÚPST, Veveří 331/95, 602 00 Brno, kalanek.j@fce.vutbr.cz 3 Petr Jelínek, Ing., VUT v Brně, FAST, ÚPST, Veveří 331/95, 602 00 Brno, jelinek.p@fce.vutbr.cz 4 Milan Ostrý, Ing., Ph.D., VUT v Brně, FAST, ÚPST, Veveří 331/95, 602 00 Brno, ostry.m@fce.vutbr.cz 5 Jiří Sedlák, doc., Ing., CSc., VUT v Brně, FAST, ÚPST, Veveří 331/95, 602 00 Brno, sedlak.j@fce.vutbr.cz 2

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Splnění vyšších požadavků na úspory energie na základě současně revidovaných národních předpisů a norem, a „připravované“ revize zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření s energií a revize vyhlášky MPO č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov v návaznosti na novou evropskou Směrnici 2010/31/EU vyžaduje nezbytná opatření v oblasti snižování energetické náročnosti budov. V rámci současné stavební praxe je zatím nedostatek zkušeností s environmentálním a energetickým navrhováním budov, které vyžadují ověřování nejen nových technologií, materiálů a technických zařízení ale i nové metody navrhování s pomocí počítačové simulace a ověřování těchto metod na skutečných objektech s využitím výsledků dlouhodobých měření 2

POPIS OBJEKTU

Měření probíhá na pasivním domě v Rapoticích, který je obydlen od října 2011. Jedná se o samostatně stojící rodinný dům bez podsklepení se zelenou extenzivní plochou střechou. Nosná konstrukce stavby se skládá z vnitřního akumulačního vápenopískového jádra a 15 nosných dřevěných sloupů přiznaných v interiéru. Obvodová stěna je z nenosných lisovaných balíků slámy tl. 500 mm z vnitřní i z vnější strany opatřena hliněnou omítku. Na části stavby je z exteriéru provedena větraná fasáda s dřevěným obkladem. Plochá střecha je zateplena lisovanými balíky slámy tl. 800 mm a střed je doplněn foukanou celulózou. Stavba je postavena na ŽB základové desce tl. 250 mm, která je založena na granulátu z pěnového skla tl. 500 mm. V domě je použit fototermický systém s akumulační nádrží o objemu 300 l na vytápění a ohřev teplé vody, VZT jednotka nuceného větrání s rekuperací pro zpětné získávání tepla a akumulační kamna na biopaliva. Stavba je zásobena pouze elektrickou energií.

Obr. 1) Schématický půdorys a řez 1NP

Obr. 2) 3D model kruhového domu v Rapoticích 96

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

ZAMĚŘENÍ VÝZKUMU

• měření spotřeby energie na energetických systémech budovy a parametrů vnitřního prostředí v kontrolované etapě; • modelování a provádění dynamické simulace na základě naměřených okrajových podmínek a hodinových klimatických dat referenčního roku pro danou lokalitu; • vyhodnocení a porovnání dynamické simulace v kontrolované etapě s reálně naměřenou celkovou energetickou náročností PD, vyhodnocení přínosu obnovitelných zdrojů energie a spotřeby pomocné energie; • návrh opatření pro zvýšení energetické účinnosti, optimalizace provozu energetických systémů a vnitřního mikroklimatu PD; • zapojení studentů magisterského programu do vědecké činnosti. Studenti mají tak možnost si ověřit na stavbě závěry výsledků z teoretických diplomových prací. 4

MĚŘENÍ

Před dokončením stavby byl proveden test těsnosti obálky budovy, tzv. blower door test. Zkouška byla provedena studentkou 6. ročníku v rámci její teoretické diplomové práce. Pro stanovení okrajových podmínek dynamického vypočtu, byl v každé místnosti objektu instalován, s ohledem na provozní požadavky uživatelů objektu, alespoň 1 datalogger Omega na měření teploty a vlhkosti (graf.1). Na snímání parametrů teploty a vlhkosti v exteriéru byly instalovaný 2 dataloggery na fasádě objektu (jeden na severní straně a druhý na jižní straně objektu pod přesahem střechy, viz obr.3).

Temperature

Humidity

Dew point

Graf. 1) Ukázka měření parametrů vnitřního mikroklimatu v obývacím pokoji 97

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 3) Datalogger Omega pro měření parametrů venkovního prostředí

Obr. 4) Datalogger Omega pro měření parametrů prostředí v obvodové slaměné stěně

Pro zjištění kvality vnitřního prostředí a kontrolu výměny vzduchu při mechanickém větrání byla instalována 2 čidla pro měření hladiny koncentrace CO2 v obývacím pokoji a v ložnici. Pro měření teplotního pole zeminy v oblasti paty obvodové stěny, postavené na ŽB desce založené na granulátu z pěnového skla, byla osazena teplotní čidla do zeminy před a pod objekt. V rámci vyhodnocení fototermických kolektorů, umístěných na střeše, byla použita řídící regulace UVR61-3 s kalorimetrem. S jeho pomocí se vyhodnocuje energetický přínos kolektorů na celkovou energetickou bilanci stavby. Na střeše je osazeno čidlo pro měření slunečního záření. Ke stanovení spotřeby pomocné energie v celém objektu jsou jednotlivé energetické spotřebiče osazeny měřiči spotřeby elektrické energie. 5

ZÁVĚR

V rámci měření těsnosti obálky budovy objektu Blower door testem se zjistily určité nedostatky v těsnosti obvodovém plášti objektu a došlo k jejich nápravě. Na základě dosavadních měření parametrů vnitřního prostředí lze konstatovat, že vnitřní hliněné omítky svojí schopností regulovat vlhkost nadmíru snížily relativní vlhkost vzduchu v interiéru v zimním období. Dokazují to i uživatelé stavby, kteří si v zimě stěžovali na suchý vzduch. V zimním období napomáhá tomuto problému i použití nuceného větrání s rekuperací bez zpětného získávání vlhkosti z odváděného vzduchu. Komplexní vyhodnocení objektu z hlediska energetické náročnosti a kvality vnitřního mikroklimatu právě probíhá a dochází ke zpracovávání naměřených dat. PODĚKOVÁNÍ

Tento článek vznikl za podpory Specifického výzkumu FAST-J-12-1757 „Modelování a hodnocení energeticky pasivního domu” na fakultě stavební VUT v Brně. Literatura [1] Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU o energetické náročnosti budov. [2] ČSN 73 0540:2:2011 + Z1:2012, Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. [3] Česká republika. Zákon č. 406/2000 Sb.: o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů. [4] Česká republika. Vyhláška č. 148/2007 Sb.: o energetické náročnosti budov. [5] TNI 73 0329. Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění - Rodinné domy. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010 [6] VALEHRACHOVI, Jitka a Petr. RD RAPOTICE: kulatý dům ze dřeva, hlíny a slámy. Kulatý dům [online]. 2008 [cit. 2012-08-24]. Dostupné z: http://www.kulatydum.cz/ [7] Omega engineering. Omega.com [online]. 2003 [cit. 2012-08-24]. Dostupné z: http://www.omegaeng.cz/ 98

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

VZDUCHOTĚSNOST OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ DŘEVOSTAVBY NA BÁZI SLAMĚNÝCH BALÍKŮ A HLINĚNÝCH OMÍTEK AIRTIGHT OF EXTERNAL CLADDING TIMBER CONSTRUCTION ON THE BASIS OF STRAW BALES AND CLAY PLASTERS Jiří Teslík1, Barbora Hrubá2

Abstract It is possible to provide a low air exchange rate in the building envelope of straw bales and clay plasters without any added layers? This article is focused on the evaluation of construction detail in terms of air exchange rate and airtightness of the building envelope.

Key words Straw bale, slaměný balík; air exchange, výměna vzduchu; airtightness, vzduchotěsnost; 1

ÚVOD

V současné době se stále více setkáváme ve stavebnictví se slaměnými balíky. Ty jsou využívány jako kusové stavivo převážně ve výstavbě rodinných domů. V konstrukci budov mohou slaměné balíky plnit funkci tepelně izolační, výplňovou a i nosnou. Stavitelé slaměných domů se většinou snaží využívat v co největší míře přírodní a recyklovatelné stavební materiály a hledají možnosti, jak a čím nahradit obvykle používané materiály a prvky vyráběné průmyslově. Tato snaha sebou nese riziko, že hotový objekt nebude splňovat požadavky legislativy například z hlediska tepelné ochrany budov, nebo hodnoty intenzity vzduchu n50. Právě na hodnocení obálky slaměných staveb z hlediska vzduchotěsnosti je tento článek zaměřen.

1.1 Popis měřených objektů Hodnocení vzduchotěsnosti obálky slaměných staveb bylo provedeno na trojici rodinných domů zařízením Minneapolis Blower Door (Pavel Oravec, Maroš Němec, Barbora Hrubá). Měřeno bylo metodou B dle EN 13829. Pro detekci netěsností v obálce budov byla použita termografická detekce za pomocí zařízení ThermaCAM B4 (Zdeněk Peřina). Nosná konstrukce rodinných domů je tvořena lehkým dřevěným skeletem. Jako výplňová a tepelně izolační vrstva byla použita sláma. Přesněji slaměné balíky. Balíky slámy jsou vloženy mezi nosné sloupky lehkého dřevěného skeletu a tvoří i tepelně izolační vrstvu ve střechách obou objektů. Střechy jsou navrženy jako dvouplášťové. Obvodové konstrukce zkoumaných objektů jsou navrženy jako difúzně otevřené. Zároveň nebyly použity další vzduchotěsné vrstvy, např. parozábrany, nebo protivětrové folie. Vzduchotěsnost obvodového pláště tak zajišťují pouze vnitřní a vnější hliněné omítky a těsnění prostupů pláštěm budovy.

Obr. 1) RD Hostišová, pohled na objekt a konstrukce obvodového pláště. 1 2

Jiří Teslík, Ing., VŠB TUO, FAST, katedra 225, Ludvíka Podéště 1875, Ostrava, jiri.teslik@vsb.cz Barbora Hrubá, Ing., VŠB TUO, FAST, katedra 225, Ludvíka Podéště 1875, Ostrava, barbora.hruba@vsb.cz 99

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 2) RD Ivanovice na Hané, pohled na objekt a nosnou konstrukci.

Obr. 3) RD Hradčany u Tišnova.

VYHODNOCENÍ MĚŘENÍ

2.1 Měření RD Hostišová Měření proběhlo 25. ledna 2012 od 10:00 hod. Venkovní teplota vzduchu se pohybovala mezi +1 až +3 °C, teplota vzduchu v interiéru klesla během měření z +24 °C na +18 °C, bylo polojasno a rychlost větru 1 m/s. Dům neměl dokončeny omítky a vnitřní podlahy. Tab. 1) Hodnota intenzity výměny vzduchu RD Hostišová

RD Hostišová

VŠB – TU Ostrava -1 n50 [h ] 11,48

TU Košice -1 n50 [h ] 12,07

Obr. 4) Tepelný most v dolním rohu místnosti způsobený nekvalitním provedením povrchové úpravy nezákladového zdiva.

Obr. 5) Netěsnosti v místě prostupu stropního nosníku obvodovým pláštěm. Prostup není nijak těsněn. 100

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

2.2 RD Ivanovice na Hané Měření proběhlo 25. ledna 2012 od 13:00 hod. Venkovní teplota vzduchu se pohybovala mezi +1 až +3 °C, teplota vzduchu v interiéru klesla během měření z +18 °C na +14 °C, bylo polojasno a rychlost větru 1 m/s. Proběhlo zatěsnění komínu krbu nafouknutím balonku do kouřovodu. Dále byly utěsněny všechny vnitřní odpady přelepením páskou. Těsnil se rovněž prostor pod prahem a nalezené otvory v dělicí stěně. Dům neměl dokončeny vnitřní omítky ani podlahy. Tab. 2) Hodnota intenzity výměny vzduchu RD Ivanovice na Hané

RD Ivanovice na Hané

VŠB – TU Ostrava -1 n50 [h ] 7,12

TU Košice -1 n50 [h ] 7,13

Obr. 6) Prostup stropního trámu vnější stěnou dobře utěsněný ovčí vlnou.

Obr. 7) Netěsnost v místě nedokončeného těsnění prostupu stropního trámu.

2.3 RD Hradčany u Tišnova Měření proběhlo 4. dubna 2012 od 9 hod. Venkovní teplota vzduchu se pohybovala mezi +12 až +15 °C, teplota vzduchu v interiéru byla během měření 19 °C, bylo polojasno a rychlost větru 1 m/s. Proběhlo zatěsnění komínu krbu nafouknutím balonku do kouřovodu. Dále byly utěsněny všechny vnitřní odpady přelepením páskou. Tab. 3) Hodnota intenzity výměny vzduchu RD Hradčany u Tišnova

RD Ivanovice na Hané

VŠB – TU Ostrava -1 n50 [h ] 6,35

TU Košice -1 n50 [h ] -

101

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

Obr. 8) Prostup stropních trámů obvodovým pláštěm těsněný těsnícími páskami.

Obr. 9) Netěsnost ve velmi problematickém detailu napojení stropních trámů v rohu objektu.

ZÁVĚR

V průběhu měření a při vyhodnocení výsledků byly detekována riziková místa, kde nejčastěji dochází k netěsnostem. Patří zde zejména prostupy stropních a střešních trámů obvodovým pláštěm. Bylo také možno porovnat různé způsoby těsnění problémových detailů. U RD v Hostišové nebylo provedeno těsnění prostupů. V těchto místech proto docházelo v průběhu měření k masivní infiltraci, viz. Obr. 5). RD v Ivanovicích na Hané by měl po svém dokončení dosáhnout pasivního standardu. Problémová místa jsou těsněna ovčí vlnou. Na Obr. 6) a Obr. 7) je jasně vidět velmi dobrá účinnost tohoto opatření a dá se předpokládat, že po svém dokončení bude hodnota n50 ≤ 0,6 h-1 [1]. RD v Hradčanech u Tišnova nebyl budován jako pasivní. Riziková místa byla těsněna těsnícími páskami. S jejich účinností však investor nebyl spokojen a proto v současné době provádí dodatečné těsnění ovčí vlnou. Problematické zajištění těsnosti obálky RD je dáno i použitím rostlého řeziva pro stropní trámy. Nerovný tvar trámů spolu se složitými detaily například v rozích, viz. Obr. 9) znesnadňuje dokonalé utěsnění. Klíčové z hlediska zajištění vzduchotěsnosti je i dokonalé provedení hliněných omítek, které tvoří hlavní vzduchotěsnou vrstvu objektů. Omítky musí být provedeny bez prasklin a pečlivě napojeny na přilehlé konstrukce. Slaměné stavby se často poměřují se stavbami postavenými tradičními technologiemi. Při pečlivém provedení hliněných omítek a všech detailů, s důrazem na vzduchotěsnou obálku, mohou dosahovat i v této oblasti standardu pasivních domů. Literatura [1] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky, ÚNMZ 2011, 10/2011

102

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

HUMIDITY IN THE CAVITIES OF CERAMIC TILES Juraj Žilinský1Jozef Lipiak2

Abstract This article discusses the issue of spatial distribution of moisture and water vapor diffusion in the cavities of the ceramic blocks. The issue of distribution of moisture and water vapor diffusion in ceramic masonry with hollow, is not yet satisfactorily explained, because in this article describes the possibility of the spread of moisture and water vapor diffusion under the effect of different factors impact on the spread.

Keywords: ceramic tiles, vertical direction, the cavity, moisture. 1

INTRODUCTION

Humidity of building materials in constructions is a very important factor that determines the suitability of building materials. Humidity affects not only the quality of material, but also the whole building. It is an important factor affecting the hygiene and living environment of thermal comfort. Especialy affects for the thermal conductivity and thermal resistance of the structure. It is necessary to know the equivalent of conductivity thermal-humidity transport in mansory horizontally and vertically directions according to character and orientation of thermal and humidity flow from exterior to interior. 2

MOISTURE TRANSPORT MECHANISMS IN CERAMIC TILE

If we talk about modern computational processes describe moisture transport in the cavities of the ceramic tiles is necessary to review existing knowledge of transport mechanisms and their potential. Transport of moisture due to water vapor diffusion in the ceramic tile to complement the effect of capillary moisture management and transport of surface diffusion and the influence of humidity. Given that these phenomena are different triggers the opposite phenomenon may occur as expected, This assumption is expressed as follows: g= gv+ gl (1) where: gv describes the diffusion of water vapor and convection of water vapor and gl is spread by capillary moisture management. (2) (3)

Doc. Ing. Juraj Žilinsky, PhD, Faculty of Civil Engineering, Slovak Technical University in Bratislava, Department of Building Structures, Radlinského 11, 811 07 Bratislava 1, juraj.zilinsky@stuba.sk 2 Ing. Jozef Lipiak, , Faculty of Civil Engineering, Slovak Technical University in Bratislava, Department of Building Structures, Radlinského 11, 811 07 Bratislava 1, 103

36. mezinárodní vědecká konference kateder a ústavů pozemního stavitelství

where: g - density of moisture flow [kg/(m2.s)], μ(φ) - diffusion resistance factor depending on the material moisture [-], δa(T) - diffusion coefficient of water vapor in the air depending on temperature [kg/(m.s.Pa),s], pv - partial pressure of water vapor [Pa], ga - flux density of air [kg /(m2.s)], ρa - air density [kg/m3], T - thermodynamic temperature [K], RH2O - constant for water vapor [J/(kg.K)], (462 J/(kg.K)), λm,l - moisture conductivity of the capillary transport [kg/(m.s.Pa), s], s - absorb [Pa]. 3

DIFFUSION OF WATER VAPOR IN THE CERAMIC TILE

The reason for water vapor diffusion is gradient of the partial water vapor pressure. Diffusion of water vapor carried is going over air-filled part of the pores, capillaries, and also through the air cavity in ceramic tiles, and is dependent on the porosity and the shape of hollow ceramic tiles. The kinetic theory of gases we describe the spread of molecules in gas mixtures using equations containing three potential spread of water vapor, namely: the mass fraction, temperature and total pressure. Instead, the partial pressure of water vapor is often used to calculate the diffusion of water vapor concentration of fumes. In the case of non-isothermal conditions is unacceptable. Only in the large pores of the material may be diffusion in porous building materials compared to the diffusion of water vapor in the air, and thus the cavity in ceramic tiles. 4

CONCLUSION

Complex solution of composite partial differential equations describing all the factors that influence the spread of water vapor diffusion in space simultaneously does not exist yet. It's the fact that it is a system of nonlinear equations that can be solved only numerically. These solutions are not exact due to the uncertainty of entering influences such a wide definition system. Due to the complexity of these parameters and their solutions, as well uncertainty of input data and boundary conditions, arise and improved tools to solve problems not only water vapor diffusion in ceramic tile, but also in building construction for particulate levels. ACKNOWLEDGMENT

Work was supported by Grant Agency of the Ministry of Education project VEGA no. 1/0281/12. References [1] [2]

104

Matiašovský, P., Veselský, J., Koronthályová, O., gunsmith, A.: Complex heat transfer, air and water in the building construction, STU Bratislava (2007). Schijndel, van A.W.M.: 2D AND 3D HEAT AND MOISTURE (HAM) MODELING, Building and Environment 38 pp319-327 (2010).

Û²»®¹»¬·½µ§ &-°±®²7 ¾§¼´»²3

³»¦·²?®±¼²3¸± µ±´¿ò

Û²»®¹»¬·½µ§ &-°±®²7 ¾§¼´»²3

¿®½¸·¬»µ¬«®§ ¿ -¬¿ª»¾²3¸± ·²‚»²#®-¬ª3 - ²?¦ª»³ ò éëð ÛËÎô ïððð ÛËÎ ¿ ïëðð ÛËÎò

Ü·ª·¦» ×-±ª»® Í¿·²¬óÙ±¾¿·² Ý±²-¬®«½¬·±² Ð®±¼«½¬- ÝÆ ¿ò-ò ·²º±à·-±ª»®ò½¦ èðð ×ÍÑÊÛÎ øìéê èíé÷

©©©ò·-±ª»®ò½¦

Ò»¶ƒ·®ƒ3 ²¿¾3¼µ¿ ¬»°»´²#½¸ô ¦ª«µ±ª#½¸ ¿ °®±¬·°±‚?®²3½¸ ·¦±´¿½3

-» -§-¬7³§ Î·¹·°-

Í?¼®±µ¿®¬±²±ª7 -§-¬7³§ ¿ °±¼¸´»¼§

òòò ²±ª±« ¼»-µ±« - µ±²¦±´±ª#³ ¦¿¬3‚»²3³ ¿‚ èð µ¹ò

Æ¿¬»°´»¬» -ª7 ¸²3¦¼±

Wienerberger rozšiřuje úspěšnou řadu cihel plněných vatou o POROTHERM 30 T Profi - Nízkoenergetické a pasivní domy s cihlou o tloušťce 30 cm bez nutnosti dodatečného zateplení - Snadná manipulace a rychlejší výstavba domu Praha, 30. 8. 2012 – Po úspěších cihel plněných minerální vatou POROTHERM 36,5 T Profi a POROTHERM 42,5 T Profi přichází na trh nová cihla, kterou ocení především stavebníci rodinných domů s nízkou energetickou náročností. Cihla plněná minerální vatou POROTHERM 30 T Profi s velmi nízkým součinitelem prostupu tepla U = 0,22 W/(m2K) rozšiřuje variabilitu staveb z cihel plněných minerální vatou.

POROTHERM 30 T Profi přichází na trh

Řada POROTHERM T Profi Revoluční cihelné zdivo POROTHERM T Profi představuje moderní stavební materiál, který účinně spojuje vlastnosti dvou tradičních přírodních materiálů – pálené hlíny a tepelného izolantu (minerální vaty). Umožňuje tak jednoduchou a rychlou výstavbu nízkoenergetických a pasivních domů bez nutnosti dodatečného zateplení fasády. Úspory nákladů na zateplení fasády a následné vytápění domu jsou značné. Zdivo umožňuje prostup vodních par, vytváří předpoklad pro zdravé a příjemné bydlení.

Řada POROTHERM T Profi pro nízkoenergetické a pasivní bydlení

Nová cihla POROTHERM 30 T Profi vyhoví novým legislativním požadavkům Cihla POROTHERM 30 T PROFI je spojením keramického střepu o vysoké pevnosti s 20-ti centimetry minerální vaty. Zdivo z cihel POROTHERM 30 T Profi s 3 cm omítky z tepelněizolační malty dosahuje U = 0,22 W/(m2K). Vyhovuje tak požadavkům na výstavbu nákladově optimálních domů podle nové legislativy od roku 2013. Zdivo z těchto cihel vyniká i výbornými akumulačními vlastnostmi – v zimě brání rychlému vychladnutí domu, v horku naopak zabraňuje přehřátí.

POROTHERM 30 T Profi s vynikajícími tepelněizolačními vlastnostmi

Rychlejší výstavba domu Stavebníci ocení nízkou hmotnost jednotlivých cihel (12,1 kg), která jim usnadní práci. Technologie zdění na tenkovrstvou maltu pak zrychluje samotnou výstavbu domu. Nižší tloušťka obvodového zdiva (30 cm) zvětší obytnou plochu místností domu. Cihly POROTHERM 30 T Profi jsou k dispozici v podobě celých cihel a půlek. Ceníková cena je 73 Kč/ks. Více informací najdete na www.porotherm.cz Pro další informace kontaktujte: Lucie Bukovanská, Botticelli s. r. o. T.: +42 602 426 628| lucie.bukovanska@botticelli.cz

Snadná manipulace

SBORNÍK KONFERENCE - 36. MEZINÁRODNÍ VĚDECKÁ KONFERENCE KATEDER A ÚSTAVŮ POZEMNÍHO STAVITELSTVÍ – BRNO 2012 Kolektiv autorů

Text neprošel odbornou ani jazykovou úpravou. Kvalita obrázků, grafů a schémat je závislá na kvalitě dodaných materiálů. Za původnost a správnost příspěvků odpovídají autoři.

Vydavatel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Veveří 331/95, 602 00 Brno Vytiskl: Leopold Vyšenka L. V. Print, Stará Tenice, 686 01 Uherské Hradiště Náklad: 70 výtisků Vydání první Vyšlo v září 2012

ISBN 978-80-214-4536-9