Sborník – Stavební fyzika v pozemním stavitelství: teorie a praxe by OKTAEDR

Odborný garant Doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D.

Vědecký a organizační výbor Ing. Roman Brzoň, Ph.D. Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D. Ing. Jana Kosíková Ing. Jan Müller, Ph.D. Doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D. Ing. František Vajkay, Ph.D.

STAVEBNÍ FYZIKA V POZEMNÍM STAVITELSTVÍ: TEORIE A PRAXE Sborník z konference 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: Ing. Vladislav Pokorný – LITERA BRNO, Tábor 43a, 612 00 Brno Náklad: 50 výtisků Vydání první Vyšlo v dubnu 2014 ISBN 978-80-214-4926-8 2

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.,

•

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

Obsah Vlastnosti a využití transparentního betonu ................................................................................. 5 Vliv mechanického kotvení ploché střechy na zvyšování teploty v interiéru v letním období ... 9 Analýza tepelných mostů převislých konstrukcí objektů panelové soustavy T 06 B ................ 12 Výpočtová optimalizace tvaru a vnitřního uspořádání cihelné tvarovky pro jednovrstvé zdění s provedenou výplní dutin............................................................................................................. 18 Příčiny a řešení vlhkosti zdiva ................................................................................................... 23 Určení průměrného součinitele tepelné vodivosti termoizolačního částicového kompozitního dílce metodou komparace........................................................................................................... 28 Zhodnocení vlivu nástavby na denní osvětlení místnosti v sousední budově............................ 32 Vliv barevných a odrazivých ploch na činitel denní osvětlenosti v místnostech s trvalým pobytem osob ............................................................................................................................. 36 Výpočtové vyhodnocování kapilární vodivosti stavebních materiálů z nepřímých měření ...... 40 Vliv typu použité parotěsnící vrstvy u montovaných konstrukcí............................................... 46 Způsoby stanovení koeficientu emisivity reflexní izolace a jeho vliv na tepelný odpor ........... 49 Integrace PCMs a sálavého kapilárního chlazení / vytápění k zajištění tepelné pohody........... 53 Některé problémy vznikající ve stavební praxi u okenních otvorů............................................ 57 Vliv zeminy na průběh teplot ve vegetační střeše ...................................................................... 61 Poruchy systémov ETICS spôsobené vtáctvom z hľadiska tepelnej techniky .......................... 65 Nepálená hlína v interiéru .......................................................................................................... 70 Diagnostika kročejového zvuku stropních konstrukcí v bytovém domě ................................... 75 Vliv typu použité parotěsnící vrstvy u montovaných konstrukcí............................................... 79 Optimalizace podlah v mokrých provozech ............................................................................... 82 Konstrukční detaily z druhotných surovin ................................................................................. 86 Vysušování sklepních prostor Filozofické fakulty v Brně ......................................................... 90 Vliv zjednodušení geometrie modelu v tepelně-technických výpočtech. .................................. 94 Hnací síly přirozené ventilace .................................................................................................... 97 Vliv vlhkosti na tepelně technické vlastnosti zatepleného zdiva ............................................. 103 Volba vhodného zasklení a sledování vlivu jeho parametrů .................................................... 107 Parametry vnitřního prostředí sakrálních staveb z pohledu tepelné techniky.......................... 111 Stanovení koeficientu kapilární absorpce ................................................................................ 115

Vlastnosti a využití transparentního betonu Berousková. D.* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : berouskova.d@fce.vutbr.cz Klíčová slova: transparentní beton, průsvitný beton, optická vlákna, přenos světla materiálem

1. ÚVOD

architektů po transparentní architektuře.

Již před několika desítkami let, při počátcích používání betonu byl tento materiál často odsuzován za jeho chladný vzhled a vysloužil si nedůvěru kvůli rychlé urbanizaci v šedesátých letech minulého století. Od té doby učinil beton značný vývoj a to nejen z technického hlediska, ale také z hlediska estetického. Dnes již nebývá označován za těžký, studený a šedý materiál, jako to bývalo v minulosti, ale je považován za krásný a poddajný materiál. Beton se tak naučil přizpůsobit se téměř všem novým výzvám, které se objevily. Koncept průhledného betonu poprvé představil v roce 2001 maďarský architekt Aron Losonzi. První průsvitný betonový blok byl vyroben v roce 2003 a vznikl smícháním velkého množství skelných vláken do betonu. Tento produkt byl pojmenován LiTraCon.

Obr.1

PRODUKT

LITRACON (light transmitting concrette)

FORMA

Prefabrikované bloky/ panely

SLOŽKY

Beton, optická vlákna

PODÍL VLÁKEN

3 až 5 objemových %

PRŮSVITNOST OBJ. HMOTNOST PEVNOST V TLAKU PEVNOST V OHYBU TLOUŠŤKA VELIKOST BLOKŮ POVRCH TEPELNÁ IZOLACE BARVA

Tab.1

3% 2400 kg/m3 32 až 49 MPa (v závislosti na směru tlaku) 7,7 MPa (při použití jako pochozí dlažba) 20 až 500 mm Max. 400 x 1200 mm Leštěný Možná Šedá, bílá, černá

Vlastnosti transparentního betonu

2. MATERIÁL A METODIKA Pro výrobu transparentního betonu se používají dva základní materiály. Jde o spojení jednoho z nejdůležitějších stavebních materiálů a materiálu z odvětví optického přenosu světla. Použití betonu má několik výhod. Jeho vývoj jde stále dopředu, může mít libovolný tvar, obsahuje suroviny s nízkými náklady a je jednoduchá výroba. Optické vlákno má velice dobré světelně vodivé vlastnosti, které můžou být uspořádány tak, že přenášejí světlo jak ze slunečního záření, tak i z umělého zdroje světla. 2.1 Optické vlákno Optické vlákno je skleněné nebo plastové vlákno, které prostřednictvím světla přenáší

Logo LiTraCon

Byl vytvořen betonový transparentní materiál, který umožňuje propouštění až 80 % světla. Průsvitný beton může být odpovědí na poptávku 5

signály ve směru své podélné osy. Optické vlákno je výsledkem aplikace vědeckých poznatků v inženýrství. Používají se k přenosu signálů nebo i přenosu světla. Vlákna jsou pak balena ve svazcích a mohou být také využity k přenos obrazu.

mikrometrů. To má velký úhel odrazu, což vede k menšímu prodloužení dráhy paprsku.

2.2 Typy optických vláken Existují dva základní typy optických vláken: • Mnohavidové optické vlákno (multimode) je druh optického vlákna, který je používán k přenášení světelného signálu na krátké vzdálenosti a má velký průměr jádra (více než 10 mikrometrů). Rozdělují se na dvě skupiny: 1. Se skokovým indexem lomu (step index) Paprsky světla jsou vedeny podél jádra pomocí totální reflexe. Mezní úhel pro totální odraz je určený rozdílem indexu lomu jádra a pláště. Toto optické vlákno se převážně používá na krátké vzdálenosti. Nevýhodou je vidová disperze, která omezuje šířku přenášeného pásma. 2. S gradientním indexem (graded index) Index lomu se zmenšuje vzdáleností od středu vlákna. To je tvořeno z tisíce tenkých vrstev, které se liší indexem lomu. Paprsek opisuje sinusovou křivku, což snižuje vidovou disperzi. Výhodou je menší zkreslení, protože jednotlivé paprsky dojdou na konec vlákna téměř ve stejném časovém okamžiku. • Jednovidové optické vlákno (singlemode) je druh optického vlákna, který je používán pro přenos dat na větší vzdálenosti, protože mají nejlepší parametry pro optické přenosy. Průměr jádra se pohybuje okolo 8 až 10

Obr.2

Typy optických vláken

2.3 Princip Průhledný nebo průsvitný beton funguje na bázi „Nano-optického“ přenosu. Optickými vlákny prochází od zdroje světla světelný tok, který je šířen plastovými vlákny. Na jejich koncích je pak světlo rozptylováno do prostoru. Vlákna probíhají přes celou šířku konstrukce betonu v libovolném směru. 2.4 Konstrukce Průhledný beton je tvořen jemnozrnným betonem a průsvitnými vlákny, které tvoří vrstvu v prefabrikované tvárnici. Relativně malý počet průsvitných vláken zaručuje stejné vlastnosti, jako má vysoko pevnostní beton. Téměř bezztrátový přenos světla optických vláken umožnuje vidět stíny i barvy skrz velmi tlustou betonovou zeď. Může být vyráběn ve stavebních blocích či panelech. Optická vlákna jsou velmi malá a vmíchávána přímo do betonu a tvoří jednu z příměsí betonu, který nakonec vytvoří jednotný celek. Tímto způsobem se nevytváří různorodý materiál, ale úplně nový materiál, který je homogenní. Optická vlákna vedou světlo napříč betonovým blokem. Díky jejich hustému uspořádání se světelná informace přenáší z jedné strany bloku na druhý bez žádné změny, jak v ostrosti tak barevném podání.

Obr.3

2.7 Výhody a nevýhody Hlavní výhodou průsvitného betonu je viditelnost textury na velkou vzdálenost u větších objektů. Světlo je šířeno stěnou, proto v interiéru není třeba využívat tolik elektrické energie pro osvětlení místností. Toto má vliv na celkovou úsporu energie a ochranu životního prostředí. Nevýhodou je vysoká cena, kvůli použití optických vláken. Betonové prvky jsou náročné na výrobu a je třeba odborně proškolených pracovníků.

Konstrukce transparentního betonu

2.5 Výrobní proces Výroba transparentního betonu je téměř stejná jako výroba klasického betonu. Jediná odlišnost je v rozprostírání optických vláken v ještě neztvrdlém betonu. Menší nebo tenčí vrstvy umožnují zvýšit množství přenášeného světla. Beton se tvoří po tenkých vrstvách (zhruba 2 – 5 mm), která jsou navzájem propojená. Tisíce optických vláken mohou přenášet přírodní nebo umělé světlo. V betonu je obsaženo mezi 4 a 5 % optických vláken. Průměr optických vláken se pohybuje mezi 2 µm až 2 mm, podle potřeb přenosu světla. Používají se převážně smotaná vlákna namísto jednotlivých vláken. Následný odlitek je nařezán do panelů nebo bloků s určitou šířkou a specifickým povrchem (od matných po vysoce lesklé)

Obr.4

Stěna z transparentního betonu

3. VÝSLEDKY A DISKUZE V dnešní době již není výjimečné, když se postaví dům, který má jednu stěnu celou prosklenou, kvůli nádhernému výhledu. Pokud není výhled, proč si nepostavit zeď z průsvitného betonu a mít něco výjimečného? Přes den pustí průsvitný beton světlo dovnitř a tím pomůže osvětlit i stinná místa, naopak večer, můžeme využít venkovního světla k osvětlení zahrady, či příjezdové cesty a tím i prosvětlit místnost uvnitř domu. Také není problém si nechat předpřipravit určité grafické vyobrazení, takže například siluetu rodiny či známé osobnosti. Zajímavý efekt by mohlo mít zakroucení optického vlákna, takže by nebyl kolmo ke zdí, ale jeho konce by

2.6 Využití Využití najde tento beton jako venkovní i vnitřní zdi. Pro venkovní prosluněné stěny se vyplatí používat zdi s východní, jižní či západní orientací. Dále lze průhledný beton využit na podlahy, kdy za denního světla vypadá jako normální podlaha, ovšem po západu slunce se podlaha rozjasní různými barvami. Pro jeho všestrannost je možné ho požít jako designový prvek v nepřeberném množství variant. 7

byly vůči sobě posunuté. Nejen, že by vznikali zajímavé obrazce, ale tím by siluety vypadaly podobně jako na obrazech Salvadora Daliho. Systém Litracon, díky použití optických vláken, neumožnuje přemalování průsvitné stěny. Zamalovali by se tím vstupy a výstupy optických vláken. Pokud bychom odmítali betonově šedou zeď, je možné obarvit beton již při jeho výrobě. Barva takovéto zdi už však nejde změnit. Zateplení průsvitné stěny také není možné, protože by pak postrádala vlastnosti, kvůli kterým byla navržena. Dále využívání železných výztuh, elektrických, vodních či plynových potrubí by na jednu stranu usnadňovalo práci opravářům, na druhou stranu by kazilo celý efekt průsvitného betonu a s těmito prvky by se již muselo počítat při výrobě.

soukromí vězňů, ale dozorci by měli přehled, jestli se některý z nich nesnaží uniknout či nedochází k šarvátce mezi jednotlivými vězni. Průsvitný beton neztrácí při aplikaci optických vláken svou pevnost a je srovnatelný s klasickým betonem, jeho hlavní předností je však uplatnění jako estetický prvek pro originální výraz budovy. Průsvitný beton je budoucnost chytrého využití světla v kombinaci s designem.

LITERATURA Z. Zhou, J.P. Ou, and B. Wang. Smart FRP-OFGB Bars and Their Application in Reinforced Concrete Beams. Proceedings of the First International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Structure, Japan: 861~866, 2003. F. Ansari. Practical Implementation of Optical Fiber Sensors in Civil Structural Health Monitoring. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 18(8):879-889, 2007. Jianping He, Zhi Zhou, JinpingOu, Minghua Huang, “Study on Smart Transparent Concrete Product and Its Performances”, Dalian, China, 2011. http://litracon.hu/ http://technik.ihned.cz/c1-20399770-pribeh-p rusvitneho-betonu http://en.wikipedia.org/wiki/Translucent_conc rete http://cs.wikipedia.org/wiki/Optick%C3%A9 _vl%C3%A1kno http://www.lucem.de/ http://beta.slashdot.org/story/43996 http://www.lbm-licht.de

4. ZÁVĚR Průhledné bloky mohou být použity mnoha různými způsoby a implementovány do mnoha designových forem. Přesto jejich velkou nevýhodou bude vysoká cena. Ta však rozhodně neodradí architekty a designéry od jeho používání pro luxusní sídla a interiéry. Použití takového materiálu je známkou vkusu, originality a evoluce umění a materiálů. Jakákoli betonová konstrukce s náznakem transparentnosti kolemjdoucího člověka zaujme a donutí ho otočit hlavu a žasnout. Kromě estetického hlediska lze využít transparentní beton i jako bezpečnostní prvek. Velká sídla obvykle mívají zabezpečení v podobě vysoké zdi místo oplocení. Pokud by však tyto stěny byly průsvitné, majitel by okamžitě věděl, zdali se mu nesnaží vylézt na zeď. Využití stěn z průsvitného betonu by bylo vhodné i ve věznicích, kdy by bylo částečně zachováno

Vliv mechanického kotvení ploché střechy na zvyšování teploty v interiéru v letním období Bogárová, M.* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : bogarova.m@fce.vutbr.cz Klíčová slova : tepelný most, plochá střecha, mechanické kotvení

1. ÚVOD Na ploché střechy působí několik typů zatížení, z nichž nejpodstatnější je sání větru. Na účinky sání větrů je nutné navrhnout stabilizaci střešního souvrství s ohledem na vstupní parametry konkretního objektu. Nejčastěji používaným způsobem stabilizace mimo lepení, natavení a přitížení je mechanické kotvení. Je obecně známo, že pouze mechanické kotvení je z fyzikálního hlediska zdrojem zvýšeného tepelného toku a v zimním období vede ke snížení součinitele prostupu tepla konstrukce vlivem bodových tepelných mostů. Tento stav bývá částečně kompenzován používáním vhodných kotevních prvků, jež spočívají v použití kombinace kovových šroubů a plastových teleskopů, které přeruší prostřednictvím vzduchové dutiny teplotní tok kovovými kotevními prvky. U celokovových kotevních sestav je tepelný tok nejvýraznější vzhledem k přirozeným vlastnostem kovu což je vodivost materiálu. Tyto prvky nevedou však jen chlad v zimních měsících ale i teplo v letních měsících do interiéru. Teplota na vnějším povrchu ploché střechy v letním období při slunných dnech běžně dosahuje teploty 80-90 °C. Vedení tepla je zprostředkováno kotvami do masivní stropní konstrukce, která má oproti bezkotevnímu systému výrazně vyšší teplotu. Důležitým vstupním faktorem je i počet kotevních prvků v jednom metru čtverečním

střechy. Předmětem článku je zhodnotit vliv mechanického kotvení prostřednictvím celokovových kotevních prvků na teplotu v interiéru právě v letním období. Jako běžné základní opatření proti přehřívání místností se používá zastínění okenních otvorů pomocí svislých či vodorovných prvků. U ploché střechy je řešením například provedení vegetačního souvrství nad hlavní vodotěsnící vrstvou ploché střechy jež zajistí snížení teploty níže umístěných vrstev vzhledem k přirozeným vlastnostem zeminy a vegetace. Toto řešení se v projektové dokumentaci často vyskytuje avšak z finančních důvodů je od něj při vlastní realizaci upouštěno. Pak dochází v interiéru objektu ke zcela jinému teplotnímu procesu než jak bylo předpokládáno a větší výskyt kotevních prvků tento stav ještě zhoršuje.

2. MATERIÁL A METODIKA Plochá střecha je nezanedbatelným zdrojem tepelného toku ať už v zimním čí letním období. Bodové tepelné mosty způsobené mechanickým kotvením mají z hlediska zimního období již definovanou charakteristiku. Nicméně je nezanedbatelná ani jejich účast v letním období na vytváření klimatu v interiéru. Pro vyjádření tohoto stavu v letním období je nutné nejprve uvažovat konkrétní skladbu střešního pláště pro určení fyzikálních parametrů viz. Tabulka 1.

Tab. 1 Skladba střechy Vrstva Tloušť Λ ka [W/mK] [mm] Omítka 0,015 0,8 ŽB 200 1,74 Asfaltový pás 4 0,21 EPS 150S 200 0,035 Asfaltový pás 4 0,21 Asfaltový pás 4 0,24 Součinitel prostupu tepla takto nevržené skladby U= 0,14 W/m2K. Potom tepelný tok v letním období q= 8,94 W/m2 při uvažování 80°C na vnějším povrchu ploché střechy a 26°C v interiéru. Každá plochá střecha má ve své skladbě navržený způsob stabilizace. Pouze mechanické kotvení způsobuje zvýšený tepelný tok kotevními prvky a to i v letním období a především celokovovými sestavami. Tento fakt je způsoben součinitelem tepelné vodivosti kovových materiálů, který je značně vyšší než ostatních materiálů v souvrství ploché střechy. Často používaným materiálem je vzhledem k umístění kotvícího prvku nerezová ocel, jejiž součinitel tepelné vodivosti Λ=17 W/mK. Důležitým faktorem je i počet kotevních prvků v jednom metru čtverečním, jež závisí na několika okrajových podmínkách a vychází ze statického výpočtu a následně ze zpracování kotevního plánu. Pro potřeby článku je uvažováno 8 kotev/m2 pro kotvení vlastní vodotěsnící vrstvy a další 2 kotvy/m2 pro kotvení tepelné izolace. Průměr kotevních prvků je uvažován 6,3 mm s kovovou podložkou s rozměry 42x80 mm.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Takto vytvořené souvrství ploché střechy bylo vymodelováno v rozsahu segmentu 1,5x2 m v programu Ansys včetně kotevních prvků.

Jako okrajové teplotní podmínky byly zadány teploty 80°C pro vnější a 26°C pro vnitřní prostředí. Na Obr. 1 je zobrazen průběh teploty kotvou. Jak je znázorněno, teplota v patě kotvy v místě železobetonové stropní konstrukce je 29,33°C.

Obr. 1 Průběh teploty kotvou Nabízí se otázka, jak moc se tato teplota projeví na teplotě stropní konstrukce v interiéru. Toto je zobrazeno na Obr. 2, kde červené plochy vyznačují zvýšenou teplotu v oblasti pod kotvami a maximální teplota dosahuje hodnoty 28,03°C. Vzhledem k požívanému způsobu kotvení je možné očekávat, že tyto oblasti se budou vyskytovat v pravidelných vzdálenostech vždy v místě překrytí dvou materiálu hlavní vodotěsnící vrstvy čili po vzdálenostech cca 1 až 1,5 m. Tepelný tok daným souvrstvím v místě jedné kotvy je zvýšen o q= 0,26 W. Při uvažování 10 kotev v jednom metru čtverečním pak tepelný zisk q= 2,6 W/ m2. Pokud bude tedy toto souvrství ploché střechy stabilizované mechanickým kotvení, pak tepelný zisk v letním období q= 11,54 W/ m2. Pokud by stejné souvrství bylo stabilizováno 10

např. lepením, zůstala by hodnota tepelného toku na hodnotě q= 8,94 W/m2. Jedná se tedy o navýšení o 29% způsobené pouze kovovými kotevními prvky, které v jednom metru čtverečním zaujímají v našem případě plochu 311,73 mm2 což je

dochází k vyššímu tepelnému toku, než při použití plastových teleskopů s kovovým kotevním prvkem. Celokovové kotevní sestavy lze využít pouze u nižších tlouštěk tepelných izolací vzhledem k limitovaným délkám těchto prvků. Negativní vliv kotvících prvků je s určitostí významnější v zimním období, nicméně tepelné zisky v letním období rovněž nejsou úplně bezvýznamné s ohledem na zanedbatelnou plochu, jež tyto kotvy vzhledem k ploše střechy zaujímají. S přihlédnutím k uvažované skladbě, kde je navržena masivní nosná konstrukce je navýšení vnitřní povrchové teploty velice znatelné. Navíc je uvažována délka vlastního zakotvení do nosné konstrukce pouze 40 mm. Čili i přes 160 mm tloušťku železobetonové konstrukce dochází v místě kotvy o snížení teploty pouze o 1,3°C oproti patě kotvy. Je tedy zřejmé, že kotvy způsobují nejen zvýšení povrchové teploty a tím vyšší tepelný tok ale i akumulaci tepla v masivní železobetonové konstrukci.

LITERATURA Obr. 2 Teplota na vnitřní straně 0,03% této plochy. V případě uvažování místnosti rozměru 4x4 m s plochou střechy 16 m2 bude tepelný tok o 41,6 W větší u ploché střechy stabilizované mechanickým kotvením. V podstatě se dá říct, že pokud zvolíme u ploché střechy systém stabilizace z celokovových kotevních sestav je to přirovnatelné k přitápění místnosti čtyřicetiwattovou žárovkou v letních měsících.

4. ZÁVĚR Mechanické kotvení je vzhledem k časovému a finančnímu hledisku dnes častým způsobem stabilizace. Tento článek zahrnuje pouze možnost kotvení celokovovými sestavami, kde

ČSN EN 1990 (73 0002) Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, Praha, ČNI, 2004, 76 pp. ETAG 006: Guideline for European Technical Approval of Systems of Mechanically Fastened Flexible Roof Waterproofing Membranes, EOTA, Ed. 2000, Am. 2012, 83 pp. ČSN 73 0540-1 Tepelná ochrana budov – Část 1: Terminologie, Praha, ČNI, 2005, 68 pp. ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky, Praha, ČNI, 2011, 56 pp ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin, Praha, ČNI, 2005, 96 pp. ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody, Praha, ČNI, 2005, 60 pp

Analýza tepelných mostů převislých konstrukcí objektů panelové soustavy T 06 B Brzoň, R.,* Kalousek, L.** * Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : brzon.r@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kalousek.l@fce.vutbr.cz Klíčová slova : tepelná technika; tepelný most; železobetonový prefabrikovaný panel; panelová výstavba; ETICS; balkón; lodžie;

1. ÚVOD Problematika komplexní regenerace panelových domů je stále aktuálním úkolem každodenní stavební praxe. Při návrhu tepelné izolace obálky těchto budov se často setkáváme s náročnými konstrukčními detaily, jejichž správné vyřešení vyžaduje podrobné posouzení z hlediska stavební tepelné techniky. Vyhláška 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby, ve znění pozdějších předpisů, v §16 jasně definuje požadavky na tepelnou ochranu budov a také to, že tyto požadavky jsou dány normovými hodnotami. Tyto požadavky pak musí projektant dodržet v „každém místě konstrukce“, tedy i v místech tzv. kritických detailů, které jsou často zároveň také tzv. tepelné mosty. Posouzení těchto kritických míst je však často natolik náročné, že je běžný projektant prakticky není schopen sám provést. Tento příspěvek uvádí praktický i modelový příklad návrhu, řešení a posouzení zateplení tzv. nosných lodžiových bočních stěn (panelů), které se mnohdy objevovaly jako architektonicky výrazný prvek u některých objektů panelových soustav. Jako modelový příklad byl pro tento článek zvolen objekt soustavy T 06 B. Konstrukční soustava T 06 B byla navržena jako malorozponový konstrukční systém

s příčnými nosnými stěnami a podélnými ztužujícími stěnami, přičemž jednotný rozpon příčných nosných stěn byl 3,6 m a konstrukční výška objektu byla 2,8 m.

Obr.1 Řešený panelový objekt – soustava T06B, pohled na výrazně členité průčelí s vyloženými stěnami a balkóny Jedná se zřejmě o nejrozšířenější stavební soustavu panelových domů v České republice, která se začala budovat v letech 1960 – 1965 a jejich výstavba pokračovala i v průběhu 80. let, a to již s modifikovanými obvodovými plášti podle požadavků revidované ČSN 73 0540 z roku 1977. Právě obvodové pláště vykazují u 12

soustavy T 06 B velké množství variant, které nelze jednoduše zobecnit. Například v jihomoravské krajské materiálové variantě (označované T 06 B-KD, -KDU, -PSB) byly obvodové pláště realizovány ze struskokeramzitbetonu nebo jako varianta keramická. Podle požadavků revidované ČSN 73 0540:1977 se pak uplatnila zejména sendvičová varianta., která již byla doplněna o tepelnou izolaci z pěnového polystyrénu tl. 60mm ve struktuře sendvičového panelu. (ŠAFRÁNEK et al., 2000).

2. ROZBOR PROBLÉMU Problematika zateplování staveb a kritických detailů je aktuální problém. U starších objektů nebyl tento problém téměř řešen, protože vzhledem k celé obálce budovy a jejím vysokým hodnotám součinitele prostupu tepla nepředstavovala tato místa zásadní problém. Možnosti dodatečné sanace (zateplení) nejsou v případě tepelných mostů u balkónových a lodžiových konstrukcí nikterak snadné. Vzhledem k současnému trendu těsnosti obálky budovy, s použitím velmi těsných výplňových konstrukcí (oken, dveří apod.), dochází ke zvýšení vnitřní relativní vlhkosti vzduchu. Vlivem tohoto zvýšení musíme počítat s přísnějším požadavkem na vnitřní povrchovou teplotu, respektive teplotní faktor. Je proto kladen velký důraz na kvalitní vyřešení těchto rizikových míst tak, aby se případný tepelný most v konstrukci v co nejvyšší možné míře omezil. Zvýšená vlhkost má samozřejmě vliv i na tepelnou vodivost použitých materiálů a nepříznivě ji ovlivňuje (ČSN EN ISO 23993:2011). Ze změny Z1 ČSN 73 0540-2, která byla v platnosti od roku 2005 a kterou nahradila v dubnu 2007 a posléze v listopadu 2011 nová ČSN 73 0540-2:2011 se změnou Z1:2012, vyplývají pro projektanty některé nové

povinnosti při řešení těchto konstrukcí. Nově je zde zavedena povinnost posuzování jednotlivých tepelných vazeb mezi konstrukcemi prostřednictvím lineárního a bodového činitele prostupu tepla, z čehož vyplývá, že je těmto místům nutné věnovat zvýšenou pozornost, nejen z důvodu povrchové teploty ale také z důvodu velké tepelné ztráty s výrazným dopaden na energetickou bilanci. Takové části stavebních prvků, které se neshodují s výše zmíněnými požadavky, jsou obvykle nazývány tepelnými nebo studenými mosty a mohou být modelovány prostřednictvím vícerozměrného tepelného toku. Důležitost zjištění tepelných mostů je: •

•

zvýšení ztráty tepla (ve smyslu, že jej odhalíme a můžeme s ním podle toho naložit); snížení teploty na vnitřním povrchu, což může vyústit v lokální kondenzaci, růst plísní a konečně i znečištění vnitřního prostředí (WRÓBEL et KISILEWICZ, 2008).

Tepelné mosty mohou v pohledu jednorozměrného vedení tepla tvořit 10 až 20 %. (VANDERMARCKE et al., 2006). Častým případem bývají tepelné mosty dvojrozměrné, vznikající například v koutech stěn. V celkovém důsledku mají však největší vliv na energetickou náročnost budovy především obalové konstrukce. V tomto případě je optimální provést kompletní studii objektu (energetický audit) a zjistit, jaká je optimální volba zateplení a v jaké tloušťce, a to s ohledem na náklady vynaložené na realizaci, na náklady spojené s provozem a úsporou a samozřejmě s ohledem na kvalitu použité izolace. Vhodnou rozvahou je možné stanovit ideální tloušťky tepelné izolace (MAHLIA et al., 2007).

interiéru, nedostatečné větrání při vaření atd. Mnohdy se také setkáváme s nevhodným rozmístěním vybavení v místnostech. Nábytek bývá umístěn v těsné blízkosti obvodových stěn, nedochází pak k přirozené cirkulaci vzduchu v okolí těchto konstrukcí, a tato skutečnost opět může nahrávat k většímu riziku výskytu plísní. Pokud navíc dojde ke kumulaci těchto jevů, je pravděpodobné, že i řešení těsně splňující legislativní požadavky může v reálných konstrukcích vykazovat problémy.

3. INFRAČERVENÁ TERMOGRAFIE Obr.2 Termogram průčelní fasády s patrnými tepelnými mosty v místech vyložených stěn V místě, kde dochází ke styku převislé části s částí vnitřní konstrukce, je značný tepelný tok. Ten vzniká z důvodu vysoké vodivosti použitých materiálů a je tak hlavní příčinou pro mnoho nežádoucích efektů. Podmínky, na základě kterých k tomuto jevu dochází, jsou např. uvedeny v ČSN 73 0540-2:2011 + Z1:2012 „Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky". V místě tepelného mostu dochází zvýšením prostupu tepla ke snížení povrchových teplot na vnitřním líci. Když teplota na povrchu klesne pod kritickou teplotu rizika růstu plísní θcr,si,80, (platí pro konstrukce stropní, stěnové), je vysoce pravděpodobné, že se objeví růst plísně, přestože nenastala povrchová kondenzace. Je tedy vhodné, aby navržené řešení s určitou rezervou splňovalo legislativní požadavky. Tato rezerva je nezbytná z mnoha důvodů. Jsou jimi především vady, které, jak již bylo řečeno, mohou vzniknout špatnou montáží, nedodržením technologických podmínek či celkově špatným koncepčním řešením. Druhým faktorem je zvyšování vnitřní vlhkosti nevhodným chováním uživatelů objektu. Častými případy může být sušení prádla v

Aby bylo možné detekovat místa, která jsou tepelným mostem, je nutné použít některou z detekčních metod. Metoda infračervené termografie je vhodná v případě, kdy potřebujeme nalézt místo, kde předpokládáme výskyt tepelného mostu. V těchto případech je její použití neocenitelné a dává nám dobrou představu o tom, o jak velký tepelný most se jedná a kde se přesně nachází. V případě, že polohu tepelného mostu známe a chceme přímo identifikovat vlastnosti tohoto tepelného mostu prostřednictvím povrchových teplot, je použití infračervené termografie méně přesné. Pro co nejpřesnější stanovení povrchové teploty je při použití infračervené termografie nutné znát aktuální venkovní teplotu. Její zjištění není problematické a získáme ji poměrně snadno. Druhou důležitou veličinou je emisivita materiálu (ε), který termokamerou zabíráme a jehož povrchovou teplotu chceme zjistit. Výsledky získané touto metodou jsou tedy spíše orientační a mají za úkol spíše naznačit místa, kde se zvýšený tepelný most nachází. Pokud tato místa lokalizujeme a použijeme doplňkovou metodu např. pomocí měření povrchových teplot termočlánky, dostaneme již poměrně přesné údaje. Na jejich základě je možné i hodnoty z termokamery zkalibrovat a získat relevantní 14

výstupy. Metoda infračervené termografie je pro naše účely vhodná pouze ve spojitosti s dalším podrobnějším měřením. Termografická kontrola nepřináší pouze okamžité umístění tepelných mostů, ale také specifika o jejich rozsahu a růstu povrchové teploty. Snadná identifikace tepelných mostů může vyústit v jistou reinterpretaci, zvláště je-li užit nízký měřící/měřený rozsah a ukazují-li zachycené tepelné mosty vysoké kontrastní barvy a zároveň zanedbatelné teplotní rozdíly (WRÓBEL et KISILEWICZ, 2008).

Obr.3 Detailní termogram problematického místa s výrazným tepelným mostem

Obr.4 Termogram s dalším tepelným mostem v místě přechodu nezateplených sklepů v 1NP a vytápěné obytné místnosti ve 2NP

Hlavní překážka s lokálním výpočtem skutečných vnějších a vnitřních podmínek obálky budovy, tzv. zkoumání na místě, je spojena s proměnnými hranicemi stanovených podmínek. Vzhledem k neustále se měnícím podmínkám okolního prostředí (a tudíž i teplotám), je důležité znát nejenom tepelnou vodivost materiálu, ale také měrnou tepelnou kapacitu c a objemové hmotnosti materiálu (hustoty ρ), stejně jako průchod tepla skrze stavební komponenty atp. Okamžité tepelné rozložení, zachycené během krátkého termografického výzkumu, nelze použít (nehodí se) na statický tepelný tok a není ani dobrý jako výchozí bod pro kvalitní kalkulaci celkové hodnoty tepelného toku. Vliv proměnlivých podmínek na výsledek výzkumu může být omezen, je-li výzkum prováděn v pečlivě a v předem určenou dobu s limitovanými a opakovatelnými výkyvy teploty vzduchu. Další podmínky spojené s úspěšným termografickým výzkumem, jako je nedostatek slunečního záření, srážky a intenzivní větrné poryvy, stejně jako vlhkost, vzdálenost, nebeské vyzáření atp., jsou dobře známy. 15

Vzhledem ke kolísavým venkovním teplotám a velké tepelné nečinnosti u plášťů budov jsou nezbytné dlouhodobé periody měření tepelnými senzory, aby se dosáhlo spolehlivých výsledků ve výpočtech tepelné ztráty vzhledem k existenci tepelných mostů. Z tohoto úhlu pohledu se pak jeví infračervená termografie jako nepraktická pro výpočet celkové tepelné ztráty u oblastí daných existencí tepelnými mosty. Použití termografie za spolupůsobení dalších čidel je však použitelné (FANG et al., 1984).

komplexnímu zateplení teplosměnné obálky šlo o zjevné a poměrně výrazné tepelné mosty.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE

Obr.5 Zobrazení výstupu z programu simulujícím tři rozměry – detail hodnocené konstrukce, 3D řez s půdorysem rohového bytu a návazností na balkón s bočními stěnami.

Z výše uvedeného vyplývá, že v přípravné fázi je metoda infračervené termografie dobrým pomocníkem. Pro konkrétní návrh však nemá další použitelný přínos a je nutné přistoupit k počítačovým simulacím. Většina běžně dostupných programů operuje s 2D prostředím. Ač se jedná o prostorový problém, je alespoň převedení do roviny dostatečné. V tomto případě je pak nutné při hodnotách, které jsou mezní, uvažovat s tím, že v koutech a dalších složitějších místech může pravděpodobně dojít ještě k dalšímu zhoršení. Předejít těmto komplikacím můžeme za použití programů, které umí pracovat s třemi rozměry a modelovat ty nejsložitější a nejčastěji nejkritičtější místa. V případě řešení tohoto objektu to bylo především napojení balkónové vyložené konstrukce na stropní část objektu a napojení tohoto detailu na roh objektu. V tomto místě se tak setkávala ta nejkritičtější místa, které bylo nutné posoudit. Pokud jsme konstrukci vnitřního povrchu hodnotili z pohledu dotykové teploty, jevilo se zateplení obvodového pláště jako dostatečné. Již od začátku bylo zjevné, že zateplení balkónové konstrukce bude komplikované, nicméně napomůže ke zvýšení vnitřní povrchové teploty. To stejné platilo i v případě stěn převislých před hlavní průčelí fasády. S přihlédnutím ke

Z posouzení však vyplynulo, že pro dodržení požadavku na kritický teplotní faktor je dostatečné pouze plošné zateplení. Při komplexním pohledu a především při hodnocení tepelného toku, se ukázalo, že vyloučení zateplení z těchto vyložených prvků povede k výraznému navýšení tepelných ztrát. Z tohoto pohledu se pak pouze plošné zateplení jevilo jako poměrně neefektivní.

4. ZÁVĚR Z námi presentovaného příkladu vyplývá několik zajímavých zjištění. Přístup k revitalizaci podobných objektů je nutné řešit komplexně a nahlížet na něj z několika úhlů. Řešení kdy se sleduje pouze to, že objekt zateplíme, je jedno čím a je jedno v jak velké tloušťce a v jak velké ploše, je špatné. Samotný projektant má za povinnost objekt zhodnotit po všech stránkách a zaměřit se především na kritická místa projektu – detaily. Vhodným přístupem je provést energetické zhodnocení, které vyhodnotí ekonomicky a funkčně nejvhodnější variantu a pomůže stavebníkovi s rozhodnutím. 16

V každém případně je vhodné provést zateplení i u konstrukcí, které vystupují před hlavní plášť objektu, případně zasahujících do nevytápěných prostor. Výsledná úspora v energie nutné na vytápění objektu jistě ve sledovaném horizontu bezpečně pokryje vícenáklady spojené s tímto řešením.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl za pomoci projektu Inovační voucher Jihomoravského kraje č. HS12357021271301.

LITERATURA ČSN EN ISO 23993:2011 (730328) Tepelněizolační výrobky pro zařízení budov a průmyslové instalace - Stanovení návrhové hodnoty součinitele tepelné vodivosti. 2011. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 36s. ČSN 73 0540-1, 2, 3, 4:2005, 2007, 2011 Tepelná ochrana budov včetně pozdějších změn a dodatků. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 44 s.

Šafránek, j. Kučera, p., a kol. I/11 Komplexní regenerace panelových domů stavební soustavy T 06 B z hlediska tepelné techniky, stavební akustiky, požární bezpečnosti a TZB. Praha: IC ČKAIT. 2000. ISBN: 80-86364-28-3. 172s. WRÓBEL, A.; KISILEWICZ, T. Detection of thermal bridges - aims, possibilities and conditions. 9th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, July 2-5, 2008, Krakow – Poland. 6s. VANDERMARCKE, B.; SCHIETECAT, J.; HOUVENAGHEL, G.; VAN ORSHOVEN, D.; ROELS, S.; JANSSENS, A.; Handling Thermal Bridges in the Context of the EPBD: Description of the Approach Developed in Belgium. 2006. Mahlia, T. M. I.; Taufiq, B. N.; Maskuji, H. H. I. Correlation between thermal conductivity and the thickness of selected insulation materials for building wall. Energy and Buildings 39 (2007) ISSN: 0378-7788.182–187. Fang, J. B.; Grot, R.A.; Childs, K.W.; Courville, G.E. Heat loss from thermal bridges. Batiment International, Building Research and Practice. Vol. 12, Iss. 6, 1984.

Výpočtová optimalizace tvaru a vnitřního uspořádání cihelné tvarovky pro jednovrstvé zdění s provedenou výplní dutin Břicháček, P.,* Šťastník, S.**, Vala, J.*** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : brichacek.p@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : stastnik.s@fce.vutbr.cz ***Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: vala.j@fce.vutbr.cz Klíčová slova: cihelná tvarovka, součinitel prostupu tepla, tepelný tok, metoda konečných prvků.

1. ÚVOD Vzhledem ke skutečnosti, že náklady na provozování budov činí asi 40 % jejich investičních nákladů, lze registrovat sílící snahy o snižování energetické náročnosti staveb, projevující se zejména vysokými nároky na tepelnou ochranu budov. V této souvislosti musí všechny nově zřizované budovy splňovat požadavky ČSN 73 0540-2, stanovené hodnotou součinitele prostupu tepla U. Pro svislé obvodové konstrukce je v současnosti určující maximální hodnota UN = 0,3 W.m-2.K-1. S ohledem na stále sílící trend nízkoenergetické a pasivní výstavby, zejména pak na směrnici EU o energetické náročnosti budov 2010/31/EU, je však účelné navrhovat objekty s doporučenou hodnotou součinitele prostupu tepla dle výše zmíněné normy, tedy 0,12 W.m-2.K-1. Nejobvyklejším stavivem je v českém prostředí po několik staletí pálená keramika. Právě z důvodu zvýšených požadavků na tepelnou ochranu budov byly klasické formáty plných cihel postupně nahrazeny speciálními tvarovkami typu Therm, které v současnosti tvoří základní sortiment tuzemských cihelen – srov. (Šubrt, 2006). Dobrých tepelně izolačních schopností tvarovky je dosahování snížením objemové hmotnosti tvarovky jednak vylehčením vlastního střepu, zejména však

vytvořením složitého systému vylehčovacích otvorů uvnitř tvarovky, jak dokládají (Theodosiou & Papadopoulos, 2008), (Morales & al., 2011) a (Sousa & al., 2014). V současné době v ČR vyráběné tepelně izolační cihelné tvarovky typu Therm sice obvykle splňují normou požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla UN = 0,3 W.m-2.K-1, míra jejich vylehčení však již téměř dosahuje maximální technicky a ekonomicky přijatelné míry. Jedinou reálnou možností dosažení hodnot, doporučených pro pasivní výstavbu, bez použití dodatečné tepelně izolační vrstvy (kromě neúnosného zvětšení tloušťky tvarovky) je proto vyplnění vylehčovacích dutin vhodným tepelným izolantem, který v nich omezí proudění vzduchu - například (Al-Hazmy, 2006), či (Zukowski & Haese, 2010). Na tuto skutečnost zareagovali výrobci prováděním výplně z běžně dostupných průmyslově vyráběných materiálů na bázi anorganických vláken, pěněných plastů či expandovaného perlitu, teoreticky je však možné využít jakýkoliv materiál, splňující požadavky na dobré tepelně izolační schopnosti, trvanlivost, hygienickou a zdravotní nezávadnost, tedy i odpady či materiály z odpadů získané.

2. MATERIÁL A METODIKA Významnou roli při omezení součinitele prostupu tepla cihelných tvarovek hraje jejich objemová hmotnost. Jejího snížení je dosahováno kombinovaným účinkem vylehčení vlastního cihelného střepu (přidáním přirozeně lehkých či vyhořívajících látek) a vytvoření systému vylehčovacích otvorů uvnitř tvarovky. Některé tvarovky s vysokým tepelným odporem dosahují podílu vylehčovacích dutin i více než 60 %. Úměrně s klesajícím podílem cihelného střepu v průřezu tvarovky a snižováním jeho objemové hmotnosti se však významně zhoršují schopnost tepelné akumulace i mechanické vlastnosti takové tvarovky. Pro splnění do značné míry protichůdných požadavků na co nejlepší tepelně izolační a mechanické vlastnosti tvarovky je potřebné zajištění efektivního rozložení hmoty po průřezu tvarovky, vedoucí k minimalizaci vlivu konstrukčních tepelných mostů a k optimalizaci tepelně izolačních vlastností. Předkládaný příspěvek by měl napomoci k rozvoji poznání v této oblasti. Pro zrychlení a zjednodušení procesu optimalizace tvaru a vnitřního uspořádání tvarovek se jako účelné ukázalo použití vhodných výpočetních prostředků. V rámci tohoto výzkumu byl použit program THERM pro výpočet základních tepelně technických parametrů (pro rozložení tepelných toků a součinitele prostupu tepla U [W.m-2.K-1]) a dále program ANSYS pro posouzení únosnosti vybraných variant. Oba zmíněné výpočetní prostředky využívají numerické metody konečných prvků. V tomto příspěvku se soustředíme zejména na výsledky získané programem THERM. Uvažujeme-li ve dvourozměrném euklidovském prostoru jistou oblast Ω, popisující část tvarovky, opatřenou soustavou kartézských souřadnic x = (x1, x2), můžeme při absenci vnitřních zdrojů tepla na Ω ve shodě s

(Davies, 2004) formulovat princip zachování (tepelné) energie ve formálně jednoduchém tvaru ∇⋅q=0, (1) v němž q označuje dvourozměrný vektor tepelného toku na Ω a ∇ je Hamiltonův operátor (∂/∂x1, ∂/∂x2), přičemž pro stanovení q z rozložení (absolutní) teploty θ je k dispozici pro (přinejmenším makroskopicky) homogenní a izotropní materiál empirický Fourierův konstitutivní vztah q = –λ ∇θ , (2) v němž musíme předem znát součinitel tepelné vodivosti λ. Na hranici Ω, případně na jejích jednotlivých částech, je předepsána: i) teplota θ , ii) podmínka přestupu dalšího tepla ze sousední oblasti (speciálně též z vnějšího prostředí), zpravidla ve tvaru q ⋅ ν = h (θ – θ×) , (3) v němž ν = (ν1, ν2) označuje jednotkový (lokální) vektor normály smluvené orientace na hranici Ω a symbol θ× odkazuje na teplotu ze sousední oblasti, zejména však potřebujeme znát empirický součinitel přestupu tepla h (pro h → ∞ podmínka (3) degeneruje v pouhou podmínku spojitosti teploty). Pro praktické výpočty bývá účelné uvažovat tvarovku jako jistý tepelný systém s prvky Ω, na nichž platí (1) a (2), nejlépe s konstantními hodnotami λ, obdobně pak i s konstantními hodnotami h v (3), přičemž tyto prvky jsou propojeny tepelnými vazbami podle i), ii); podrobnosti včetně úvah o formální matematické řešitelnosti a konvergenci posloupností přibližných řešení (obecně nestacionárních) přímých, citlivostních i inverzních úloh lze nalézt v (Vala, 2013). V tomto příspěvku však budeme pracovat jen se dvěma hodnotami součinitele tepelné vodivosti a se dvěma (konečnými) hodnotami součinitele přestupu tepla, které budeme specifikovat dále. Do vztahů 19

typu (2) a (3) pak můžeme dosazovat jednotlivé konstantní j hodnoty λ a h, což zjednodušuje veškeré výpočty. Tepelně technické vlastnosti byly ověřeny pro cihelné tvarovky tloušťky 440 mm, eventuálně 300 mm, v provedení P+D pro extrémní podmínky zimního období: teplota vnějšího vzduchu θe = –15,0 °C, teplota vnitřního vzduchu θi = 21,0 °C, součinitel přestupu tepla na vnitřním povrchu he = 23 W.m-2.K-1 a týž součinitel na vnějším povrchu hi = W.m-2.K-1. Jako vstupní údaje byly použity součinitele tepelné vodivosti pro cihelný střep -1 -1 λstřep = 0,4 W.m .K a pro výplňový materiál dutin (v této fázi pouze obecný, tedy bez konkrétního materiálového podkladu) λvýplň = 0,06 W.m-1:K-1. Výpočet byl proveden pro dvě tvarovky uložené na sraz na pero a drážku, aby bylo možno postihnout detail příčné spáry mezi tvarovkami.

tvarovky, tedy i na hodnotu součinitele prostupu tepla, výpočetním prostředkem THERM stanoveného hodnotou U = 0,208W.m-2.K-1. Výrazný tepelný most nicméně představuje styčná spára mezi tvarovkami, navíc toto uspořádání nezajišťuje dostatečnou únosnost tvarovky při namáhání vzpěrným tlakem, a proto se přítomnost žeber v podélném směru ukazuje jako obtížně nahraditelná.

Obr. 1 Varianta tvarovky bez podélně orientovaných žeber

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Při výpočtové optimalizaci tvaru a vnitřního uspořádání cihelné tvarovky bylo jako výchozí použito pravidelné ortogonální vnitřní uspořádání keramických žeber. Toto uspořádání se však projevilo jako nevhodné, neboť v místě navazujících žeber, umístěných ve směru tepelného toku, byly lokalizovány významné lineární tepelné mosty, silně degradující výsledné tepelně technické vlastnosti tvarovky. Základní navrženou variantou tedy byla tvarovka o příčném rozměru 440 mm a tloušťce obvodové stěny 10 mm, s vnitřním prostorem rozděleným čtyřmi příčnými žebry na pět částí, vyplněných tepelně izolačním materiálem, tedy se zcela chybějícími žebry ve směru tepelného toku, jak ukazuje obrázek 1, v jehož pravé části (obdobně jako následně na srovnávacích obrázcích 2 a 3) je zobrazeno rozložení velikosti tepelných toků. Absence podélných žeber se projevila příznivě na výskyt konstrukčních tepelných mostů uvnitř

Obr. 2 Varianta tvarovky se střídavě umístěnými podélnými žebry Pro zlepšení mechanických vlastností byla do další předkládané varianty uspořádání tvarovky podélná žebra (tedy žebra, orientovaná ve směru tepelného toku) opět zakomponována. Aby však byl snížen jejich negativní vliv na tepelně technické vlastnosti, byla jednotlivá žebra umístěna střídavě tak, aby byla vždy v následující dutině oddělena tepelně izolačním materiálem, a nedocházelo tak ke vzniku spojitého tepelného mostu – viz obrázek 2. Tepelně izolační vlastnosti tvarovky jsou 20

přítomností těchto žeber poněkud degradovány (hodnota součinitele prostupu tepla se zvýšila na U = 0,223 W.m-2.K-1), toto zhoršení však není příliš markantní a má spíše lokální charakter. Naproti tomu únosnost tvarovky ve vzpěrném tlaku se podstatně zlepšila. Významným tepelným mostem však i nadále zůstala styčná spára mezi jednotlivými tvarovkami. Proto byla navržena geometrie třetí tvarovky se styčnou kapsou. Dále byla také snížena tloušťka obvodové stěny ve směru tepelného toku a tak i tloušťka styčné spáry – viz obrázek 3. Konstrukční tepelný most ve styčné spáře se tímto opatřením podařilo významně omezit, ačkoliv jeho úplná eliminace není technicky reálná. V místech podélných žeber, orientovaných ve směru tepelného toku, byly opět zjištěny pouze lokální tepelné mosty, které díky přerušení tepelným izolantem v následujících dutinách zhoršují tepelně izolační vlastnosti tvarovky pouze v omezené míře. Díky tomu se výpočetně podařilo dosáhnout součinitele prostupu tepla U = 0,201 W.m-2.K-1 při současném zachování dostatečných vzpěrných pevností.

střepu a tepelného izolantu pro vyplnění dutin na tepelně izolační schopnosti cihelné tvarovky. Pro zhodnocení vlivu tloušťky žeber byly zvoleny typické modelové hodnoty -1 -1 -1 -1 λstřep = 0,4 W.m .K a λvýplň = 0,05 W.m .K při tloušťce žeber 5 až 10 mm. Výsledek ukazuje obrázek 4. Pro stanovení vlivu součinitele tepelné vodivosti výplňového izolačního materiálu (obrázek 5) byla uvažována tloušťka žeber 5 mm společně s hodnotami λstřep = 0,4 W.m-1.K-1 a λvýplň mezi 0,03 a 0,06 W.m-1.K-1. Závislost je patrná z obrázku 5.

Obr. 4 Vliv tloušťky žeber na hodnotu součinitele prostupu tepla U

Obr. 5 Vliv tepelné vodivosti výplňového izolantu na hodnotu souč. prostupu tepla U Obr. 3 Tvarovka se styčnou kapsou Vzhledem k tomu, že uvedená geometrie vykázala nadstandardní tepelně izolační schopnosti i mechanickou pevnost, byla označena za optimální. V dalším kroku na ní byla realizována série výpočtů, simulujících vliv změny počtu a tloušťky žeber a dále vliv změny součinitele tepelné vodivosti vlastního cihelného

Obr. 6 Vliv tepelné vodivosti cihelného střepu na hodnotu součinitele prostupu tepla 21

Pro zjištění vlivu tepelné vodivosti vlastního keramického střepu byla uvažována tloušťka žeber 5 mm a dále hodnoty λstřep v rozmezí 0,3 a 0,5 W.m-1.K-1 a λvýplň = 0,05 W.m-1.K-1 (viz obrázek 6).

4. ZÁVĚR Cílem předkládaného příspěvku byla optimalizace tvaru a vnitřního uspořádání cihelné tvarovky s integrovanou výplní dutin tepelně izolačním materiálem. Jako optimální se ukázala varianta s jedním velkým bočním ozubem (omezujícím významný tepelný most ve styčné spáře mezi tvarovkami) a krátkými, vzájemně vystřídanými podélnými žebry. Tyto vnitřní příčky však v tvarovce vytvářejí tepelné mosty a už při malé změně jejich plochy (ve směru tepelného toku) dochází k značnému nárůstu výsledného součinitele prostupu tepla U. Vliv změny celkové plochy žeber, tj. vnitřních stěn kolmých ke směru tepelného toku na tepelně izolační schopnosti tvarovky je v porovnání se změnou plochy příček menší. Dále bylo zjištěno, že vlastnosti vlastního keramického střepu silně ovlivňují výsledné tepelně izolační vlastnosti tvarovky jako celku. Při vhodné volbě vnitřního uspořádání se však jeví jako dominantnější vliv vlastností integrované tepelně izolační výplně. Ačkoliv použité výpočtové prostředky jsou velmi sofistikované a lze jimi dosáhnout vcelku přesných výsledků, vždy je třeba počítat s určitou odchylkou výpočtového řešení od skutečnosti a je proto velmi vhodné získaná data verifikovat experimentálním měřením. Právě tímto směrem se budou ubírat další výzkumné snahy autorů příspěvku.

PODĚKOVÁNÍ

specifického vysokoškolského výzkumu reg. č. FAST-S-14-2346 a projektu TAČR reg.č. 02021231.

LITERATURA Davies, H.S. Building Heat Transfer. J. Wiley & Sons, 2004. Morales, M.P.; Juárez, M.C.; Muñoz, P.; Gómez, J.A. Study of the geometry of a voided clay brick using non-rectangular perforations to optimise its thermal properties. Energy and Buildings 43 (2011), str. 2494-2498. Sousa, L.C.; Sousa, H.; Castro, C.F ; António, C.C.; Sousa, R. A new lightweight masonry block: Thermal and mechanical performance. Archives of Civil and Mechanical Engineering 14 (2014), str. 160-169. Šubrt, R. Anizotropie cihelných materiálů a její vliv na tepelné mosty. In: TZB-info, 2006. Theodosiou, T.G.; Papadopoulos, A.M. The impact of thermal bridges on the energy demand of buildings with double brick wall constructions. Energy and Buildings 40 (2008), str. 2083-2089. Vala, J. On the computational identification of temperature-variable characteristics of heat transfer. Applications of Mathematics 2013, in honor of the 70th birthday of Karel Segeth, Matematický ústav AV ČR, Praha 2013, str. 215224. Majed M. Al-Hazmy, Analysis of coupled natural convection–conduction effects on the heat transport through hollow building blocks, Energy and Buildings 38 (2006), Pages 515-521. M. Zukowski, G. Haese, Experimental and numerical investigation of a hollow brick filled with perlite insulation, Energy and Buildings 42 (2010), Pages 1402-1408.

Příspěvek byl zpracován s podporou projektu

Příčiny a řešení vlhkosti zdiva Burdová, J.* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : burdova.j@fce.vutbr.cz Klíčová slova : Zděné konstrukce vlhkost, kondenzace vodních par

1. ÚVOD Velká část starších domů (a v některém případě i novostaveb) se potýká s vlhkostí, která se většinou projevuje nevzhlednými šedými skvrnami na zdech interiéru, vznikem plísně a nepříjemného klimatu uvnitř stavby. Příčin vzniku vlhkosti je mnoho: voda vzlínající od země, špatně těsnící okna, děravá střecha apod. [1]

2. MATERIÁL A METODIKA Předmětem článku je návrh sanace památkově chráněného objektu, potýkajícího se právě s problémy vysoké vlhkosti a následnými poruchami konstrukcí. 2.1 Stavebně-technická charakteristika objektu Objekt byl postaven roku 1825 jako špýchar plnící hospodářskou funkci, tj. jako sklad obilí. Nachází se v jihozápadním rohu návsi Záboří v okresu Českých Budějovic a patřil ke statku číslo 15, ve kterém se nyní nachází Zábořský hostinec a obecní úřad. Budova byla před renovací ve velice špatném stavu, materiály a konstrukce byly opotřebené. Fasáda byla stará s výskytem trhlin, vlhkostními mapami, zejména viditelné v interiéru. Štuková výzdoba byla zachovalá.

Obr.1 Obecní špýchar patřící k objektu čp. 15 Objekt se nachází v mírném svahu, minimální teploty v zimním období klesají k -16°C, v blízkosti je jen obecní komunikace, která svým provozem stavbu nijak neohrožuje. Není tedy vystavena zvláštním negativním vlivům a to ani klimatickým, ani působením okolí. Objekt je založen na betonových základových pasech, hloubka založení a rozměr základu není znám. Hydroizolace chybí. Budova byla stavěna v době, kdy se jich ještě nepoužívalo. Nosné kce jsou kamenné, též sokl, tloušťka stěn se pohybuje kolem 500 mm, příčky 150mm. Stav zdiva je nezjištěn, ale na omítkách vznikají značné trhliny a na několika místech je omítka zcela opadaná. Strop je trámový se záklopy. Viditelné dřevěné trámové prvky a fošny záklopu jsou již značně opotřebované. Schodiště je původní, jedná se o dřevěné schodiště se 23

zapuštěnými stupni, má celkem 12 schodů o výšce 175mm a šířce stupně 260mm. Krov je tvořen krokvemi bez kleštin a vaznými trámy uloženými na nosných stěnách. Jako střešní krytina byly použity bobrovky. Komín je jeden a nepůvodní. V 1.NP je nášlapnou vrstvou betonová podlaha. V 2.NP a v podkroví je podlaha dřevěná tvořená dřevěnými latěmi upevněnými pomocí hřebíků na trámech. V interiéru je povrch stěn tvořen vápennou omítkou. Jižní stěna je velmi zvlhlá a omítka z části opadaná (viz. obr. 2). Vnitřní malby jsou též vápenné. Okna jsou původní - dřevěná, špaletová, dvoukřídlá se šestitabulkovým členěním. Veškeré dveře jsou také dřevěné s ozdobnými kovovými prvky na vnější straně, zárubně jsou kovové. 2.2 Průzkum fasády Vnější povrchovou úpravou je vápenná omítka, která je místy porušena. Štít je zdoben štukovými ozdobami vyrobených z velmi kvalitní vápenné malty. Je tvořen vrchním zaobleným barokním štítem nazývaným tympanon, který sedí na vodorovné římse. Tu jakoby nesou tři štukem napodobené sloupky – pilastry. Ty sedí na spodní vodorovné římse. Okna jsou ohraničena bílou štukou z vápenné malby. Zbytek objektu je starorůžové barvy. 2.3 Situace a orientace ke světovým stranám Objekt je orientován hlavním vchodem do objektu k severu, přední štít domu směřuje k východu, zadní k západu. 2.4 Vlhkostní průzkum U sledovaného objektu je patrná vlhkost v 1.NP na jihozápadní a jižní stěně. Tato porucha vznikla působením zemní vlhkosti a to jak vzlínající vlhkostí, tak i díky zatékání srážkové vody. Jsou zde vidět vlhkostní mapy do výšky cca 1,5m nad podlahou 1.NP (viz. obr. 2), dále pak opadávající omítka do výšky vlhkostních map a tvorba plísně.

Obr. 2 Zvlhlá jižní strana v interiéru Souhrn závad: Dislokace – vlhkost se projevuje u stěn z jižní a jihozápadní strany v prvním nepodsklepeném podlaží (viz obr. 2) Projevování – vlhkost je patrná jak na stěně interiéru, tak na straně exteriéru nosných stěn. Projevuje se mapami, výkvěty na zdech a opadáváním omítky. 2.5 Předpokladané příčiny vzniku poruchy Vzhledem ke stáří stavby je jasnou příčinou zvlhlého zdiva absence jakékoli hydroizolace oddělující stěnu od základu a okolního terénu. Do konstrukce tak bez problémů vzlíná zemní vlhkost. Dále pak chybí vyspádovaný chodník zabraňující zatékání srážkové vody. 2.6 Uvedení konstrukce do původního stavu Jelikož je objekt památkově chráněný a vzhledem k masivní konstrukci stěnového systému, nelze bohužel využít metody podřezání nosných zdí a dodatečného vložení hydroizolace. Musí se tedy využít jiných alternativních metod. a) Provedení drenáže kolem stěn a odvodnění dešťové či podzemní vody do vsakovací jámy: Použitím a správnou aplikací nopové fólie na stěnách přilehlých k terénu získáme dokonalou drenáž, která spolehlivě a rychle odvádí vlhkost od stěny do drenážního potrubí. Drenáže slouží k odvodnění půdy v jižním a jihovýchodním okolí stavby a to tedy v místě, kde kumulovaná voda ohrožuje spodní stavbu. Drenážní systém musí splňovat množství technických parametrů a zároveň umožnit údržbu díky revizním jímkám. [2] 24

probíhá vice-méně ustálená nulová linie. Při výstavbě jakýchkoliv staveb dojde k porušení ustálených poměrů v elektromagnetickém poli Země. Vložená horizontální a vertikální izolace budov posouvá nulovou linii pod úroveň osazení stavby a zase naopak voda se snaží vrátit se na původní vyrovnaný stav.[3]

Obr. 3 Schéma provedení drenáže a okapového chodníčku b) Úprava okolního terénu – okapový chodníček: Okapové chodníky se provádějí kolem jižní strany domu, aby zabraňovaly nadměrnému vlhnutí spodní části fasády, znečišťování fasády. Vyspádovaný okapový chodník ze zatravněné strany objektu (jižní a jihovýchodní strana) bude tvořen betonovými dlaždicemi ve spádu směrem od objektu 2%, ohraničený parkovými obrubníky. Šířka bude 60 centimetrů. Veškeré zásypy se musí pečlivě hutnit. Po vyměření tvaru okapového chodníku do betonového lože se osadí parkové obrubníky. Na dno se natáhne pás geotextilie, na který se poté položí kamenivo jemné frakce (4-8mm) jako podkladní vrstva pod dlažbu.[2] c) Aktivní elektroosmóza: Touto metodou zbavíme zdivo vlhkosti využitím elektromagnetického pole země. Technologie vysoušení zdiva na elektro-fyzikálním principu vychází z obecně známých fyzikálních jevů, podle kterých elektromagnetické pole ovlivňuje chování vodních roztoků v tom smyslu, že ionty putují podle elektromagnetických siločar k zápornému a kladnému pólu. V našem případě využíváme elektromagnetického pole Země, která představuje katodu, jejíž záporný potenciál činí 708 mF a okolního prostředí Země, které tvoří anodu. Mezi oběma poli

Obr. 4 aplikace mírné elektroosmózy d) Provedení provětrávané podlahy Základním prvkem systému IPT® jsou profilované tvarovky tvořené vodě nepropustným materiálem (HDPE) o výšce nopu 70mm. Kombinací těchto tvarovek je možné vytvořit souvislou dutinu oddělující konstrukci od zdroje vlhkosti, ve které je vhodnou volbou nasávacích a výdechových otvorů zajištěna neustálá výměna vzduchu. Výdechové otvory bude řešeno jako svislé stoupací potrubí za cílem komínového efektu. Suchý proudící vzduch poté přejímá difundovanou vlhkost z podzákladí nebo z přilehlé zeminy a odvádí jí mimo objekt. Tímto efektem je docíleno výsledné snížení vlhkosti. Mřížky a plochá potrubí pro zasekání do zdi jsou součástí systému, stejně jako různé ukončující profily. [4] 25

Návrh velikosti nasávacích a vyfukovacích otvorů : Pro předběžný návrh plochy nasávacích a výdechových otvorů S je možno použít následujícího vztahu: S = 1/100 x A [m²] S = 1/100 x 51,64 = 0,5164 [m²] Nasávací otvory – 0,26 Profil drážky - kruhový S = 0,031 ……. 9 nasávacích otvorů Vyfukovací otvory – 0,26 Profil drážky - kruhový S = 0,031 ……. 9 nasávacích otvorů

Rošt příčky je vytvořen z: • vodorovných vodítek – profilů UW nebo dřevěných profilů • svislých stojin – profilů CW nebo dřevěných sloupků Obvodové profily příčky (vodorovné profily UW a svislé profily CW) se před osazením opatří samolepicím připojovacím těsněním Rigips a následně se připevní k návazným konstrukcím pomocí plastových natloukacích hmoždinek. Vzájemná rozteč připevnění je max. 800 mm. V rozích příčky je maximální vzdálenost prvního připojení od rohu 200 mm. Mezi vodorovné profily UW se osazují svislé profily CW. Délka profilů CW se volí tak, aby při opření CW profilu o spodní UW profil bylo zasunutí horního konce CW profilu do horního profilu min. 20 mm. Profily obou roštů zdvojené konstrukce mohou být sesazeny k sobě. Přilehlé příruby profilů je pak nutné vzájemně vymezit napojovacím těsněním Rigips. [5]

Obr.1 ukončení u podlahy a stropu

Obr. 5 aplikace sanačního opatření e) Zhotovení provětrávaných stěn z nenasákavého materiálu v interiéru – pomocí sádrokartonových desek RIGIDUR. Sádrovláknité desky Rigidur jsou nosné konstrukční desky vyrobené ze sádry, papírových vláken a dalších přísad, lisované pod vysokým tlakem. Mají vynikající mechanické, akustické a protipožární vlastnosti. Desky jsou určeny pro univerzální použití jako stavební, protipožární i impregnované. Impregnace zajistí odolnost desek proti zvýšené vlhkosti a zabrání vzniku a rozvoji plísní.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Vlhkostní závada na objektu nebyla do velké míry nebezpečná pro stavbu, jelikož neohrožovala celkovou stavbu ze statického hlediska. I když se přítomností vlhkosti snižuje pevnost tohoto zdiva, tak po řádné opravě nehrozilo další nebezpečí. V současnosti lze konstatovat, že většina z výše uvedených návrhů byla akceptována a špýchar se v současné době renovuje.

4. ZÁVĚR

LITERATURA

Cílem prezentovaného článku bylo podělit se o možnosti v problematice sanace objektů v památkově chráněných oblastech či historických centrech. Článek poukazuje na to, jak je sanace těchto objektů složitá a jak důležité je získání podrobných údajů o stavu objektu, aby byla úspěšná s ohledem na řadu podmínek a kriterií, jež jsou pro tyto stavby typické.

[1] Rosný bod ve zdivu. [online]. 2008 [cit.2014-03-20]. Dostupné z http://www.nazeleno.cz/stavba/izolace/rosny-bo d-ve-zdivu-vyznamny-energeticky-faktor.aspx

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl za poskytnutí potřebných informací včetně umožněného přístupu do objektu špýcharu starostou obce Záboří Ing. Josefem Honsy.

[2] Okapové chodníky. [online]. 2014 [cit.2014-03-20]. Dostupné z http://www.davson-ploty.cz [3] Aktivní elektroosmóza. [online]. 2011 [cit.2014-03-20]. http://www.izolacehroz.cz/ [4] IPT system, sanace staveb. [online]. 2011 [cit.2014-03-20]. Dostupné z http://www.iptsystem.cz/ [5] Technicke listy RIGIPS. [online]. 2011-2014 [cit.2014-03-20]. Dostupné z http://www.rigips.cz/

Určení průměrného součinitele tepelné vodivosti termoizolačního částicového kompozitního dílce metodou komparace. Dostálová, D.,* Vacek, M.** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : dostalova@fzu.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : 5@post.cz Klíčová slova: částicový kompozit; součinitel prostupu tepla; pěnosklo; termopolymer

1. ÚVOD Základní motivací pro aplikování metody komparace je určení reálného průměrného součinitele tepelné vodivosti částicového kompozitního dílce. U částicového kompozitního systému je určení reálného součinitele prostupu tepla, za použitím standardních metod, velkým problémem díky nestejnému uspořádání matrice a plniva v celém objemu kompozitního dílce. Plnivo může v určitých oblastech dílce sedimentovat a vytvářet tak shluky. Pro měření součinitele tepelné vodivosti byly použity 2 standardní dostupné experimentální metody (metoda typu Hot plate a měření pomocí příložné sondy s teplovodivou pastou přístroje Isomet) a metoda komparace, kdy dvě stejně velká tělesa z různých materiálů jsou zahřívána, nebo ochlazována. Hodnotí se velikost teplotního gradientu za jednotku času.

součinitelem tepelné vodivosti λ=0,068W/K.m2 (součinitelé tepelné vodivosti byly v obou případech změřeny experimentálně). Tepelně izolační blok je tvořen vrstvením matrice a pojiva.

Obr.1 Makroskopická část č. kompozitu s obrazovým znázorněním matrice a plniva.

2. MATERIÁL A METODIKA Kompozitní termoizolační dílec byl navržen jako částicový kompozit o dvou materiálových složkách. Matrici (nosnou část) tvoří termoplastický polymer. Byl použit odpadní polypropylen se součinitelem tepelné vodivosti λ=0,22 W/K.m2. Jako plnivo s tepelně izolační funkcí bylo zvoleno odpadní pěnové sklo se

Obr.2. Kompozitní deska Obr.3.zkušební vzorek Na zkušebním vzorku a části EPS TI desky, byly změřeny vybrané vlastnosti, které by mohly ovlivňovat tepelnou vodivost a tepelné vodivosti za různých podmínek. 28

Tab. 1 Vybrané vlastnosti použitých materiálů. Vrstva Objemová Nasákavost hmotnost [%] 3 [kg/m ] Č. kompozit 480 ÷1 EPS 22 ÷5 Překližka Vrstva Součinitel Součinitel tep. vodivosti tep. vodivosti λ λ v suchém v suchém stavu stavu [W/K.m2] [W/K.m2] Č. kompozit 0,099 0,102 EPS 0,0357 0,0416 Stanovení pórovitosti a nasákavosti bylo stanoveno dle požadavků v normě ČSN ISO 62 (64 0112) – Plasty. Vzorky byly vysoušeny v elektrické peci za teploty (50 ± 2)°C 24 h. Poté následovalo přesné vážení na analytické váze s přesností na 0,1 mg, ponořeny do destilované vody po dobu 24h a znovu zváženy.

Graf. 1 Porovnání součinitele tepelné vodivosti v suchém a nasáklém stavu u EPS a Částicového kompozitu. Součinitelé experimentálně

tepelné změřeny

vodivosti byly příložnou sondou

přístroje Isomet při teplotě okolí 24°C, stejně jako měření teplotního spádu na dvou hranolech. Tab. 2 Experimentální měření součinitele tepelné vodivosti pomocí přístroje Isomet při teplotě 23°C, vlhkosti 32%. Vrstva Tloušťka Λ průměr [mm] z 10-ti měření [W/m2.K] Č. kompozit 37±3 0,099 EPS 40±1 0,036 Překližka 10±1 0,129 2.1 Princip a postup metody komparace Pro účely komparační metody byly vytvořeny dva hranoly. V laboratorních podmínkách představují dvě referenční budovy, o stranách 450x500x450mm. Nosná konstrukce kvádrů je z dřevovláknitých desek o stejných tloušťkách. Kontaktní izolaci nosné obálky budou tvořit dva druhy tepelné izolace tj. polystyren (EPS) a částicový kompozitní dílec (Oba o stejných tloušťkách).

Obr.3. Schématické znázornění měření. Polystyren lze v daných podmínkách brát jako homogenní materiál, resp. materiál s homogenizovanými a deklarovanými vlastnosti výrobcem. Kvádr obložený kontaktní izolací

z polystyrenu bude brán jako referenční a hodnoty naměřené na kvádru s částicovým kompozitem, s ním budou porovnávány. Součinitel tepelné vodivosti a tepelná kapacita všech materiálů byla těsně před experimentem změřena přístrojem Isomet a jejich měření bude probíhat i během experimentu. Hodnotí se velikost teplotního gradientu za jednotku času.

zahřívané plochy desek S a čas τ za který množství tepla materiály projde, je stejné. Srovnávané materiály mají rovněž stejnou tloušťku, která je ve vzorci zapsána jako l . t −t (3) λ = λs 0 1 t1 − t 2 kde λ je výsledný průměrný součinitel tepelné vodivosti částicového kompozitu.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Na základě porovnání teplotních gradientů na tělese s homogenní tepelnou izolací EPS a tělese s částicovou kompozitní izolací, byl spočítán součinitel tepelné vodivosti λ částicového kompozitního dílce. Při výpočtu bylo předpokládáno, že: • teplota okolí zůstává stejná (entropie okolí se nemění);

Obr.4. Teplotní gradient (spád) 2.2 Teoretický postup výpočtu λ součinitele prostupu tepla částicového kompozitu: Pro výpočet součinitele tepelné vodivosti použijeme Fourierovu rovnici pro šíření tepla. Předpokládáme, že soustava se nachází v každém okamžiku v teplotně ustáleném stavu, nebo-li změna teploty v čase je vyjádřena diskrétním rozdílem teplot. Tepelné toky obou kvádrů jsou si rovny. Qs = Qd , (1) Graf. 2 Průběh teplot uvnitř boxu a v místnosti

kde index s znamená standard. Za standard je považovaný materiál, který je, pro nás, homogenní a má deklarovaný součinitel tepelné vodivosti tj. polystyren. Vyjádřením tepelných toků dostaneme: t −t t −t (2) λs S τ 0 1 = λ S τ 1 2 , l l kde

součinitel

tepelné

•

vodivosti, 30

na součinitel tepelné vodivosti nemá vliv měrná tepelná kapacita c, protože u obou těles je přibližně stejný lineární přírůstek měrné tepelné kapacity s teplotou. (tj. směr vektoru tečny ke skutečné křivce měrné tepelné kapacity a teploty).

Průběh součinitele tepelné vodivosti v čase má charakter polynomu 3. stupně. Z 5 měření jdouce za sebou byla odborným odhadem stanovena odchylka měření na 5 tisícin W/K.m2. Medián a vážený průměr součinitele tepelné vodivosti byl téměř shodný. Medián výsledného součinitele tepelné vodivosti částicového kompozitního dílce je 0,0878 W/K.m2.

4. ZÁVĚR Hodnoty součinitele tepelné vodivosti měřené metodou komparace a přístrojem Isomet, se od sebe liší o 11,3%. Charakterističtější hodnota součinitele tepelné vodivosti je metodou komparace. Je založena na teplotním gradientu dílce a do určité míry homogenizuje strukturu a vlastnosti kompozitu. Hodnoty měřené sondou Isomet odpovídají struktuře a vlastnostem materiálu, který se nachází těsně pod hlavou sondy.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl s pomocí výzkumu FAST – S – 14 - 2418

specifického

LITERATURA

Graf. 3 Výsledky měření součinitele tepelné vodivosti λ metodou komparace. Chyby měření jsou způsobené nepřesností měřících přístrojů a také nemožností plně řídit a kontrolovat teplotu uvnitř těles a teplotu místnosti. Tab. 3 Výsledný součinitel tepelné vodivosti λ částicového kompozitu λ metoda λ měření komparace přístrojem (medián) Isomet 2 [W/K.m ] [W/K.m2] Č. kompozit 0,0878 0,099

Domínguez-Mu˜noz, F.; Anderson, B.; Cejudo-López, J.M.; Carrillo-Andrés, A. Uncertainty in the thermal conductivity of insulation materials. Energy and Buildings, July 2010, vol. 42, no. 9, pp. 2159–2168. ISSN 0378-7788 Thermal-Tec [online]. 2010 [cit. 2014-03-26]. Dostupné z: http://thermal-tec.com/ Klein, R.; Laser Welding of plastics, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2011. p 4-68. ISBN 978-3-527-63696-9

Zhodnocení vlivu nástavby na denní osvětlení místnosti v sousední budově Gábrová, L.,* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : gabrova.l@fce.vutbr.cz Klíčová slova : denní osvětlení; stínění; venkovní stínící překážky

1. ÚVOD Při hodnocení denního osvětlení je často řešeno posouzení vlivu novostavby nebo nové části již existující stavby na stávající místnosti s trvalým pobytem v budovách sousedících s novostavbou. Příspěvek se zabývá problematikou hodnocení vlivu nové výstavby na denní osvětlení ve stávajícím sousedním domě v situaci, kdy je stávající stavba, jejíž denní osvětlení může být novou výstavbou ovlivněno, současně stíněna také vlastními konstrukcemi, jakými jsou například balkony nebo boční trakty budov.

2. MATERIÁL A METODIKA Řešená problematika je z hlediska pobytových a obytných místností legislativně upravena vyhl. č. 501/2006 Sb. a č. 268/2009 Sb. obě v platném znění a na území hlavního města Prahy vyhl. č. 26/1999 Sb. hl. m. Prahy v platném znění. Výše zmíněné právní předpisy ve svých ustanoveních odkazují na normové hodnoty, které jsou včetně metodiky stanovení vlivu nových staveb nebo jejich částí na denní osvětlení uvedeny v ČSN 73 0580-1 příloze B. Princip hodnocení spočívá ve stanovení přístupu světla k průčelí budovy pomocí hodnoty činitele denní osvětlenosti Dw [%] roviny zasklení okna z vnější strany. U oken s šířkou do 10 m se kontrolní bod Dw umístí uprostřed šířky a výšky okna. Zároveň je stanoveno, že kontrolní bod Dw musí být

umístěn v minimální výšce 2 m nad úrovní přilehlého terénu. Pokud je okno stíněno stávající konstrukcí, která předstupuje před průčelí stávajícího objektu (např. balkon, lodžie, arkýř, rizalit, pergola nebo technické zařízení), umístí se kontrolní bod Dw v příslušné výšce v ose okna na svislou rovinu vedenou lícem vyložení předstupující konstrukce tak, aby se při stanovení hodnoty Dw vyloučil vliv předstupující konstrukce stávajícího objektu. Limitní hodnoty Dw rozděluje ČSN 73 0580-1 ve své tab. B.1 do 4 kategorií dle charakteru lokality. Hodnocení stínění pomocí činitele Dw se použije pro všechna okna prostorů uvedených v tab. B.1 ČSN 73 0580-1 kromě oken, která se prokazatelně nepodílí na splnění hygienických limitů. (ČSN 73 0580-1) Cílem následující analýzy zastínění je porovnání a zhodnocení vlivu uvažované nástavby rodinného domu na denní osvětlení místnosti v sousední budově v kontextu s vlivem vlastních stínících konstrukcí budovy, ve které se místnost nachází. Předmětem analýzy denního osvětlení je stávající zástavba půdorysného tvaru písmene U tvořená dvěma půdorysně shodnými rodinnými domy tvaru písmene L, kdy jeden z rodinných domů je jednopodlažní a druhý dvoupodlažní. U jednopodlažního rodinného domu má být provedena nástavba, kterou by došlo k navýšení objektu o jedno nadzemní podlaží tak, že po provedení nástavby by oba rodinné domy měly 32

identický výškový a půdorysný rozsah i světelně technické vlastnosti exteriérových povrchů. Uvažované navýšení objektu však může ovlivnit denní osvětlení v obytné místnosti sousedního rodinného domu. Okno posuzované obytné místnosti je ale současně stíněno nejen sousední budovou, ale také vlastními konstrukcemi

budovy (tj. balkonem a bočním traktem), ve které se místnost nachází. Schematicky je řešená situace znázorněna na obr. 1, ze kterého jsou patrné rozměry a umístění místnosti, okna místnosti i jednotlivých stínících překážek. V protilehlých stěnách bočních traktů budov nejsou okna místností s trvalým pobytem.

Obr. 1 Schematická situace s uvedením výšek (vlevo), schematický pohled pro stávající stav (vpravo nahoře) a popis kombinací stínění (vpravo dole) Pro stanovení vlivu jednotlivých stínících překážek na denní osvětlení místnosti je uvažováno nejprve s nezastíněnou místností (kombinace 1) a dále s možnými kombinacemi stínících překážek, tzn. stávající konstrukce dotčené budovy (balkon, boční trakt), sousední budova bez a včetně nástavby – viz obr. 1. Hodnoty činitele denní osvětlenosti uvnitř místnosti jsou stanoveny na horizontální rovině ve výšce 0,85 m nad podlahou v pravidelné síti 6 kontrolních bodů Dij (i = A, B, j = I, II, III) dle obr. 1. V ose okna a v polovině jeho výšky (2 m nad terénem) jsou umístěny kontrolní body (viz obr. 1) pro určení činitele denní osvětlenosti roviny zasklení okna z vnější strany Dw1 [%] a na svislé rovině vyložení balkonu Dw2 [%]. Hodnocenými parametry (nad rámec požadavků ČSN 73 0580-1, ČSN 73 0580-2)

denního osvětlení jsou: maximální Dmax [%], minimální Dmin [%] a průměrná Dm [%] hodnota činitele denní osvětlenosti z hodnocených kontrolních bodů Dij; rovnoměrnost denního osvětlení u [-], která je podílem Dmin / Dmax; činitel denní osvětlenosti Dw; činitel denní osvětlenosti ve dvou kontrolních bodech dle ČSN 73 0580-2 čl. 3.2.2 uprostřed hloubky místnosti v maximální vzdálenosti 3 m od okna vzdálených 1 m od bočních stěn (tj. zde body DAII a DBII v hloubce 2 m dle obr. 1). Výpočet činitele denní osvětlenosti byl proveden v programu Wdls: okno špaletové, počet skel: 2, činitel prostupu světla jedním sklem: 0,92, činitel konstrukce otvoru: 0,75; činitel regulačních zařízení: 1; činitel konstrukce budovy: 1; činitel odrazu světla ρ [-]: podlaha ρ = 0,3, vnitřní stěny ρ = 0,5, okenní stěna a 33

strop ρ = 0,7, průčelí fasád ρ = 0,4, střechy a balkon ρ = 0,2; rovnoměrně zatažená obloha (poměr jasu od horizontu k zenitu 1:3), tmavý terén ρ = 0,1; činitel znečištění: 0,855.

Tab. 1 Výpočtem stanovené hodnoty zvolených parametrů pro jednotlivé kombinace zastínění

3. VÝSLEDKY A DISKUZE V tab. 1 jsou shrnuty výsledky pro jednotlivé řešené kombinace. Tab. 2 obsahuje srovnání vlivu kombinací překážek na vybraná kritéria. Procentuální změna posuzovaných parametrů v tab. 2 je vztažena vůči zcela nezastíněné místnosti uvažované v kombinaci 1. Z porovnání hodnot Dmin v komb. 1+5+9, 2+6+10, 3+7+11, 4+8+12 vyplývá, že hodnotu Dmin nejvíce ovlivňuje přítomnost balkonu a bočního traktu budovy, v níž se hodnocená místnost nachází. Maximální hodnota činitele denní osvětlenosti Dmax je ve všech hodnocených kombinacích zjištěna v bodě DAI (viz obr. 1). K více než 40% snížení hodnoty Dmax dochází oproti nezastíněné místnosti (komb. 1) v kombinacích, kde je jednou ze stínících překážek balkon. Ze srovnání komb. 2+3, 6+7, 10+11 je patrné, že balkon výrazněji snižuje hodnoty Dmax než boční trakt, naopak boční trakt více redukuje hodnotu Dmin. Rovnoměrnost u se tedy vůči komb. 1 při zastínění okna místnosti balkonem zvyšuje, při stínění bočním traktem snižuje. Sousední budova bez i včetně nástavby má na rovnoměrnost u minimální vliv (viz komb. 1+5+9, 2+6+10, 3+7+11). Průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti Dm (zaokrouhlená na jedno desetinné místo) v místnosti stíněné balkonem a bočním traktem je stejná jako při stínění balkonem, bočním traktem a sousední budovou bez i s nástavbou (komb. 4, 8 a 12). Přístup světla k průčelí objektu byl hodnocen pomocí činitele denní osvětlenosti Dw1 a Dw2 (viz obr. 1). Z dat v tab. 1 a 2 vyplývá, že se na snížení hodnot kritéria Dw1 a Dw2 v komparaci se zcela nezastíněnou situací (komb. 1) významně podílí balkon anebo boční trakt budovy, ve které se nachází hodnocená místnost.

Tab. 2 Procentuální změna vybraných parametrů v jednotlivých kombinacích oproti kombinaci 1

Při umístění bodu Dw1 do roviny zasklení okna z vnější strany dojde ve srovnání s nezastíněnou místností k poklesu hodnoty vlivem balkonu (komb. 2) o 13,9 procentního bodu (dále jen „p.b.“), tj. 32,4% snížení, o 11,3 p.b. vlivem bočního traktu (komb. 3), vlivem sousední budovy včetně nástavby (komb. 9) o 2 p.b. Vliv balkonu na hodnotu Dw lze dle ČSN 73 0580-1 eliminovat umístěním kontrolního bodu do roviny vyložení balkonu (kontrolní bod Dw2 na obr. 1). Z výsledků v tab. 1 a 2 je však patrné, že v kontrolním bodě Dw2 je sice vyloučen vliv balkonu na hodnocení přístupu světla k průčelí objektu, ale nikoliv vliv bočního traktu v kombinacích, kde je s ním uvažováno. Oproti komb. 1 a 2 boční trakt 34

v komb. 3 sníží hodnotu Dw2 o 11,3 p.b., sousední budova včetně nástavby (komb. 9) o 1,7 p.b. Pokud by bylo uvažováno, že pro daný vnitřní prostor platí požadavky pro kategorii 2 dle ČSN 73 0580-1, byla by minimální přípustná hodnota Dw2 = 32 %. Výpočtem stanovená hodnota Dw2 = 30,8 % by byla nevyhovující již pro stávající stav (komb. 8) a nástavbou budovy by došlo ke snížení na hodnotu 29,7 %. Dle ČSN 73 0580-1 by tak mělo být posouzeno splnění požadavků uvnitř místnosti, tj. u hodnocené obytné místnosti v kontrolních bodech DAII a DBII (viz obr. 1). Realizací nástavby (komb. 12) by sice nedošlo dle výpočtu k poklesu činitele denní osvětlenosti v těchto bodech oproti stávajícímu stavu (komb. 8), ale nejsou v nich splněny požadavky na minimální (0,7 %) a průměrnou (0,9 %) hodnotu činitele denní osvětlenosti dle ČSN 73 0580-2 čl. 3.2.2.

4. ZÁVĚR Z provedené analýzy vlivu jednotlivých venkovních překážek a jejich kombinací na vybrané parametry denního osvětlení v případové studii je patrné, že z hlediska denního osvětlení je stínění uvažované místnosti z větší míry způsobeno vlastními konstrukcemi budovy, ve které se místnost nachází, než nástavbou sousedního objektu. V posuzované studii může být problematické provést vyhodnocení stínění denního osvětlení stávající místnosti novou částí stavby pomocí činitele denní osvětlenosti Dw dle metodiky přílohy B ČSN 73 0580-1, neboť se jedná o dvě budovy půdorysného tvaru písmene L vytvářející zástavbu půdorysu tvaru písmene U, kde okno místnosti stíní boční trakty obou budov. Vyloučit z hodnoty kritéria Dw stínění bočním traktem budovy, v níž se nachází předmětná místnost, by bylo možné při použití současné metodiky hodnocení umístěním kontrolního bodu Dw3 (viz obr. 1) do roviny bočních traktů obou budov.

Tímto umístěním bodu Dw3 by byl ovšem při stejné délce obou bočních traktů vyloučen i vliv budovy sousední. Při nedodržení minimální hodnoty kritéria Dw u okna místnosti, ve které nejsou současně splněny požadavky na denní osvětlení ve vnitřním prostoru, může být obtížné nebo zcela vyloučené realizovat nový objekt, i když jeho vliv na denní osvětlení této místnosti bude minimální oproti vlivu konstrukcí budovy, ve které se místnost nachází. Řešením takové situace by mohla být změna metodiky hodnocení stínění denního osvětlení u stávajících prostorů s trvalým pobytem, které nesplňují požadavky na denní osvětlení a současně se nacházejí v budově, jejíž konstrukce stíní okna těchto prostorů. Realizace nového objektu by například mohla být přípustná, pokud by bylo prokázáno, že požadavek na přístup světla k oknům stávajícího prostoru není splněn především kvůli stínění jeho oken konstrukcemi budovy, v níž se tento prostor nachází, a tedy vliv nového objektu na stínění stávajícího prostoru je menší než vliv konstrukcí budovy s dotčeným prostorem.

LITERATURA ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky. Praha: Český normalizační institut, 2007. 24 s. Ve znění změny Z1 z ledna 2011, 2 s. ČSN 73 0580-2 Denní osvětlení budov – Část 2: Denní osvětlení obytných budov. Praha: Český normalizační institut, 2007. 4 s. Vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území. Ve znění k 21. 3. 2014. Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby. Ve znění k 21. 3. 2014. Vyhláška č. 26/1999 Sb. hl. m. Prahy o obecných technických požadavcích na výstavbu v hlavním městě Praze. Ve znění k 21. 3. 2014. ASTRA 92. Software WDLS. Zlín

Vliv barevných a odrazivých ploch na činitel denní osvětlenosti v místnostech s trvalým pobytem osob Hlásková, M.* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : hlaskova.m@fce.vutbr.cz Klíčová slova : místnost s trvalým pobytem osob; činitel odrazu světla; činitel denní osvětlenosti

1. ÚVOD Jedním z parametrů, který ovlivňuje činitel denní osvětlenosti vnitřní odražené složky Di, je mimo jiné i činitel odrazivosti světla ρ [-] jednotlivých vnitřních povrchů, který se významně podílí na hodnotě vnitřní odražené složky. Činitel odrazivosti světla je vlastností povrchu těles a stanovuje se jako poměr odraženého světelného toku vzhledem k dopadajícímu světelnému toku. Tento příspěvek se zabývá vlivem barevnosti a odrazivosti vnitřních povrchů místností na vyhodnocení činitele denní osvětlenosti dle ČSN 73 05 80 u místností s bočním osvětlením, kde je předpokládán trvalý pobyt osob. Článek je založen na komplexní případové studii, která je složena z výpočetních modelů místnosti v softwaru WDLS, cílem je vyhodnocení rozdílů vlivu různě barevných povrchů a ploch s vyšší odrazností na činitel denní osvětlenosti D.

2. MATERIÁL A METODIKA Ve studii je pro hodnocení vlivu odrazivých ploch a barev na hodnotu činitele denní osvětlenosti zvolena jednoduchá místnost obdélníkového tvaru (4 m x 6 m, sv. výška 2,6m) s oknem v kratší stěně o rozměrech 2 m x 1,5 m. celková plocha všech vnitřních povrchů je 100 m2. Místnost je současně uvažována jako prostor s trvalým pobytem lidí. Ve zkoumané místnosti jsou uvažovány různé kombinace barevných variant uspořádání, které jsou

postupně vymodelovány v programu WDLS. V jednotlivých variantách jsou poupravovány celkové barevnosti stěn na kterých jsou rozmisťovány plochy, které mají znatelně vyšší činitel odrazu světla. Tyto plochy simulují například zrcadlové stěny. Ostatní parametry výpočtu (rozložení jasů na obloze, činitel odrazu světla od terénu apod.) jsou voleny konstantní a vybrané dle norem ČSN. 2.1 Popis variant modelové situace V modelové situaci je uvažováno 108 variant výpočtu (navíc tři srovnávací varianty pro bílé stěny a průměrnou barevnost dle ČSN). V jednotlivých variantách byly poupravovány barevnosti a odrazivosti stěn. Hodnoty činitele odrazivosti světla u podlah (ρ = 0,3) a stropů (ρ = 0,7) místností jsou konstantní pro všechny varianty studie. Sto osm barevných variant je doplněno o tři srovnávací varianty. Jednou je varianta, která vychází ze situace, kdy jsou zachovány normové požadavky na průměrnou barevnost povrchů stěn (v Tab. 1 pospána varianta Norma P), dvěma dalšími variantami jsou místnosti, které mají bílé stěny (ρA = 0,75, ρB = 0,95). Dále bylo uvažováno s rozdílným rozmístěním barevných a odrazivých ploch po stěnách, kdy bylo použito variant se stěnami, které jsou celobarevné a stěny, které mají horizontální (v Tab. 1 pod označení varianty druhého písmene „H“ (druhé písmeno)) či vertikální odrazivé části ploch (v Tab. 1 pod 36

označení varianty druhého písmene „V“ (druhé písmeno)), kdy stěny jsou rozděleny do pásů s rozdílnou barevností, příp. odrazivostí. Všechna dispoziční řešení jsou uvažována ve třech barevných variantách, jakými jsou: světlé stěny (v Tab. 1 pod označením prvního písmene „S“) s činitelem odrazivosti 0,5, středně tmavé plochy (varianty označení v Tab. 1 „M“) s činitelem odrazivosti 0,3 a tmavé plochy (varianty označení v Tab. 1 „M“) s činitelem odrazivosti 0,15. Pod pojmem světlá stěna si můžeme představit světle žluté, světle zelené nebo např. světle šedé barvy nebo světlé dřevo (bříza, smrk). Pro středně tmavé povrchy si můžeme představit středně červené nebo světle hnědé stěny a dřevo jako je borovice, buk či dub. Pod pojmem tmavé plochy jsou zamýšleny barvy, jako je tmavě zelená či modrá a dřeviny jako je ořech, třešeň, či palisandr. Jako odrazivé prvky jsou uvažovány plochy, jejichž odrazivosti jsou vysoké ρ = 0,75 a ρ = 0,95. Pod odrazivostí 0,75 si můžeme představit výrazně bílou barvu, hliníkový či nerezový povrch. Odrazivost 0,95 je velmi vysoká a můžeme si pod ní představit zrcadlo, jedná se ale o mírně nadsazenou (laboratorní) hodnotu (norma uvádí, že součinitel odrazivosti skleněné plochy je v rozmezí od 0,8 – 0,9). Pro každé barevné řešení (M, T, S) jsou uvedeny další 2 varianty v závislosti na odrazivosti 0,75 (Tab. 1Varianta A), resp. 0,95 (Tab.1 Varianta B). Všechny varianty jsou vypsány v Tab. 1, kde jsou uvedeny velikosti efektivních ploch (viz 2.2) i průměrné odrazivosti vnitřních povrchů ρm. Pod římskými čísly u jednotlivých variant jsou popsány stěny, kde: Stěna I je stěna s okenním otvorem, stěny II a IV jsou boční stěny a stěna III je stěna protilehlá k oknu. 2.2 Metodika vyhodnocení Pro všechny varianty modelové situace jsou na základě váženého průměru vypočteny průměrné odrazivosti vnitřních povrchů (Tab. 1 sloupec ρm) a na základě analýzy dat z

výpočetních modelů z programu WDLS jsou odečteny velikosti efektivních ploch SD=1.5% místností pod izofotou 1,5 % (tato hodnota odpovídá třídě středně přesné charakteristice zrakové činnosti dle ČSN), které tak určují funkčně vymezený prostor místností s trvalým pobytem osob. Zjištěné výměry ploch pod izofotou 1,5 % a hodnoty průměrných odrazivostí vnitřních povrchů u jednotlivých variant jsou přepočítané, tak aby všechny varianty byly navzájem porovnatelné. Přepočtena plocha SX je odvozená z efektivní plochy místnosti SD=1.5% v závislosti na průměrnou hodnotu činitele odrazu vnitřních povrchů ρm, kdy jako ideální hodnota byla považována ρm = 0,5, přepočet byl proveden podle následujícího vzorce: SX = SD=1.5% × (1– absǀ ρm – 0,5ǀ) [m2] (1) Z přepočtených hodnot ploch SX bylo následně odvozené pořadí (Tab. 1 sloupec pořadí). Pořadí bylo odvozeno sestupně v závislosti na velikosti ploch SX. Přepočtená hodnota je pouze pomocným parametrem určeným pro komparaci. Na základě pořadí byly vyhodnoceny nejpřívětivější a nejméně přívětivé varianty z modelové situace a provedeno statistické vyhodnocení.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE 3.1 Statistická analýza dat Na základě analýzy dat z tabulky Tab. 1 je v tabulce Tab. 2 vypsáno několik základních statistických dat. Výběrovou množinou byl soubor efektivních ploch pod izofotou D = 1,5 % - SD=1.5%. Ze statistické analýzy vyplývá, že výběrová množina není příliš rozsáhlá, statisticky významné hodnoty SD=1.5% jsou kolem hodnoty 10,5 m2. Provedením například testu podle Grubbshe by zřejmě téměř veškeré extrémní hodnoty (varianty) byly vyloučeny.

Tab. 2 Statistické vyhodnocení dat Název statistické funkce Hodnota funkce [-] Minimální hodnota výběru 6,742 Maximální hodnota výběru 23,000 Průměrná hodnota/Medián 10,641/10,635 Sm. odchylka/Rozptyl 10,635/46,309 3.1 Vyhodnocení variant modelové situace Na hodnotě činitele denní osvětlenosti v hodnotě D = 1,5%, která vymezuje funkční plochy v místnostech s trvalým pobytem lidí má z hlediska barevnosti zřejmě největší vliv umístění odrazivých ploch, resp. ploch s vyšším činitelem odrazivosti. Velikost ploch vymezených izofotou D = 1,5% je pro různé varianty v intervalu od 6,742 m2 (varianta T100) do 22,482 m2 (varianta SV50B), v případě srovnávací varianty místnosti s bílými stěnami s ρ = 0,95 je efektivní plocha 23 m2. Efekt rozmístění odrazivých ploch se vůbec nejvíce projevil na je umístění do zadní poloviny místnosti (varianta XV50B, kde X je jedna z barevných variant S, M, T), a u místností, kde byla protilehlá stěna oproti oknu odrazivá. Jednalo se tak o varianty, kde byla plocha vyznačena izofotou D=1,5% více než je polovina efektivní plochy místnosti v modelové situaci tj. 12 m2. Nejmenší plocha vymezená izofotou D=1,5% byla zjištěna v případech, kdy byly všechny stěny celobarevné (varianta X100). V případě variant XVI, kdy je jako odrazivá plocha uvažována stěna ve které je umístěn okenní otvor byla efektivní plocha vymezená izofotou menší nebo téměř stejná jako u variant X100. Tento fakt lze přikládat výpočetnímu algoritmu programu WDLS, který zřejmě mnohonásobné odrazy od okenních stěn neuvažuje, popř. jim nepřikládá velkou váhu. Důkazem toho je větší velikost efektivní plochy SD=1.5% ve variantě S100 ρokenní stěna = 0,5 a SVI při ρokenní stěna = 0,75 (viz Obr. 1). Jako nejvíce příznivé byly na základě pořadí vyhodnoceny

varianty: SV50B a MV50B pro ρ = 0,75 (varianta světlé a středně světlé místnosti, kdy odrazivé plochy byly na zadní polovině místnosti (viz Obr. 1).

Obr.1 Grafické znázornění vybraných variant Nejméně příznivými variantami jsou tmavé místnosti T100 a TV3C. Grafické znázornění vybraných variant je na obrázcích Obr. 1 a Obr. 2. Rozmístění odrazivých ploch je znázorněno jako bílé čtverce ve stěnách.

4. ZÁVĚR Ve výpočetním programu WDLS byly posouzeny jednotlivé varianty místností, které měli odlišné barevnosti a odrazivosti stěn. Podle požadavku normy ČSN 73 0580– 1:2007 -Denní osvětlení budov byly v každé variantě vymezeny funkční prostory a bylo provedeno jejich porovnání. Z komparace a vyhodnocení vyplývá, mimo jiné, že: Ve světlých místnostech může docházet díky odrazu světla od vnitřních stěn k oslnění a ke zrakové nepohodě; Na vnitřní odraženou složku činitele denní osvětlenosti v určitém bodě ve srovnávací rovině má vliv i rozmístění více odrazivých ploch uvnitř místnosti; Více odrazivé plochy, jako například zrcadla, je z hlediska vlivu na denní osvětlenost efektivnější umisťovat dále od bočních osvětlovacích souprav; Na činitel denní osvětlenosti má větší vliv celková plocha odrazivých ploch, než různé dispoziční 38

rozmístění menších segmentů odrazivých ploch po místnosti. Z porovnání variant případové studie vyplývá, že činitel odrazu světla vnitřních povrchů v místnostech s bočním osvětlením nemá, až na extrémní situace, které jsou většinou vyloučeny jinými normovými požadavky, na činitel denní osvětlenosti menší vliv než jeho oblohová a vnější odražená složka.

LITERATURA ČSN 73 0580–1. Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky. Praha Český : normalizační institut, 2007 (včetně změny Z1 z roku 2011).

Tab. 1 Vyhodnocení efektivních ploch vymezených izofotou D=1,5 % Barevnost: S Orazivost: A: ρ= 0,75 Varianta: S D=1,5% [m2] S100 10,296 SH1-3 10,761 SH1-2 11,480 SVI 6,881 SVII 11,613 SVIII 10,564 SVI-III 10,728 SVII-IV 12,816 SVI-IV 11,727 SVII-III 13,430 SV50A 11,329 SV50B 13,932 SV3AB 11,229 SV3A 11,243 SV3B 10,932 SV3C 10,761 SV1AB 11,211 SV1A 10,781 Barevnost: M Orazivost: A: ρ= 0,75 Varianta: S D=1,5% [m2] M100 7,995 MH1-3 8,796 MH1-2 9,774 MVI 6,753 MVII 10,158 MVIII 8,415 MVI-III 8,903 MVII-IV 12,018 MVI-IV 10,128 MVII-III 11,709 MV50A 10,846 MV50B 11,255 MV3AB 10,097 MV3A 10,862 MV3B 8,088 MV3C 8,005 MV1AB 10,425 MV1A 9,306 Barevnost: T Orazivost: A: ρ= 0,75 Varianta: S D=1,5% [m2] T100 6,742 TH1-3 7,370 TH1-2 7,950 TVI 6,945 TVII 8,941 TVIII 7,005 TVI-III 7,213 TVII-IV 11,629 TVI-IV 9,191 TVII-III 10,028 TV50A 10,695 TV50B 10,229 TV3AB 9,399 TV3A 10,533 TV3B 7,079 TV3C 6,840 TV1AB 9,398 TV1A 7,839 Norma P 10,361 Bílá 0,75 14,395 Bílá 0,95 23,000

ρm [-] 0,50 0,53 0,56 0,52 0,51 0,53 0,55 0,58 0,56 0,57 0,56 0,57 0,54 0,54 0,57 0,52 0,54 0,52

S X [m2] 10,296 10,761 11,480 6,881 11,613 10,564 10,728 12,816 11,727 13,430 11,329 13,932 11,229 11,243 10,932 10,761 11,211 10,781

pořadí 56. 45. 25. 98. 21. 49. 47. 12. 19. 9. 29. 8. 33. 32. 39. 44. 34. 43.

B: ρ= 0,95 S D=1,5% [m2 ] 10,296 11,280 12,812 10,668 12,263 13,153 13,870 15,336 12,593 18,342 12,464 22,482 12,519 12,171 12,657 11,280 11,679 11,003

ρm 0,50 0,57 0,61 0,53 0,57 0,55 0,58 0,64 0,61 0,62 0,61 0,62 0,57 0,57 0,57 0,54 0,57 0,54

S X [m2] 10,296 10,491 11,403 10,348 11,404 12,495 12,760 13,189 11,208 16,141 11,093 19,784 11,643 11,319 11,771 10,829 10,861 10,563

pořadí 56. 53. 28. 55. 27. 14. 13. 10. 35. 4. 37. 1. 20. 30. 17. 41. 40. 50.

ρm [-] 0,40 0,47 0,51 0,43 0,47 0,45 0,48 0,54 0,51 0,52 0,51 0,52 0,47 0,47 0,47 0,44 0,47 0,44

S X [m2] 7,196 8,532 9,677 6,280 9,854 7,994 8,725 11,538 10,027 11,475 10,738 11,030 9,794 10,536 7,846 7,525 10,112 8,748

pořadí 94. 83. 69. 104. 65. 86. 82. 23. 62. 26. 46. 38. 67. 52. 88. 92. 60. 80.

B: ρ= 0,95 S D=1,5% [m2 ] 7,995 9,147 10,801 8,090 10,807 9,956 10,234 13,911 11,345 15,353 11,836 19,650 10,642 11,728 8,788 8,201 11,187 9,516

ρm 0,40 0,50 0,56 0,45 0,50 0,47 0,52 0,61 0,35 0,57 0,55 0,57 0,50 0,50 0,50 0,45 0,50 0,45

S X [m2] 7,196 9,147 10,153 7,686 10,807 9,658 10,030 12,380 9,644 14,278 11,245 18,275 10,642 11,728 8,788 7,791 11,187 9,040

pořadí 94. 74. 59. 90. 42. 70. 61. 15. 71. 6. 31. 2. 48. 18. 76. 89. 36. 75.

ρm [-] 0,30 0,39 0,46 0,35 0,48 0,37 0,42 0,51 0,45 0,47 0,45 0,47 0,40 0,40 0,40 0,35 0,40 0,35 0,50 0,53 0,73

S X [m2] 5,394 6,559 7,632 5,903 8,762 6,094 6,636 11,513 8,732 9,727 10,160 9,922 8,459 9,480 6,371 5,814 8,458 6,663 10,361 13,963 17,710

pořadí 110. 102. 91. 108. 79. 105. 101. 24. 81. 68. 58. 63. 84. 72. 103. 109. 85. 100. 54. 7. 3.

B: ρ= 0,95 S D=1,5% [m2 ] 6,742 7,391 9,361 6,997 9,447 8,077 8,392 13,132 9,795 13,237 11,554 15,648 9,423 11,331 7,433 6,849 10,639 8,292

ρm 0,30 0,42 0,51 0,36 0,43 0,39 0,45 0,57 0,50 0,53 0,50 0,53 0,43 0,43 0,43 0,37 0,43 0,37

S X [m2] 5,394 6,800 9,267 6,017 8,786 7,188 7,972 12,213 9,795 12,840 11,554 15,178 8,764 10,538 6,912 5,958 9,895 7,214

pořadí 110. 99. 73. 106. 77. 96. 87. 16. 66. 11. 22. 5. 78. 51. 97. 107. 64. 93.

Výpočtové vyhodnocování kapilární vodivosti stavebních materiálů z nepřímých měření Jarošová, P.*, Šťastník, S.**, Vala, J.*** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: jarosova.p@fce.vutbr.cz **Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: stastnik.s@fce.vutbr.cz ***Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: vala.j@fce.vutbr.cz Klíčová slova: kapilární vodivost; stavební materiály; experimentální metody; identifikační problémy.

1. ÚVOD Rostoucí požadavky uživatelů i technických norem na kvalitu staveb, v současné době nejvíce viditelné v oblasti jejich energetické náročnosti, motivují vývoj nových materiálů i optimalizaci uplatňování tradičních materiálů s důrazem na obnovitelné zdroje. Navrhování staveb pak musí vycházet z hlubšího poznání vlastností materiálů pro jednotlivé konstrukční i izolační vrstvy, nejen ze standardního statického výpočtu a z kvalifikovaného (byť dosud platnými technickými normami podpořeného) odhadu jejich tepelně izolačních a akumulačních schopností. Poněvadž většina stavebních materiálů má komplikovanou pórovitou strukturu, představuje významnou materiálovou vlastnost kapilární vodivost vody v kapalném skupenství, na jejíž identifikaci z dostupných experimentálních dat se soustředí tento příspěvek. Důkladná fyzikální analýza problému by měla vycházet ze studia struktury pórového prostoru materiálu a procesu jeho postupného obsazení, případně následného uvolňování vodou, a vlivu této struktury na makroskopické chování materiálu. Pro reálné stavební aplikace se však běžně vychází z technického zjednodušení, při němž je materiál považován z makroskopického pohledu za homogenní a izotropní; z

experimentálních údajů je pak možno zjišťovat relevantní materiálovou charakteristiku, známou jako součinitel kapilární vodivosti. V následujícím textu se (s ohledem na jeho rozsah a zaměření) soustředíme a druhý z uvedených přístupů, nicméně s vědomím případné návaznosti na první z nich v rámci podrobnějšího výzkumu.

2. MATERIÁL A METODIKA Princip zachování hmotnosti podle (Bermúdez de Castro, 2005), str. 137, vede ke zdánlivě jednoduché evoluční rovnici u˙ + ∇⋅ j = 0 , (1) v níž u označuje bezrozměrný hmotnostní podíl vody v materiálu a j [m/s] příslušnou rychlost jejího toku (vektor o třech složkách) v jakémkoliv referenčním objemu v trojrozměrném euklidovském prostoru R3. Horní tečka přitom označuje parciální derivaci podle času t , ∇ = (∂/∂x1, ∂/∂x2, ∂/∂x3) je Hamiltonův operátor v prostoru R3, opatřeném běžnou kartézskou souřadnicovou soustavou x = (x1, x2, x3), a symbol ⋅ naznačuje skalární součin v R3; dále se bude používat rovněž Laplacův operátor ∆ = ∇⋅∇. Výpočtovou obtížnost způsobuje zejména nelinearita konstitutivního vztahu (2) j = – ∇β(u) 40

s jistou spojitou funkcí β(u). Zavedení obvyklého součinitele kapilární vodivosti κ(u) = β’(u), kde čárka naznačuje obyčejnou derivaci podle proměnné u, je z (2) motivováno úpravou ∇β(u) = β’(u)∇u = κ(u)∇u . Z (1) a (2) též okamžitě vyplývá u˙ – ∆β(u) = 0 . (3) Rovnice (1) a (2) musejí být splněny na libovolné podmnožině oblasti Ω v R3, vyplněné zkoumaným vzorkem, částí konstrukce apod., s hranicí ∂Ω, která sestává z disjunktních částí Θ a Γ: na Θ je předepsána Dirichletova okrajová podmínka u = u* pro známé hodnoty u* a na Γ Neumannova okrajová podmínka j⋅n = j* pro známé hodnoty j*, v níž vektor n = (n1, n2, n3), závislý na x, udává směr jednotkové vnější normály k ∂Ω. Počáteční podmínkou musejí být rovněž předepsány hodnoty u v čase t = 0. Pro jednoduchost budeme nadále pro vhodné funkce f a g, obecně závislé na x i t, označovat (f,g) integrál součinu fg přes Ω a [f,g] integrál součinu fg přes ∂Ω, přičemž index Θ nebo Γ bude naznačovat, že se má integrovat jen přes příslušnou část ∂Ω. Označení (f,g) bude pro jednoduchost používáno i pro vektory funkcí f a g z R3, kde je namísto fg třeba pracovat se skalárním součinem f⋅g. Pro dostatečně obecnou třídu testovacích funkcí v lze potom (3) přepsat ve tvaru (u˙,v) – (∆β(u),v) = 0 . (4) Formální použití Greenovy-Ostrogradského věty (o integrování per partes) na (4) s využitím Neumannovy okrajové podmínky vede k výsledku (u˙,v) + (∇β(u),∇v) = [∇β(u)⋅n,v]Θ – [j*,v]Γ . (5) Speciální volbou testovacích funkcí v = w – u*, kde funkce w vyhovují Dirichletově okrajové podmínce w = u* na Θ, první aditivní člen na pravé straně (5) zmizí a následně lze dokázat (dosti krušným způsobem, ve smyslu slabé konvergence abstraktních funkcí) existenci řešení (5) podle (Roubíček, 2005), str. 252. Opakované použití Greenovy-Ostrogradského

věty, nyní již na (5), pak dává (u˙,v) – (β(u), ∆v) = [∇β(u)⋅n,v]Θ – [β(u),∇v⋅n]Γ – [j*,v]Γ – [β(u*),∇v⋅n]Γ . (6) Dosud jsme nicméně předpokládali, že funkci β známe předem. Nezbytné je však umět řešit inverzní úlohu: namísto β v (6), nebo v jiné ze srovnatelných formulací, známe na základě experimentu některé další údaje, typicky (s jistými nahodilými, možná však i systematickými chybami) hodnoty u pro vybraná x i t, jež označíme u×. U takové úlohy lze očekávat nepříjemné vlastnosti od nemožnosti jednoduché a transparentní matematické formulace až po numerickou nestabilitu, zmírňovatelnou vhodnou regularizační procedurou; podrobněji viz (Isakov, 2006), str. 21. Vyjádříme-li nicméně β jako lineární kombinaci jistých m známých funkcí β1,…, βm, tj. β(u) = c1β1(u) + … + cmβm(u), např. polynomického typu podle (Škripková, 2013), pro vektor neznámých reálných součinitelů c = (c1,…, cm), přičemž teoreticky lze studovat i limitní přechod m→∞, máme tedy hledat (při dostatečném množství relevantních údajů) už jen minimum funkce m proměnných ve smyslu metody nejmenších čtverců F(c) = ((u – u×, u – u×)) , (7) kde součinu ((.,.)) můžeme rozumět obdobně (.,.), integrování je však nutno provádět i přes časový interval, na němž probíhá experiment, a u× je třeba vhodně extrapolovat i na x i t, kde nejsou naměřené údaje k dispozici. Matematicky korektně to lze obecně provádět s využitím poznatků o pravděpodobnostních mírách a prostorech. V literatuře odkazované praktické výpočtové algoritmy i) vesměs ad hoc zaměňují u× za u a ii) většinou hledají c vygenerováním dostatečného množství dvojic hodnot (u, β(u)), případně (u, κ(u)) s různými aposteriorními formulacemi účelových funkcí, nejen typu (7). Nejstarší dosud používaná Matanova výpočtová metoda (1933) 41

byla vyvinuta na základě Boltzmannovy integrální transformace (1894) pro polonekonečné jednorozměrné vzorky a velmi speciální okrajové podmínky; podrobné odvození, převádějící původní problém do oblasti obyčejných diferenciálních rovnic, prezentuje (Černý & al., 2010), str. 61, k historii metody lze potom najít více informací v (Stenlund, 2004). Matanův přístup vycházel původně z přímých měření, a tedy z velmi malého množství experimentálních údajů. V současné době jsou k dispozici nepřímé měřicí metody, což dokonce i v případě (aspoň přibližně) jednorozměrné geometrické konfigurace vynucuje modifikace tohoto přístupu, např. v podobě třetí integrační metody (Stenlund, 2004). Na druhé straně vzniká vážná otázka, nakolik fyzikální nepřímost měření může vnášet do procesu identifikace chyby, jež nelze vysvětlit nahodilými vlivy. Pro analýzu trojrozměrných dat jsou (přinejmenším teoreticky) k dispozici první dvě integrační metody (Stenlund, 2004) a (s podstatnou výhradou) též metoda dvojné integrace podle (Černý & al., 2010), str. 62. Žádná z nich nicméně příliš nenaplňuje uživatelskou představu o rychlém, robustním a spolehlivém výpočtu, a další výzkum v tomto směru je tak žádoucí. První integrační metoda (Stenlund, 2004) vychází ze svérázného uplatnění myšlenky známé z metody okrajových prvků: pro některé vybrané rovnice, v našem případě pro ∆v(x) = δξ(x), kde δξ(x) je Diracova distribuce sestrojená v nějakém bodě ξ ∈ R3, je známo fundamentální řešení, jehož konkrétní tvar pro v(x) i ∇v(x)⋅n(x) lze nalézt v (Brož & Procházka, 1987), str. 43. Pro rozličné diskrétní body ξ ∈ Ω a časy t, v nichž jsou známy hodnoty u, lze potom v (6) volit příslušná v a následně získávat dvojice (u, β(u)). Numericky nepříjemná je singularita ve všech bodech ξ, již je nutno pracně obcházet prostřednictvím Cauchyho hlavní hodnoty

singulárních integrálů. Druhá integrační metoda (Stenlund, 2004) volí formálně v(x) = δξ(x) a pro dostatečně hladkou funkci β vyjadřuje v (4) ∆β(u) = ∇⋅(κ(u)∇u) = κ(u)∆u + κ’(u)∇u⋅∇u, což lokálně pro jednotlivé body ξ ∈ Ω a časy t vede k opakovanému řešení lin. difer. rovnic prvního řádu s konstantními koeficienty standardním postupem, aniž by bylo (na rozdíl od první metody) nutno využívat hlubších výsledků teorie distribucí. Obtíže činí menší obecnost metody a správné počáteční nastavení κ. Metoda dvojné integrace je v (Černý & al., 2010), str. 63, podrobně rozpracována pro jednorozměrný případ. Speciálně se (3) integruje i přes časový interval a následně se volí v(x) = χi(x), kde χi je charakteristická funkce množiny všech u splňujících podmínku ui–1 ≤ u < ui pro i ∈ {1,…,m}, přičemž u0 = 0 a ui jsou zadaná kladná čísla. Zde není zapotřebí ii); konstanty odpovídající c totiž vycházejí přímo z integrální rovnice odvozené z (3), bez nutnosti řešit pomocnou soustavu lineárních algebraických rovnic. Zjišťování hodnot charakteristických funkcí χi však není možné bez určení m izolinií skalárního pole u, což jsou pro jednorozměrný případ jednorozměrné uzavřené křivky ve dvourozměrném euklidovském prostoru, zatímco v úloze formulované v R3 jde o trojrozměrné nadplochy ve čtyřrozměrném euklidovském prostoru, jejichž numerická detekce by byla mimořádně komplikovaná. Souběžně s metodami založenými na numerické analýze diferenciálních nebo integrálních rovnic se v literatuře objevují i alternativní metody, jejichž přehled podává (Colaço & al., 2006). Z nich (Černý & al., 2010), str. 66, na FSv ČVUT v Praze rozpracovává aplikaci genetických algoritmů.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Z dosavadního rozboru používaných výpočtových metod je zřejmý jejich společný fyzikální a matematický základ a možný jednotící pohled. Jednoznačné obecné doporučení pro volbu výpočtového přístupu není nicméně stále k dispozici; důležité je přizpůsobení identifikační metody organizaci experimentu, zejména tomu, zda lze nepřímé zjišťování u× pro (7), zpravidla prostřednictvím elektrických veličin (a nejistých kalibračních křivek, ovlivňovaných mikrostrukturou materiálu) doplnit přímou znalostí j* z (5). Tuto znalost uplatňuje i (Černý & al., 2010), str. 63, v praktické implementaci metody dvojné integrace. Jiné využití téže myšlenky vede k úpravě třetí integrační metody (Stenlund, 2004), prezentované podrobně v (Vala & Jarošová, 2013). Na Ústavu pozemního stavitelství FAST VUT v Brně je k dispozici mikrovlnné měřicí zařízení, popsané v (Škramlik & al., 2012), jež je jednou z alternativ diskutovaných v (Okamura, 2000). Získané datové soubory u(x,t) z jednorozměrných měření byly použity k vývoji původního softwaru v jazyku MATLAB pro identifikaci průběhu funkce κ(u) pro nezávisle proměnnou u. Výpočtový algoritmus navržený v (Vala & Jarošová, 2013) nevyžaduje vyčíslování nevlastních integrálů, a minimalizuje tak vliv chyb numerické aproximace problému; markantní je to zejména ve srovnání se zpracováním týchž dat Matanovým přístupem. Ve spolupráci s FSv ČVUT v Praze se připravuje porovnání výsledků včetně analýzy nejistot s vybranými přístupy podle (Černý & al., 2010). Z důvodu omezeného rozsahu tohoto příspěvku zde zařadíme pouze ilustrativní příklad zjištění κ(u) z nepřesných údajů; s rozsáhlejší prezentací výsledků experimentů a numerických simulací se počítá pro (Vala, 2014). V našem příkladu předem víme, že κ má nabývat konstantní hodnoty 10–7 m2/s, a analytický tvar u

pro známý průběh κ tedy lze pro vhodné okrajové a počáteční podmínky možno najít např. Laplacovou či Fouriérovou transformací. Díky této speciální vlastnosti můžeme příklad využít pro jednoduché porovnání výsledků pocházejících z různých metod.

Obr.1 Průběh u [–] v závislosti na x pro 6 pevných časů t – vstupní údaje.

Obr.2 Průběh ∂u/∂x [1/m] pro 6 pevných časů t – výsledek numerické aproximace.

Obr.3 Průběh ∂u/∂t [1/s] pro 6 pevných časů t – výsledek numerické aproximace.

Obr.4 Průběh výsledku pomocného numerického integrování [m] v proměnné x.

Obr.6 Porovnání výsledků identifikace κ(u) pro Matanovu metodu a nově navrženou metodu. Obr. 1 znázorňuje průběh u(x,t) pro jedinou prostorovou proměnnou x a čas t; případné chyby z nepřesné kalibrace vztahu mezi skutečně naměřenou veličinou a u se neuvažují. Zvýrazněné body reprezentují kompletní soubor vstupních údajů pro identifikaci závislosti κ(u). Na dalších 4 obr. odkazují vždy kolečka na výsledky analytického výpočtu, provedeného s využitím funkcí toolboxu symbolic z MATLABu, odkazujících na jádro softwaru MAPLE, křížky na výsledky výpočtu přístupem (Vala & Jarošová, 2013). Zatímco Matanova metoda generuje potřebné údaje pro (7) z explicitního vztahu

kde čárka naznačuje derivování podle jediné prostorové proměnné x (díky speciálnímu geometrickému uspořádání experimentu a předpokladu o polonekonečném vzorku), přístup (Vala & Jarošová, 2014) vede ke vztahu

Obr.5 Průběh výsledku pomocného numerického integrování [m] v proměnné t.

Obr. 2 ukazuje výsledek parciálního numerického derivování podle x, obr. 3 výsledek parciálního numerického derivování podle t. Obdobné výsledky pro výpočty parametrických integrálů v proměnných x a t s parametrem x0 44

jsou zřejmé z obr. 4 a obr. 5. Analogie obr. 1, 2, 3, 4 a 5 jsou k dispozici i pro Matanovu metodu. Porovnání výsledků obou přístupů je pak (lépe než z dílčích informací z dvojic obr. typu 1, 2, 3, 4 a 5) zřejmé z obr. 6, sestaveném na základě minimalizace (7), tedy vlastně lineární regresí. Plné čáry ukazují výsledky údajného průběhu κ(u) podle Matanovy metody (červeně) a nově navržené metody (modře); čárkované čáry vznikly pouhým odhadem předpokládané konstantní hodnoty κ jako střední hodnoty výběrového souboru po vyloučení odlehlých dat.

4. ZÁVĚR Problematiku vyhodnocování výsledků nepřímých měření kapilární vodivosti stavebních materiálů nelze navzdory povzbudivým dílčím teoretickým i numerickým výsledkům považovat za uzavřenou. Další výzkum se musí soustředit nejen na optimalizační problém typu (7), ale i na kalibrační vztah mezi naměřenými (zpravidla elektrickými) veličinami a skutečným průběhem u(x,t) a na stochastický charakter těchto veličin. Samostatný závažný problém přitom představuje zpracování časových řad třírozměrných údajů, o nichž lze sice nalézt četné zmínky v literatuře, nicméně nejsou k dispozici žádné důvěryhodné efektivní výpočtové nástroje, a tím méně jejich softwarové implementace.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek byl zpracován s podporou projektu specifického vysokoškolského výzkumu reg. č. FAST-S-14-2346.

LITERATURA Bermúdez de Castro, A. Continuum Thermomechanics. Birkhäuser, 2005. Brož, P.; Procházka, P. Metoda okrajových prvků v inženýrské praxi. SNTL Praha, 1987. Colaço, M. J.; Orlande, H. R. B.; Dulikravich, D. S. Inverse and optimization problems in heat transfer. Journal of the Brazilian Society of

Mechanical Sciences and Engineering 28 (2006), 1–24. Černý, R., a kol. Methods of measurement of water transport parameters. In: Complex System of Methods for Directed Design and Assessment of Functional Properties of Building Materials: Assessment and Synthesis of Analytical Data and Construction of the System. ČVUT v Praze, 2010, 53–83. Isakov, V. Inverse Problems for Partial Differential Equations. Springer, 2006. Okamura, S. Microwave technology for moisture measurement. Subsurface Sensing Technologies and Applications 1 (2000), 205– 227. Roubíček, T. Nonlinear Partial Differential Equations with Applications. Birkhäuser, 2005. Stenlund, H. Three Methods for Solution of Concentration Dependent Diffusion Coefficient. Visilab Signal Technologies, Pukkila (Finsko), 2004. Škramlik, J.; Novotný, M.; Šuhajda, K. The moisture in capillaries of building materials. DPC Journal of Civil Engineering and Architecture 2 (2012), 1536–1543. Škripková, L. Capillary transfer coefficient of polynomial type in the diffusion equation. In: 11th International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics, AIP Conference Proceedings 1558, American Institute of Physics, 2013, 1008–1011. Vala, J.; Jarošová, P. Identification of the capillary conduction coefficient from experimental data. Forum Statisticum Slovacum 9 (2013), 250–255. Vala, J. Identification of moisture distribution in porous building materials from microwave measurements. Modelling 2014 v Rožnově pod Radhoštěm, VŠB-TU Ostrava, předloženo k publikaci.

Vliv typu použité parotěsnící vrstvy u montovaných konstrukcí Kacálek, P.,* Smolka, R.,** Petříček, T. *** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kacalek.p@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : smolka.r@fce.vutbr.cz *** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : petricek.t@fce.vutbr.cz Klíčová slova: parotěsnící vrstva, teplota, dřevostavba

1. ÚVOD

2. MATERIÁL A METODIKA

Montované dřevostavby si postupem času vybojovaly své postavení a poslední dobou jsou hojně používanou konstrukcí nejen pro stavbu rodinných domů. U těchto staveb je nezbytné dbát kromě konstrukční ochrany dřevěných prvků na vhodné provedení řady specifických detailů a v neposlední řadě na dokonalé aplikování parozábrany ve skladbě obvodových stěn. Jako parozábrana se ve skladbách sendvičových dřevostaveb používají rozličné PE folie s podobnými vlastnostmi. Další možností je použití PE folie s aplikovanou tenkou vrstvou hliníku a využití termoreflexního jevu. Příspěvek pojednává o testování panelů montážní předstěny a skutečné obvodové stěny dřevostavby, v jejichž skladbách byly použity dva typy parotěsných folií (běžná bublinková PE folie a reflexní folie). Snímáním povrchových teplot pomocí termočlánků ve srovnatelných místech panelů v částech s reflexní a obyčejnou parotěsnou folií byl sledován vliv hliníkové reflexní vrstvy na jeden ze sledovaných parametrů pro hodnocení kvality vnitřního prostředí – vnitřní povrchové teploty obvodové konstrukce.

Testování vlastností parozábrany s reflexní vrstvou spočívalo v kontaktním měření povrchové teploty zkušebních panelů pomocí termoelektrických povrchových snímačů (termočlánků). Při kontaktním měření teploty je teplotní čidlo v přímém kontaktu s měřeným povrchem. Způsob připevnění čidla k měřenému povrchu byl zvolen tak, aby teplota měřeného povrchu nebyla čidlem ovlivněna a zároveň čidlo mělo s povrchem dokonalý kontakt. Měření probíhalo při simulování neustáleného teplotního stavu vnějšího prostředí. Reflexní folie byla testována ve dvou konstrukcích – nejprve ve skladbě montážní předstěny, následně v celkové skladbě obvodové stěny montované dřevostavby. Zkušební panely byly dodány firmou Bajulus, s.r.o., která se již řadu let zabývá výstavbou montovaných dřevostaveb. Zkušební panely předstěny a kompletní obvodové stěny o rozměru 3 x 1,5 m (viz Obr.1) byly osazeny ve zkušební laboratoři Ústavu pozemního stavitelství a byly podrobeny zkoušce simulováním neustáleného teplotního stavu s kolísáním vnější teploty Te v intervalu (-8) - (-18) ±1°C a s vnitřní teplotou Ti 21±1°C. Sledované hodnoty (povrchové teploty panelu, teploty vnitřního a vnějšího prostředí a relativní 46

vlhkosti vnitřního a vnějšího prostředí) byly zaznamenávány v intervalu 10 min.

Obr. 3 Skladba testovaného panelu obvodové stěny montážní předstěny

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 1 Testovaný panel obvodové stěny montované dřevostavby na ÚPST Skladby testovaných panelů viz obr. 2 a obr. 3. Při aplikaci reflexní parotěsné folie s hliníkovou vrstvou musí být před folií vytvořena nevětraná vzduchová mezera o tloušťce min. 30 mm, která zajistí možnost odrazu tepla zpět do interiéru.

Průměrné hodnoty naměřených povrchových teplot a relativních vlhkostí při okrajových podmínkách: 1. Te,1 = -15°C, Ti = 21°C 2. Te,2 = -18°C, Ti = 21°C Tab. 1 Výsledky testovaní panelu montážní předstěny (Te,1 = -15°C, Ti = 21°C) Teplota Te Teplota Ti [°C] [°C] Obyč. -7,4 14,3 Reflexní -13,3 15,7 Tab. 2 Výsledky testovaní panelu montážní předstěny (Te,2 = -18°C, Ti = 21°C) Teplota Te Teplota Ti [°C] [°C] Obyč. -9,0 14,3 Reflexní -15,6 15,7

Obr. 2 Skladba testovaného panelu montážní předstěny

Tab. 3 Výsledky testovaní panelu obvodové stěny (Te,1 = -15°C, Ti = 21°C) Teplota Te Teplota Ti [°C] [°C] Obyč. -13,81 18,61 Reflexní -15,33 18,69

Zkušební panely interiérové předstěny i kompletní obvodové stěny montované dřevostavby byly provedeny v takovém složení, ve kterém jsou běžně instalovány v reálných objektech. V jedné polovině panelu byla vždy aplikována parozábrana s hliníkovou reflexní vrstvou ozn. Reflexní, ve druhé polovině panelu byla jako parozábrana použita adekvátní PE bublinková folie bez reflexní vrstvy ozn. Obyč. 47

Tab. 4 Výsledky testovaní panelu obvodové stěny (Te,2 = -18°C, Ti = 21°C) Teplota Te Teplota Ti [°C] [°C] Obyč. -15,86 18,65 Reflexní -18,38 18,74

4. ZÁVĚR Testováním zkušebních panelů předstěny a obvodové stěny montované dřevostavby byl sledován účinek parotěsné folie s aplikovanou reflexní hliníkovou vrstvou. Aplikace hliníkové reflexní vrstvy na interiérovou stranu parozábrany vkládané do skladby předstěny montované dřevěné obvodové stěny prokázala schopnost odrážet teplo zpět do interiéru. Z naměřených hodnot při Te = –18°C, uváděných v Tab. 1, Tab. 2, je patrné navýšení povrchové teploty z 14,3°C na 15,7°C. Výraznější vliv reflexní vrstvy parozábrany je pozorován na exteriérové straně předstěny, kde pokles povrchové teploty činil cca 6°C, tedy zhruba 57%. Z výsledků měření na panelu skutečné obvodové stěny, uvedených v Tab. 3, Tab. 4, je zřetelný vliv reflexní folie především na exteriérové straně stěny, kde teplotní rozdíl představuje cca 1,5°C. Vliv reflexní folie pozorovaný na interiérové straně stěny není zásadní s ohledem na celkovou skladbu obvodové stěny, kdy neopomenutelný vliv na teplotní spád má aplikovaná tepelná izolace z minerální vaty mezi nosnými sloupky stěny.

LITERATURA Marková, H.; Kacálek, P.; Hejhálek, J., Reflexní parotěsná fólie Sunflex Roof-In v praktické zkoušce, článek v Českomoravský výběr, ISSN 1211-6017, Vega s.r.o., Hradec Králové, 2009 ČSN EN ISO 10211 (73 0551). Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Tepelné toky a povrchové teploty - podrobné výpočty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, únor 2009. str. 48s. ČSN EN ISO 13 788 Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkosti uvnitř konstrukce (2002) Materiálové listy od firmy TART, s.r.o.

Způsoby stanovení koeficientu emisivity reflexní izolace a jeho vliv na tepelný odpor Kalánek, J.,* Šteffek, L.,** Ostrý, M.*** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kalanek.j@fce.vutbr.cz **Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : steffek.l@fce.vutbr.cz ***Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : ostry.m@fce.vutbr.cz Klíčová slova : Reflexní izolace; Záření; Emisivita, Tepelný odpor, Infračervená termografie;

1. ÚVOD Reflexní izolace jsou jedním z druhů novodobých tepelně izolačních materiálů, které mohou při správné aplikaci významně zvýšit tepelně izolační vlastnosti jednotlivých konstrukcí. Stanovení tepelných vlastností reflexních izolací a přilehlých vzduchových vrstev je tématem řady vědeckých článků, např. [1-3]. Tepelněizolační účinky reflexní izolace jsou dány zejména odrazem tepelného toku sáláním. Schopnost odrážet sálavé účinky je umožněn povrchem, který má nízkou emisivitu. Proto je tento koeficient důležitý pro stanovení tepelných vlastností reflexních izolací. Článek popisuje základní fyzikální jevy záření, blíže specifikuje různé způsoby stanovení emisivity a její vliv na tepelný odpor reflexní izolace.

2. MATERIÁL A METODIKA 2.1 Principy záření Těleso, jehož teplota je větší než 0 K (-273.15 °C), vyzařuje všemi směry elektromagnetické vlnění o různé vlnové délce a navíc může toto záření odrážet, pohlcovat a propouštět. Elektromagnetické záření má vlnový charakter a na základě vlnové délky lze

rozlišovat záření:

různé

typy

elektromagnetického

Obr. 1 Spektrum elektromagnetického záření [4]

Dopadne-li elektromagnetické záření na jiné těleso, tak může být částečně pohlceno, částečně odráženo a část prochází tělesem. Pohlcené záření způsobuje zvýšení vnitřní energie tělesa, odražené záření dopadá na jiná tělesa a procházející záření přechází na jiná tělesa. Slovní formulace 1. Kirchhoffova zákona udává, že součet odrazivosti, pohltivosti a propustnosti daného objektu je vždy roven jedné. Důležitou veličinou popisující vyzařování tělesa je emisivita. Emisivita je definovaná jako poměr intenzity vyzařování reálného tělesa k intenzitě vyzařování absolutně černého tělesa se stejnou teplotou. Při stejné vlnové délce je součinitel pohltivosti roven emisivitě. Emisivita tak může dosahovat hodnot od 0 do 1 a její hodnota je závislá především na struktuře 49

materiálu povrchu, teplotě popř. vlnové délce a směru vyzařování. Velice důležitým objektem je tzv. dokonale černé těleso, které bylo uměle vytvořeno (ve skutečnosti neexistuje, jedná se pouze o fyzikální model) pro odvození základních zákonů záření. Jedná se o těleso, které pohltí veškerou sálavou energii a následně stejné množství energie vyzařuje. Jeho emisivita je rovna 1,0. Intenzitu vyzařování popisuje Stefan-Boltzmannův zákon, který říká, že každé těleso, které má nenulovou absolutní teplotu září, přičemž hustota zářivého toku je úměrná čtvrté mocnině absolutní teploty. Získáme ji integrací spektrální hustoty zářivého toku dokonale černého tělesa přes celý rozsah vlnových délek za konstantní teploty získáme hustotu zářivého toku.

σ0

Stefan-Boltzmannova konstanta [σ0 = 5,6697·10-8 W·m-2·K-4]

emisivita tělesa [-]

termodynamická teplota [K]

2.2 Způsoby určení emisivity Tabulkové hodnoty: Nejjednodušším způsobem jak určit emisivitu prvku je využitím tabulek. Výhoda spočívá v rychlosti stanovení. Jak již ale bylo výše zmíněno, emisivita není konstanta. Abychom získali co nejpřesnější hodnotu, museli bychom mít tabulku, která by obsahovala daný materiál, teplotu povrchu materiálu, úpravu povrchu, atd. Tato metoda není vhodná pro přesné měření. Tab. 1 Hodnoty emisivity některých materiálů ε Materiál [-] 0,0 Hliník, leštěný 5 Hliník, silně 0,2 zoxidovaný 5 Cihla, běžná 0,9 Beton 0,5 0,0 Zlato, leštěné 2

Obr.2 Stefan–Boltzmannův zákon v diagramu závislosti spektrální hustoty zářivého toku černého tělesa na vlnové délce záření [4] Hustota zářivého toku dokonale černého tělesa je pak definována vztahem: !" = %" · ' ( (1) Pro nedokonalé zářiče, které se také označují jako šedé povrchy, lze pak hustotu zářivého toku vyjádřit vztahem: ! = %" · ) · ' ( (2) Kde

je intenzita vyzařování černého tělesa [W·m-2]

intenzita vyzařování reálného tělesa [W·m-2]

Hemisférický absolutně černý zářič: Dle ČSN EN 15976 [5] hemisférický zářič (polokulový) ve formě absolutně černého tělesa využívá princip tepelného infračerveného záření. Teplota absolutně černého tělesa je nastavena a udržována na 100 °C. Polokulový tvar zářiče je nezbytný pro dosažení úplného a homogenního ozáření měřeného povrchu tak, aby mohla být správně měřena emisivita hrubých a členitých povrchů. Část energie odražené a vyzářené vzorkem projde malým otvorem v hemisférickém zářiči a je infračervenými 50

čočkami soustředěna na infračervený senzor. Infračervený senzor mění dopadající tepelné záření na elektrické napětí v širokopásmové a lineární podobě (elektrické napětí je úměrné odražené tepelné energii).

dutiny podle ČSN EN ISO 6946 [7]; 3) výsledný tepelný odpor jádra výrobku je dán rozdílem měřeného tepelného odporu celé dutiny a vypočtených tepelných odporů vzduchových dutin. V případě, že bude uvažovat normativní postup pro stanovení tepelného odporu vzduchové dutiny, můžeme emisivitu dopočítat na základě odvození následující vzorce: /01 2/31 4

Obr. 3 Hemisférický absolutně černý zářič [6] Měření metodou infračervené termografie: Infračervená termografie je založena na sdílení tepla sáláním. Termovizní přístroje nesnímají teplotu povrchu, nýbrž intenzitu vyzařování, která je přímo závislá na povrchové teplotě objektu. Intenzita vyzařování se pomocí fyzikálních zákonů (Planckův vyzařovací zákon, Wienův posunovací zákon, Stefan-Boltzmanův zákon) přepočítává a uživateli se zobrazí výsledná teplota. Emisivitu pomocí infračervené termografie lze stanovit dvěma hlavními způsoby: • Stanovení emisivity infračervenou termografií za pomocí prvku o známe emisivitě. • Stanovení emisivity infračervenou termografií za pomocí teploměru. Na základě experimentálního stanovení tepelně izolačních vlastností reflexních izolací: Norma ČSN EN 16012 [6] definuje následující postup pro stanovení tepelných vlastností reflexních izolací při použití zařízení s teplou skříní: 1) tepelný odpor celkové izolované vzduchové dutiny se určí z údajů z teplé skříně; 2) vypočte se tepelný odpor každé vzduchové

6 : 780 9 0 ;<0 0

> ?0 =0 =3

6 : 783 9 0 ;<3 0

> ?0 =0 =3

/0 2/3 4

(3)

Kde θ1,2 θ1P,2P hai

hroi

ε1,2

povrchové teploty celé vzduchové dutiny [°C] povrchové teploty na povrchu vzorku [°C] součinitel přestupu tepla vedením a prouděním [W·m-2·K-1] i-té vzduchové dutiny součinitel přestupu tepla sáláním černého tělesa [W·m-2·K-1] i-té vzduchové dutiny jsou emisivity povrchů vymezující vzduchovou mezeru [-]

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Měření bylo provedeno na reflexní izolaci z extrudovaného polyetylenu s reflexním povrchem na obou stranách. Zkušební zařízení s kalibrovanou teplou skříní, jenž se skládá z měřicí skříně a z chladné skříně, bylo nahrazeno chladicím boxem a měřicí skříň byla nahrazena laboratorním prostředím budovy, kde měření probíhalo.

Obr. 4 Hodnoty získané měřením 51

Tepelný odpor jádra reflexní izolace stanovený na základě povrchových teplot a hustotě tepelného toku je roven: R = 0,28 m2·K·W-1 a součinitel tepelné vodivosti λ= 0,043 W·m-1·K-1. Tepelné odpory získané dle ČSN 16012 [6] s dosažením různých hodnot emisivity u povrchů reflexní izolace je uveden v následující tabulce: Tab. 2 Tepelné odpory dle ČSN 16012 [6] ε Rvzorku λvzorku 2 -1 [-] [m ·K·W ] [W·m-1·K-1] 0,1 0,09 0,128 0,12 0,16 0,077 0,14 0,21 0,057 0,16 0,26 0,046 0,166 0,28 0,043 0,18 0,31 0,039 0,20 0,35 0,034

4. ZÁVĚR Na základě provedených měření lze konstatovat, že na tepelný odpor reflexní izolace, jenž je obklopena z obou stran vzduchovou vrstvou, má emisivita výrazný vliv. V případě použití emisivity s tabulkovou hodnotou 0,1 je tepelný odpor R = 0,09 m2·K·W-1 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,128 W·m-1·K-1. Pokud budeme uvažovat emisivitu s dvojnásobnou hodnotou 0,2 je tepelný odpor jádra reflexní izolace zhruba čtyřnásobný: R = 0,35 m2·K·W-1 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,034 W·m-1·K-1. Tepelný odpor jádra reflexní izolace stanovený na základě povrchových teplot a hustotě tepelného toku je roven: R = 0,28 m2·K·W-1 a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,043 W·m-1·K-1. V případě, uvažování normativního postupu pro stanovení tepelného odporu vzduchové dutiny, je emisivita povrchů měřené reflexní izolace rovna hodnotě 0,166.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl s pomocí Projektu specifického výzkumu VUT v Brně č. FAST-J-13-2034 „Ověření skutečných tepelně technických vlastností reflexních izolací“.

LITERATURA [1] Tenpierik, M. J.; Hasselaar, E. Reflective multi-foil insulations for buildings: A review. Energy and buildings. 2013, vol. 56. [2] Belusko, M.; Bruno, F.; Saman, W. Investigation of the thermal resistance of timber attic spaces with reflective foil and bulk insulation, heat flow up. Applied energy. 2011, roč. 88, no. 1. [3] Smith, Ie; Probert, Sd. Effectiveness of reflective foil as thermal insulation. Applied energy. 1979, roč. 5, č. 1. [4] Pavelek, M. Rychlost, vlnová délka a frekvence záření. Termomechanika [online]. [cit. 2014-03-24]. Dostupné z: http://ottp.fme.vutbr.cz/users/pavelek/opti ka/0201.htm [5] ČSN EN 15976. Hydroizolační pásy a fólie - Stanovení emisivity. Praha. Úřad pro technickou normalizaci, meterologii a státní zkušebnictví. 2011 [6] ČSN EN 16012 Tepelná izolace budov – reflexní izolační výrobky – stanovení deklarovaných tepelných vlastností. Praha. Úřad pro technickou normalizaci, meterologii a státní zkušebnictví. 2012 [7] ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda. Praha. Český normalizační institut, 2008 .

Integrace PCMs a sálavého kapilárního chlazení / vytápění k zajištění tepelné pohody Klubal, T.,* Ostrý, M.** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : klubal.t@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : ostry.m@fce.vutbr.cz Klíčová slova : materiál s fázovou přeměnou; kapilární chlazení; vnitřní mikroklima

1. ÚVOD Příspěvek popisuje experimentální způsob integrace materiálu s fázovou přeměnou (Phase Change Materials – PCMs) do stavebních konstrukcí a porovnání systému sálavého chlazení/vytápění se standardně využívaným klimatizačním zařízením. Zkoumané použití PCMs má za cíl snížit provozní náklady na vytápění a chlazení residenčních a administrativních objektů při zachování legislativních požadavků na vnitřní mikroklima. Akumulační kapacita obálky budovy napomáhá udržovat vnitřní teplotu vzduchu v požadovaném rozsahu. Stavební obálky moderních budov jsou však běžně vyrobeny z lehkých materiálů. Pokud jde o tepelnou pohodu, hlavní nevýhodou lehkých konstrukcí je jejich nízká tepelná kapacita, nízká tepelná setrvačnost a riziko nepohody, kterým je přehřátí interiéru [1]. Tento problém je často řešen provozně nákladnou klimatizační jednotkou. V posledních letech se přibližuje spotřeba elektrické energie v letních měsících spotřebě v zimním období. Je reálné předpokládat, že jednou z hlavních příčin je právě rozšíření klimatizačních zařízení [2]. Systém sálavého chlazení a vytápění s integrovaným PCMs v některých časových úsecích může fungovat bez potřeby elektrické energie, tj. jako pasivní systém. Pasivní systém

využívá akumulaci latentního tepla ke zvýšení tepelně akumulační kapacity stavby. Jelikož samotná akumulace latentního tepla v PCMs není dostatečná pro zajištění tepelné pohody především v extrémně teplých a mrazivých dnech, je nutné použití dodatečných technických prostředků, jak pro zajištění tepelné pohody, tak pro aktivaci akumulační látky. Kapilární rohože umožňují využít sálavé chlazení během léta a vytápění v zimě.

2. MATERIÁL A METODIKA Vliv materiálů s fázovou přeměnou na vnitřní mikroklima je zkoumán pomocí experimentálního komparativního měření v reálném měřítku. Měření je prováděno ve dvojici místností se stejnými vlastnostmi (obalové konstrukce, geometrie,…). Referenční místnost je možné v případě potřeby chladit a vytápět pomocí klimatizační jednotky. V experimentální místnosti je sestava tepelně akumulačních modulů napojena na soustavu tepelného čerpadla vzduch-voda , akumulační nádrže a elektrokotle. Koncepce zkoumaného systému sálavého chlazení je založena na použití PCMs, který je integrován do sádrové omítky. Ta tvoří povrchovou úpravu panelů. Do sádrového základu je přidán mikrozapouzdřený parafín 53

Micronal® od firmy BASF. V experimentální realizaci je Micronal přidán do sádrové omítky v množství 30 hm. %. Omítková směs je nanesena na panely s kapilárními rohožemi napojené na vodní okruh tepelného čerpadla. V první sadě panelů vyrobených v létě 2012 byl použit PCM Micronal® DS 5008 X s výrobcem deklarovaným bodem tání 23°C. Instalovaná plocha panelů byla 15m2 . Ve druhé sadě panelů, instalovaných od léta 2014, byl použit PCM Micronal® DS 5040 X s výrobcem deklarovaným bodem tání 23°C. Instalovaná plocha panelů je 41m2 včetně podlahy. Teploty v interiéru a povrchové teploty v místnostech jsou podrobeny měření.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE 3.1 Termická analýza (1) Teplota tání je jednou z hlavních charakteristik při výběru vhodného zástupce pro použití jako PCMs. Teploty tání a tuhnutí a množství přijatého a uvolněného tepla směsi sádrové omítky s PCMs a samostatného PCMs byly zjišťovány pomocí termické analýzy (Tab. 1).

Tání PCMs

Tuhnutí PCMs

Micronal 18,8 24,5 96,2 21,8 DS 5040X

multipeak

Onset [°C] Peak [°C] Entalpie [J.g-1] Onset [°C] Peak [°C] Entalpie [J.g-1]

Materiál

Tab. 1 Porovnání analýz DSC s rychlostí ohřevu/tuhnutí 1 °C.min-1

-92,6

Micronal 19,8 24,3 86,8 23,3 22,4 -82,7 DS 5008X

(2) Z porovnání je zřejmé, že přidáním mikro pelet do sádrové omítky dochází k snížení akumulační kapacity a k posunu teplotních peaků jak při tání, tak při tuhnutí. Toto snížení tepelně akumulační kapacity je poměrně zásadní a odpovídá hmotnostnímu podílu PCMs v omítce. Při porovnání Micronalu DS 5008 a 5040 X, které mají výrobcem deklarovanou shodnou teplotu tání je zřejmé, že jednotlivé materiály se v tepelných charakteristikách od sebe liší. 3.2 Komparativní měření teplot v místnostech (1) Ve sledovaném období byl PCM aktivován přirozenou konvekcí vzduchu (chladící jednotka i klimatizace 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 až 2,0 °C (Obr. 2). 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. Teplota uvnitř omítky bez PCM je vyšší než u omítky s PCM v období mezi 11.30 až 19.30. V tomto období sádrová omítka akumuluje citelné teplo, což se projeví narůstající teplotou akumulačního média. Sádrová omítka s PCM naopak akumuluje latentní teplo, což se projevuje pozvolnějším růstem teploty prvku. V nočním a dopoledních hodinách je naopak vyšší teplota u omítky s PCM, jelikož ta se aktivuje (vybíjí), což má za následek zvýšení teploty v omítce v PCMs . Vyšší je také teplota v interiéru experimentální místnosti, jelikož je do něj uvolňováno akumulované teplo.

Omítka s Micronalem 24,5 26,2 23,4 25,5 24,6 -23,6 DS 5008X

Obr. 2 Průběhy teplot v testovacích místnostech ve dnech 18. 8. - 19. 8.2012 (2) Na Obr. 3 je znázorněn průběh teplot části sledovaného letního období. Nastavením systémů bylo požadováno v obou místnostech udržení teploty pod 25 °C v období od 10:00 do 17:00. Tepelně akumulační panely v experimentální místnosti byly aktivovány vodou v kapilárních rohožích v období 1:00-1:30, 3:00-3:30 a 10:00-17:00, když teplota v místnosti během nastaveného období překročila 25 °C. V referenční místnosti klimatizační jednotka v období 10:00-17:00 udržovala teplotu 25 °C. Klimatizační jednotka v referenční místnosti byla v provozu 33 hod naproti tomu chladící

jednotka 13 hod. Jelikož tepelné čerpadlo má vyšší příkon než klimatizační jednotka, spotřebovaná energie je pro experimentální místnost 10,8 kWh a pro referenční místnost 7,4 kWh. Teplota v experimentální místnosti osciluje mezi 23-26 °C po dobu celého dne. V referenční místnosti po vypnutí klimatizace teplota vzroste tak, že oproti experimentální místnosti je vyšší o 3 °C. Z křivek, které sledují teplotu v omítkách je zřejmá akumulace latentního tepla. To se projeví pozvolným nárůstem teploty v omítce s Micronalem. Efektem je, že teplota v místnosti i po vypnutí kapilárního dochlazování neroste.

Obr. 3 Průběhy teplot v testovacích místnostech ve dnech 2. 8. - 3. 8.2013

(3) Na Obr. 4 je znázorněn průběh teplot části sledovaného jarního období. Teploty v exteriéru se během dne pohybovaly mezi 1-13 °C. Nastavením systémů byla požadována v obou místnostech teplota v rozmezí legislativního rámce v období od 7:00 do 17:00. V referenční místnosti, po celou tuto dobu, klimatizační jednotka v případě potřeby místnost vytápěla na 24°C. V experimentální místnosti byl nastaven režim zapnutí TČ ve dvou blocích 7:00-9:00 a 12:00-14:00 na teplotu 24 °C. Ve zbylém období není klima v místnostech aktivně ovlivňováno. Spotřebovaná energie je pro

referenční místnost 7,8 kWh a pro experimentální místnost 7,1 kWh. Teplota v experimentální místnosti osciluje mezi 22-24 °C ve sledovaném období a v noci teplota v interiéru klesá pozvolněji z důvodu uvolňování akumulovaného tepla. Z křivek, které sledují povrchovou teplotu je zřejmá akumulace latentního tepla. To se projevuje pozvolnějším nárůstem teploty v omítce s Micronalem. Po vypnutí kapilárního vytápění a poklesu teploty k oblasti fázové přeměny se PCMs vybíjí, což je zřejmé z pozvolnějšího poklesu povrchové teploty.

Obr. 4 Průběhy teplot v testovacích místnostech ve dnech 15. 3. - 16. 3.2014

4. ZÁVĚR

budovách“.

Z měření je zřejmý vliv PCMs na vnitřní mikroklima. Akumulace latentního tepla přispívá k udržení požadované tepelné pohody jak v zimním, tak i v letním období. Je však nutné tyto materiály kombinovat s technickými prostředky k zajištění aktivace PCMs.

LITERATURA [1] Soares, N.; Costa, J.J.; Gaspar, A.R.; Santos, P. Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings´ energy efficiency, Energy and Buildings,2013, vol. 59, pp. 82-103, ISSN: 0378-7788

PODĚKOVÁNÍ

[2] Polák, P. Klimatizace budov adiabatickým chlazením. TZB-info [online] . 6.2.2012 [cit. 2012-09-25]. ISSN 1801-4399.

Příspěvek vznikl s pomocí grantového projektu GAČR P104/12/1838 „Využití akumulace latentního tepla materiály s fázovou změnou pro snížení spotřeby primární energie v

Některé problémy vznikající ve stavební praxi u okenních otvorů Kolář, R.,* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kolar.r@fce.vutbr.cz Klíčová slova : výplně otvorů, okno, intenzita větrání, produkce vlhkosti, osazení oken, provádění oken, absolutní vlhkost, relativní vlhkost

1. ÚVOD

2. MATERIÁL A METODIKA

Výplně stavebních otvorů jsou velmi důležitou součástí stavby. V ploše fasády však představují prvek, který není celiství s okolní konstrukcí. Na jejich osazení a konstrukci jsou kladeny značné požadavky a ve stavební praxi nejsou vždy bezproblémově zvládnuté. Poruchy vznikají zejména nekompetentností pracovníků ve stavebnictví, nezodpovědným přístupem k provádění nebo konkurenčním tlakem na co nejnižší cenu. Nedbalé provedení se většinou projeví až dodatečně nebo, pokud porucha nezpůsobí žádné následné problémy, se neprojeví vůbec. Je však odhalitelné např. nedestruktivní termografickou metodou. Účelem osazení oken do fasády objektu jsou zejména požadavky na osvětlení a oslunění vnitřních prostor budov a na větrání prostor. K problémům s osvětlením a osluněním u nových konstrukcí oken nedochází, ale právě novými konstrukcemi došlo k naprostému omezení výměny vzduchu netěsnými spárami u oken, resp. výplní otvorů obecně. Na toto navazují problémy vznikající v interiéru. V článku jsou výše uvedené problémy zmíněny a na konkrétních příkladech budou prezentovány. V závěru budou uvedeny návrhy jak těmto problémům předcházet např. při zpracování projektové dokumentace, při provádění stavby, výkonu dozoru na stavbě, při předání stavby nebo v rámci poradenství neodborné veřejnosti.

2.1 Nesprávně provedené osazení výplní otvorů Na následujících termogramech uvedu některé časté chyby, které vznikají při provádění osazení otvorů.

Obr. 1 Termogram nadpraží okna (autor) Graf 1 Průběh teplot u nadpraží z Obr. 1

Termogram na Obr. 1 ukazuje špatné provedení tepelně izolační výplně připojovací spáry, kdy připojovací spára nebyla dostatečně vyplněna izolačním matriálem. Z tohoto důvodu je rozdíl teplot v ploše u nadpraží až 2,5°C, jak je znázorněno na Grafu 1. Jedná se o vady v nadpraží okna, povrchové teploty tedy 57

vyhovují na požadované teploty dle normy ČSN 73 0540-2, protože nadpraží je ohříváno stoupajícím teplým vzduchem z otopného tělesa umístěného pod oknem. Také na dalších termogramech jsou uvedeny nejzávažnější příklady nedodržení požadavků na montáž a vnitřní a vnější uzávěr spáry. Nižší teploty na a Obr. 2 jsou způsobeny pravděpodobně chybějící PUR pěnou, resp. špatně vyplněnou připojovací spárou PUR pěnou. Nižší teploty jsou patrné i pod parapetem. Důvody jsou zde pravděpodobně dva – nedostatečně vyplněná připojovací spára okna PUR pěnou a větší spárová průvzdušnost. Dochází ke značnému proudění tepla a rozdíly mezi plochou stěny nebo např. konstrukcí výplně otvoru a neutěsněnou spárou mohou dosahovat i ∆θ = 10 °C.

Rozdíl teplot v tomto případě je až ∆θ = 8°C. Nejnižší teplota na obrazci je způsobena nedostatečnou těsností styčné spáry mezi okenními rámy. 2.2 Konstrukce oken, seřízení oken Výrazným nedostatkem může být také nedostatečná péče o okna poté, co si okno tzv. dosedne po čase užívání stavby. Ze zkušeností autora u tohoto jevu dochází především u platových oken, jak bude uvedeno na následujících příkladech.

Obr. 4 Termogram okna s deformovaným křídlem (autor)

Obr. 2 Termogram parapetu okna (autor)

Obr. 5 Termogram okna s deformovaným křídlem (autor)

Obr. 3 Spára mezi dvěma rámy oken (autor) Dalším příkladem je na Obr. 3 spára mezi dvěma okny, kde je použit systémový profil krycí profil, který ovšem není vzduchotěsný.

Na Obr. 4 a Obr. 5 jsou uvedeny dva příklady, co způsobí deformace rámu. Opět dochází k větší průvzdušnosti mezi rámem a křídlem a proto jsou teploty ve funkční spáře mnohem nižší než jinde. Vždy se jedná o místa (podle Obr. 4) mimo hlavní kotevní bode kování oken. U Obr. 5 je vidět rozdíl teploty mezi křídlem a 58

spárou až ∆θ = 11,2 °C.

uživatelé byt nehodně užívají, tedy nedostatečně větrají a provádí velké množství činností, které produkují v interiéru vlhkost. Např. sušili velké množství vypraného prádla na otopných tělesech, v bytě bylo velké množství květin. V Tab. 1 jsou shrnuty dlouhodobě měřené hodnoty vnitřní teploty vzduchu a vnitřní relativní vlhkosti vzduchu u zmiňovaného bytu. Tab. 1 Nejvyšší a nejnižší hodnoty teploty a relativní vlhkosti v ložnici minimá maximá lní lní Vnitřní teplota 15,61° 25,08° vzduchu [°C] C C Relativní vlhkost vzduchu 45,5% 82,9% [%]

Obr. 6 Balkonové dveře, u nichž nebylo provedeno seřízení kování (autor) Na Obr. 6 je uveden příklad balkonových dveří, u nich nebyla provedena pravidelná údržba a seřizování kování. Po příjezdu technika dodavatelské firmy a zaškolení uživatele bylo vše uvedeno do pořádku během necelé hodiny. Žádná z nejnižších povrchových teplot na předchozích termogramech nesplňuje požadavky na výplně otvorů podle ČSN 730540-2. 2.3 Uživatelé Ve značném procentu případů mohou za problémy způsobené výplněmi otvorů sami uživatelé.

Obr. 8 Obvodová stěna nezatepleného objektu po výměně oken (autor)

3. VÝSLEDKY A DISKUZE

Obr. 7 Obvodová stěna nezatepleného objektu po výměně oken (autor) Na Obr. 7 a Obr. 8 je uveden stav obvodové stěny panelového nezatepleného objektu poté, co byla provedena výměna oken. Jednalo se o trvale užívanou ložnic, kde spali dva lidé. Při místním šetření a pohovoru vyplynulo, že

3.1 Nesprávně provedené osazení výplní otvorů Největší zjištěné vady a poruchy jsou v oblasti připojovací spáry mezi ostěním, parapetem a nadpražím obvodového pláště a rámem okna. V těchto místech se za pomocí měření hustoty infračerveného záření z povrchu nebo použitím termo anemometrického čidla dá zjistit průvzdušnost a kvalita provedení tepelně izolační výplně spáry. Stav a správnost provádění musí vždy kontrolovat technický dozor na stavbě. Takové 59

tepelné mosty způsobené průvzdušností obálky budovy mohou být značné. Dochází k úniku tepla a současně k většímu proudění vzduchu v místnostech. 3.2 Konstrukce oken, seřízení oken Se závažnějšími poruchami okenních křídel jsem se setkal prozatím především u plastových oken. Z mého pohledu je tento důvod ten, že plastová okna nejsou celistvá ve svém průřezu, mají menší tepelnou odolnost a v profilech oken jsou dva různé materiály, ocel a plast. Na druhou stranu lépe odolávají, než například dřevěná okna, vlhkosti. U oken mnohem více, než u dalších prvků staveb platí, že je nutné provádět jejich pravidelnou kontrolu a údržbu. 3.3 Uživatelé Důvodů proč výše uvedené problémy nastaly, bylo několik. V první řadě zcela jistě neinformování ze strany dodavatele o výrobku jako takovém a na to navazujících zásadách při užívání. Dále přesvědčení uživatele o tom, že přeci když si vymění okna, aby měli menší ztráty a ušetřili za vytápění, jak inzerují výrobci oken a dodavatelé, tak proč musí větrat, když dříve nemuseli. Kde ty úspory kvůli kterým okna vyměnili, potom budou? V neposlední řadě mylná představa o tom, že venku je větší vlhkost než v interiéru. Bohužel jsou často uváděny pouze relativní vlhkosti vzduchu. Ovšem v bytě s teplotou vzduchu +20°C a s relativní vlhkostí 50% je ve vzduchu 12 x více vody než ve stejnou dobu ve venkovním vzduchu s teplotou – 15°C při stejné relativní vlhkosti. Proto větráním dochází ke snižování vlhkosti ve vzduchu uvnitř bytu.

4. ZÁVĚR Na uvedených příkladech je jasné, že kvalitní stavbu lze provést pouze za dohledu důrazného technického dozoru, za použití kvalitních

stavebních prvků a za předpokladu podrobně zpracovaného projektu. Bohužel technický dozor investora vždy chybí u developerských projektů, a proto velké množství vad vzniká právě u těchto developersky řešených staveb. Část článku týkající se menších investičních změn, jako je např. výměna oken dokazuje, že se jedná o významný zásah do užívání objektu. Opět je jediným řešením nezávislý odborný poradce, který nastalou situaci vysvětlí a vysvětlí i způsob chování. Co se týče produkce vlhkosti v interiéru, bude se autor této problematice dále věnovat, stejně jako osvětě při užívání staveb. Vliv osob na celkový stav objektu nebo bytu, dále např. jeho energetické ztráty, a právě kvalitu vnitřního prostředí je velmi významný. Na závěr musím opět ocitovat ze svojí (dalo by se říct) oblíbené normy ČSN EN 15251:2011, která uvádí, že „energetická certifikace bez vazby na vnitřní prostředí nemá žádný smysl“.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl s pomocí projektu specifického výzkumu FAST-S-14-2477 na FAST VUT v Brně.

LITERATURA ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov Část 2: Požadavky. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN EN 15251. Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, tepelného prostředí, osvětlení a akustiky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 60

Vliv zeminy na průběh teplot ve vegetační střeše Majsniar, M.,* Šťastník, S.** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: majsniar.m@fce.vutbr.cz **Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail: stastnik.s@fce.vutbr.cz Klíčová slova: vrstvy, střešní konstrukce, průběh teplot, vegetační střechy

1. ÚVOD Pojem vegetační střecha je chápán jako střecha, která je částečně nebo zcela pokrytá vegetací, umístěnou nad hydroizolační membránu. Skladba střechy zahrnuje obvykle takové vrstvy jako je kořenová bariéra, odvodnění, nebo naopak zavlažovací vrstva. Vegetační střechy jsou známi již z období Babylonu cca 1000 let před naším letopočtem. Navzdory této skutečnosti, lidé stále pochybují o této střešní konstrukci. V dnešní době se nenavrhují pouze jednoduché formy zeleně, ale i složité střešní zahrady. Vegetační střechy se staví nejen kvůli jejich estetickému a ekologickému hledisku, ale také mají podíl na úspoře energie budovy, díky lepším tepelně technickým vlastnostem střešní konstrukce. Vývoj počítačového modelování má svou vlastní bohatou historii, jak je uvedeno v [4]. Aplikace těchto softwarů na vegetační střechy je uveden v [1] a [2]. Nicméně, všechny tyto softwary pracují se silným zjednodušením a zanedbávají i některé fyzikální a chemické procesy jak je uvádí [3]. V tomto článku je přestaven vliv zeminy na průběh teplot ve střešní konstrukci za pomocí strojového programu na principu nestacionární diferenční Schmidtovy metody, kde byly použity klimatické údaje letiště Brno Tuřany.

2. VZTAHY PRO VÝPOČET VAZEBNÉHO TEPELNÉHO TOKU Vazebným prvkem mezi jednotlivými místnostmi je tepelný tok, tedy vazebný tepelný tok. Při šíření tepla mezi místnostmi je lze dělit na tyto složky: a) přestup tepla mezi vzduchem a povrchem stěny Q& ij (τ ) = S ij .α Sij .[t Sij ( 0, τ ) − t i (τ ) ] (1) b) šíření tepla stěnou. Jde o Fourierovu rovnici vedení tepla pro jednorozměrný případ: ∂ τ ∂ 2t = a. τ ≥0 ∧0 ≤ x ≤ d ∂ t ∂ x2 (2) Počáteční a okrajové podmínky: - počáteční t ( x ,0) = t 0 = konst (3) - okrajové ∂t (0,τ ) − λ. = q1 , resp. ∂x ∂ t ( d ,τ ) λ. = q2 (4) ∂x c) šíření mezi okolním vzduchem a povrchem stěny Q& ij (τ ) = S ji .α Sji . t Sji (d ,τ ) − t j (τ ) (5) d) toky ventilačního vzduchu a spárová netěsnost Q& vi (τ ) = V i .cvzd .(ti (τ ) − t x (τ )) (6) e) tepelná radiace mezi vnitřními povrchy  Tpi 4 Tpj 4  i i & ; (7) − v místnosti Qr (τ ) = S .cČ . A.  100 100   Spočtením rovnice b) stanovíme povrchové teploty konstrukce t(x,τ), pro i-tou místnost tij(0,τ), resp. tji(d,τ) na opačném povrchu stěny. Odsud lze tak určit vazebné tepelné toky mezi

[

]

jednotlivými místnostmi Qijs(τ). J. ŘEHÁNEK navrhnul řešení tepelných vazeb vztahem odvozeným z Fourierovy metody řešení Fourierovy rovnice vedení tepla, které platí pro jednovrstvé stěny. Pro každou místnost systému lze tedy sestavit bilanční rovnici: τ2



∫τ  Q& 1

 i i (τ ) + ∑ Q& ztr (τ ) + ∑ Q& zisk (τ ) ∂τ = 0 j i 

(8)

menší objekt o jednom nadzemním podlaží a s pěti místnostmi. V prvním výpočtu byla uvažována klasická skladba ploché střechy a do druhého výpočtu byla započítána i zemina a to jednou o mocnosti 100mm a podruhé o mocnosti 300mm. Podrobnější skladba střešní konstrukce je uvedena na obrázcích 2 a 3 na následující stránce. 3.1 Průběh teplot v klasické ploché střeše Maximální vypočtená povrchová teplota na této konstrukci byla 59,4°C a to 22. června ve 12 hodin odpoledne. Nejnižší teplota byla vypočtena 25. ledna v 8 hodin ráno a to -9,3°C. Podrobnější průběh teplot je znázorněn níže v grafu 1.

Obr. 1 Uspořádání vazebných tepelných toků uvnitř a vně budovy

3. NESTACIONÁRNÍ VÝPOČET PRŮBĚHU TEPLOT VE STĚNÁCH Průběh teplot lze stanovit programovými prostředky Výsledky výpočtů rozdělení teplotního pole nejsou pak rozdílné od skutečného stavu za reálných podmínek, protože ve skutečnosti jsou tyto okrajové podmínky proměnné v čase. Za pomocí strojového programu byl naprogramován výpočet průběhu teplot s časově proměnnými exteriérovými okrajovými podmínkami. Je také zohledněn pohyb slunce po obloze. Jak bylo zmíněno výše, hodnoty exteriérových teplot byly poskytnuty meteorologickou stanicí z letiště Brno Tuřany. Data odpovídají jednomu referenčnímu klimatickému roku. Ve strojovém programu byl namodelován

Graf 1: Průběh teplot v klasické ploché střeše V grafu 1 hodnoty t3,Se až tSi,1 zobrazují teploty na povrchu a rozhraní materiálů v daném dni. Hodnota t3,Se je teplota na venkovním povrchu konstrukce, hodnota t2,3 je teplota na rozhraní tepelné izolace a stropní konstrukce, t1,2 znázorňuje teplotu na přechodu stropní konstrukce a vnitřní omítky a hodnota tSi,1 je povrchová teplota vnitřní omítky.

Obr. 2 Skladba střechy bez vegetační vrstvy

Obr. 3 Skladba střechy s vegetační vrstvou 3.2 Průběh teplot v ploché vegetační střeše 3.3 Průběh teplot v ploché vegetační střeše s 100mm zeminy s 300mm zeminy Výpočtem jsme zjistili maximální teplotu 22. Dne 22. června byla vypočtena nejvyšší června ve 12:00 a to 54,5°C. Zde je vidět teplota na povrchu střešní konstrukce za celý rok zlepšení o necelých 5K oproti ploché střeše bez a to 48,1°C. Od střechy bez zeminy se tato zeminy. Nejnižší teplota byla naměřena -11,1°C teplota liší o 11K a od střechy s mocností 25. ledna v 8:00. Graf 2 znázorňuje průběh zeminy 100mm o 6K. Záleží tedy i na mocnosti teplot této konstrukce v celém roce. vrstvy zeminy použité ve skladbě střešního pláště. Nejnižší naměřená teplota činí -9,7°C a to 25. ledna v 8 hodin ráno. Podrobnější průběh je uveden v grafu 3.

Graf 2: Průběh teplot v ploché vegetační střeše s 100mm zeminy Graf 3: Průběh teplot v ploché vegetační střeše s 300mm zeminy 63

U grafu 2 a 3 hodnota t4,Se je teplota na venkovním povrchu konstrukce, hodnota t3,4 je teplota na rozhraní zeminy a tepelné izolace, kde jsme zanedbali vliv hydroizolace, která by nám ovlivnila výslednou teplotu jen minimálně, t2,3 znázorňuje teplotu rozhraní tepelné izolace a stropní konstrukce, t1,2 znázorňuje teplotu na přechodu stropní konstrukce a vnitřní omítky a hodnota tSi,1 je povrchová teplota vnitřní omítky.

plošných objektu.

konstrukcích

celého

stavebního

PODĚKOVÁNÍ Tato práce vznikla za podpory projektu juniorského výzkumu FAST-J-14-2296.

LITERATURA [1] AYATA, T., TABAREZ-VELASCO, P.C., SREBRIC, J. An investigation of sensible heat fluxes at a green roof in a laboratory setup. Building and Environment 46 (2001), p. 1851-1861.

4. ZÁVĚR Cílem tohoto příspěvku bylo prokázat reálnější pohled na účinnost konstrukce vegetační střechy z hlediska snížení účinku exteriérové povrchové teploty díky vrstvě zemině umístěné na střeše. Tuto skutečnost se podařilo výpočtově prokázat díky velké tepelné jímavosti zeminy. Ovšem vypočtené hodnoty se mohou od reality lišit, neboť teplotu na povrchu konstrukce ovlivní i volba vysazené zeleně, závlahové poměry, zhutnění zeminy aj. Obecně listy zeleně pohltí velké množství tepla, toto se však nepodařilo zohlednit ve výpočtu. Ve skutečnosti lze očekávat, že zjištěné teploty výrazně příznivější oproti výpočtové simulaci. Uvedený příspěvek má dokumentovat příznivý účinek vegetační střechy a z tepelně-technického hlediska pozitivní důsledek na teplotní poměry ve stavbě. Takový projev lze zachytit pouze tehdy, jestli-že se posuzuje teplotní průběh nestacionárně za denního chodu reálných okrajových klimatických teplot. Použitím stacionárních nebo kvazistacionárních okrajových klimatických teplot, které se obvykle využívají pro stanovení energetické náročnosti budov, uvedený účinek zachytit nelze. Náročný simulační výpočet, v němž se uplatní materiálové vlastnosti - součinitel tepelné vodivosti, objemová hmotnost i tepelná kapacita, však poskytuje reálný obraz o teplotních pochodech probíhajících nejen ve střešní konstrukci objektu, nýbrž ve všech

[2] CAPOZZOLI, A., GORRINO, A. CORRADO, V. Thermal characterization of green roofs trough dynamic simulation. Proceedings of BS 2013 (13th Conference of International Building Performance Simulation Association), Chambérech (France), IBPSA, 2013, p. 3630-3637. [3] VALA, J. Numerical aspects of the identification of thermal characteristics using the hot-wire method. Proceedings of PANM 2013 (15th Conference on Programs and Algorithms of Numerical Mathematics) v Dolním Maxově (Czech Republic), Mathematical Institute AS CR 2012, p. 187-194. [4] VALA, J., ŠŤASTNÍK, S. On the thermal stability of dwelling structures. Building Research Journal 52 (2004), p. 31-55.

Poruchy systémov ETICS spôsobené vtáctvom z hľadiska tepelnej techniky Miškufová, M.*, Kolář, R.** *

Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : miskufova.m@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kolar.r@fce.vutbr.cz Klíčová slova: poruchy, kontaktný omietkový systém, vtáctvo, tepelné mosty

1. ÚVOD V posledných rokoch sme svedkami intenzívneho procesu zatepľovania jestvujúcich obvodových plášťov a striech obytných domov v dôsledku prísnejších tepelno-technických noriem a zvyšovania štandardu bývania. Medzi najefektívnejšie a najviac používané spôsoby dodatočného zateplenia obvodových konštrukcií patrí použitie kontaktných omietkových systémov ETICS. Okrem primárnej funkcie úspory energie a tepelnej ochrany plnia ešte aj sekundárnu funkciu ochrany obvodového plášťa proti pôsobeniu poveternostných vplyvov. Na zatepľovanie sa používa celá škála tepelných izolácií, pričom v najväčšej miere je to práve polystyrén, ktorý je z hľadiska pomeru vlastnosti/cena najdostupnejším materiálom. Okrem nesporných výhod, ktoré prináša zatepľovanie, sa však začínajú prejavovať aj negatívne aspekty tohto procesu, ku ktorým môžeme zaradiť aj mechanické poškodzovanie kontaktných omietkových systémov vtáctvom. Na sídlisku Lesná v Brne bol prevedený prieskum porúch zateplených obytných domov, ktoré boli zateplené v rokoch 2003 – 2013, kde z 34 zateplených panelových domov vykazovalo až 85 % z nich rôzny stupeň poškodenia fasády. Poruchy sa vyskytovali prevažne v štítových stenách zateplených fasádnym polystyrénom, ale

výnimkou neboli ani poruchy v minerálnej vlne. Na základe týchto skutočností bola prevedená detekcia týchto porúch, odobraté vzorky a zhotovené termovízne snímky.

2. MATERIÁL A METODIKA 2.1 Popis poruchy Sídlisko Lesná sa nachádza na severe Brna v lesoparku s veľkoryso riešenými trávnatými plochami s množstvom stromov, ktoré sú útočiskom rôznych živočíchov, ako aj vtákov. V dôsledku tzv. bubnovania, to znamená akustického vyznačovania teritória, a vytvárania si nových hniezd, si niektoré druhy vtákov začali vytvárať hniezda aj v zateplení obvodového plášťa obytných domov. Týmto spôsobom vznikli v zateplení otvory kruhovitého prierezu s priemerom cca 10 cm a s hĺbkou 1-15 cm, v závislosti od hrúbky tepelnej izolácie a stupňa poškodenia, ktoré miestami pokračujú zvislou alebo šikmou chodbičkou smerom dole pod tepelnú izoláciu nad pôvodnú konštrukciu. Diery sú „dielom“ vtákov z čeľade ďatlovitých (prevažne ďatľa veľkého, alias strakapouda velkého), ktorí si týmto spôsobom označujú teritórium a využívajú kombináciu omietky s polystyrénom vďaka dobrej rezonancii na teritoriálne bubnovanie.

absencii okenných a dverných otvorov poskytujú ideálne útočisko pre vtákov, ktoré tak nie sú rušené ľudskou činnosťou. Jedná sa o 9 podlažný dom s dĺžkou až 200 m z roku 1966. Štítová stena pozostáva z keramických dielcov hr. 270 mm, z vnútornej strany omietnutých perlitovou omietkou v hr. 30 mm, z vonkajšej strany pôvodne zateplených 30 mm PUR peny s obkladom z PVC lamiel. Súčiniteľ prestupu tepla bol 0,66 W.m-2K-1. Po zateplení kontaktným omietkovým systémom ETICS sa súčiniteľ prestupu tepla znížil na 0,31 W.m-2K-1. Bola použitá tepelná izolácia EPS 70F v hrúbke 100 mm/príp. dosky z minerálnej vlny od výšky 22,5/, sklotextilná mriežka, akrylátová omietka. Obr. 1 Diera vo fasádnom polystyréne (autori) Tieto otvory potom vtáky opúšťajú a zostávajú prázdne, alebo sa do nich časom nasťahujú iné, menšie druhy vtákov. Na obr. 1 vidíme typickú poruchu v zateplení ETICS, ktorú spôsobili vtáci. Diera s vonkajším priemerom 7 cm a vnútorným 12 cm je 12 cm hlboká a siaha až na pôvodnú konštrukciu. Kolmo dole pokračuje chodbičkou, cca 20 cm dlhou. Z prieskumu na sídlisku Lesná vyplýva, že najviac ohrozené sú štítové steny bez okenných a dverných otvorov./rozmer 11,6 m x 26,8 m/. Počet dier na 1 stene sa pohybuje od 1 diery, v prípade realizácie zateplenia v roku 2011-2013 po 12 dier, pri realizácii v roku 2003. Najnižšie položená diera je vo výške 4m nad terénom, najvyššie položená diera vo výške 25 m nad terénom. Priemerná výška s najväčším výskytom dier je v úrovni 4. – 7. poschodia.

2.3 Metodika merania Meranie pozostávalo činností :

z následovných

1. Zhotovenie termovíznych snímkov 2. Odber vzoriek materiálu tepelných izolácií 3. Zistenie hmotnostných vlhkostí gravimetrickou metodou

Na meranie bola použitá termovízna kamera Flir B425 s rozlíšením detektoru 320 x 240, citlivosťou detektoru 0,045 K a presnosťou merania teploty ±2°C. Okrajové podmienky : vonkajšia teplota θe = – 4˚C, relatívna vlhkosť vzduchu φe = 70 %, silný juhozápadný vietor. Z dôvodu zlej prístupnosti, diery sa nachádzajú vo výške ˃ 4,5 m /prevažne viac ako 10 m/ sa nám podarilo podrobne preskúmať 3 diery, boli odobraté 2 vzorky z EPS 70F a 1 z minerálnej vlny z iného objektu. Vzorky boli uložené do paronepriepustnej fólie a doručené do laboratória, kde bola za pomoci gravimetrickej metódy zistená ich hmotnostná vlhkosť.

2.2 Popis konštrukcie Na sídlisku Lesná bolo použitých niekoľko konštrukčných systémov bytových domov. Najviac porúch bolo zistených na štítových stenách bytového domu B60, ktoré vďaka 66

3. VÝSLEDKY A DISKUSIA Boli zistené následovné výsledky: EPS 70F um= 2,1 % Minerálna vlna um= 0,65 % V zimnom období „sucha“ bola nameraná hmotnostná vlhkosť v polystyréne 2,1 %, to znamená pomerne nízka hodnota, ktorá korešponduje hlavne s faktom, že do systému v tomto období preniká hlavne atmosférická vlhkosť. Predpokladáme však, že táto hodnota bude iná v období dažďov, kedy bude je veľkosť ovplyvnená silou a smerom hnaného dažďa, a preto by sme do budúcnosti chceli uskutočniť ďalšie merania. 3.1 Poruchy z hľadiska tepelnej techniky Porušením celistvosti a zmeny hrúbky tepelnej izolácie dochádza k vzniku tepelných mostov v miestach porúch ako aj k prenikaniu vlhkosti do tepelnej izolácie v okolí poruchy a k narušeniu funkcie zateplenia obvodového plášťa.

Obr. 2 Termovízny snímok fasády zateplenej polystyrénom a poškodenej vtáctvom (autori)

Obr. 3 Termovízny snímok – detail diery v EPS 70F (autori) Teplota nameraná termovíznou kamerou na povrchu omietky bola približne θse,omietka = – 4˚C, pričom v mieste poruchy, t.j. na povrchu pôvodnej konštrukcie až θse,konštr = + 6 ˚C, teplotný rozdiel je teda ∆θse = 10 ˚C. Rozdiel teplôt se týka horného otvoru na obr. 2, na obr. 3 je uvedený otvor vo výške 4 m, ktorý bol dostupný z rebríka. 3.2 Vonkajšie vplyvy pôsobiace na fasádu Na fasádu pôsobia rôzne poveternostné a mechanické vplyvy. Medzi najvýznamnejšie klimatické vplyvy patrí pôsobenie vzdušnej vlhkosti, oxidu uhličitého ako aj teplotné pôsobenie. K ďalším vplyvom patrí sedimentácia mechanických nečistôt z ovzdušia, pôsobenie slnečného a ultrafialového žiarenia, ozónu, apod. V dôsledku týchto vplyvov môže v kombinácii s mechanickým porušením fasády dochádzať predovšetkým k degradácii stavebných materiálov, a teda k následnému skráteniu životnosti stavebných prvkov, k ohrozeniu funkcie tepelnoizolačnej vrstvy, k výskytu škvŕn a tvorbe plesní, apod. 3.3 Vlhkosť Najväčší vplyv na fyzikálne vlastnosti stavebných materiálov má vlhkosť. Zdrojom vlhkosti pre obvodový plášť môže byť : atmosférická vlhkosť, zrážková voda, 67

zabudovaná technologická vlhkosť, zemná vlhkosť a hygroskopická vlhkosť. Z nich najviac môže ovplyvniť stavebné materiály v mieste poškodenia omietky, príp. chýbajúcej tepelnej izolácie predovšetkým hnaný dážď, ktorý pod vplyvom tlaku vetra preniká do miesta porušenia zateplenia. V dôsledku hnaného dažďa sa na málo nasiakavom povrchu fasády – omietky vytvára súvislý vodný film, ktorý je pôsobením vetra tlačený na fasádu a čiastočne sa posúva smerom dole, do strán a smerom hore. V mieste trhlín a otvorov je vodný film zatláčaný do povrchu steny, vniká do nechránenej tepelnej izolácie, príp. zateká do škáry medzi tepelnú izoláciu a stenu. Vlhkosť sa v dôsledku pórovitej štruktúry stavebných materiálov šíri ďalej a to rôznymi transportnými mechanizmami, ako napr. difúziou, kapilárnym vedením, kapilárnou kondenzáciou, sorpciou, v kvapalnej ale aj plynnej forme. Množstvo vody, ktoré prenikne do trhlín a dier potom závisí od smeru a intenzity vetra, hustoty toku dažďa, polomeru dažďových kvapiek a strednej pádovej rýchlosti kvapiek. Obrázok 4 schematicky znázorňuje teplotné a vlhkostné pôsobenie na vonkajší povrch stavebného dielca a z toho plynúce nestacionárne teplotné a vlhkostné rozloženie v priereze stavebného dielca. Obidva toky, teplotný aj vlhkostný sú symbolicky znázornené parciálnymi tlakmi.

Obr. 4 Schematické zobrazenie teplotného a vlhkostného pôsobenia na fasádu [Šťastník, 2006]

Hustotu toku hnaného dažďa vypočítame z nasledujúceho vzťahu : qND = qD.

! "

(1)

qND – hustota toku hnaného dažďa qD – hustota toku dažďa vv – rýchlosť vetra vs – stredná pádová rýchlosť 3.4 Vlhkosť a tepelná vodivosť Súčiniteľ tepelnej vodivosti λ (W.m–1.K–1) ako základná materiálová charakteristika, ktorá popisuje tepelno-izolačné vlastnosti stavebných materiálov závisí od mnohých faktorov, medzi ktoré patrí aj vlhkosť. So stúpajúcou vlhkosťou sa zvyšuje aj súčiniteľ tepelnej vodivosti, čím sa zhoršujú tepelnoizolačné vlastnosti stavebných materiálov. Graf závislosti súčiniteľa tepelnej vodivosti od vlhkosti závisí od materiálu, ale hlavne od jeho pórovitosti, otvorenosti pórov, príp. hydrofobizácie vlákien u vláknitých izolácií. Voda, ktorá sa nachádza v póroch má približne 25x vyšší súčiniteľ tepelnej vodivosti λ ako má vzduch. Ešte väčší vplyv má na tepelne technické vlastnosti, pokiaľ voda v póroch zamrzne, kde λl = 2,3 W/m.K.

Obr. 5 Závislosť súčiniteľa tepelnej vodivosti od vlhkosti u dosiek EPS [zdroj Sdružení EPS ČR] Pretože súčiniteľ tepelnej vodivosti závisí od vlhkosti, pri výpočtoch používame návrhový súčiniteľ tepelnej vodivosti λu, ktorý sa 68

v závislosti na vlhkosti stanoví podľa normy ČSN 73 05 40 – 3, alebo podľa normy ČSN EN 15 026 na základe numerickej simulácie.

4. ZÁVER Prevedený prieskum stavieb potvrdzuje nutnosť sanácie porúch kontaktných zatepľovacích systémov. Na základe praktických skúseností je však zrejmé, že v súčasnej dobe neexistuje spoľahlivé riešenie, ktoré by na trvalo vyriešilo danú problematiku /ako napr. dodatočné vyspravenie zatepľovacieho systému, plašenie vtákov optickými plašidlami, použitie akustických rušičiek, nalepenie, či nastriekanie dravcov na postihnuté steny domov, či nainštalovanie makety dravca na stenu,.../ A preto jeho výsledky by mali byť iba prvým krokom v procese hľadania optimálneho riešenia, ako zamedziť systematickému narušovaniu systémov ETICS a zároveň nenarušiť krehkú symbiózu spolunažívania človeka s prírodou.

LITERATÚRA Kutílek M., Vlhkost pórovitých materiálů. SNTL Praha 1984.10-11 s. 22-24 s. Balík M. a kol., Odvlhčování staveb. Grada Publishing, Praha 2008. 34-45 s. Mrlík F., Vlhkostné problémy stavebných materiálov a konštrukcií. Alfa 1985.153-200 s. Šťastník S., Vlhkost ve stavebních materiálech Modul M01.pp 8-27, Brno 2006. Vaverka J. a kol., Stavební tepelná technika a energetika budov. Vutium Brno 2006.115-130 ČSN 73 05 40 – 3:2005 Tepelná ochrana budov Návrhové hodnoty veličin. Praha: ČNI, listopad 2005 http://www.priroda.cz/clanky.php?detail=612 – Strakapoudi nám likvidují omítku http://stavba.tzb-info.cz/tepelne-izolace/8482 -vlastnosti-expandovaneho-penoveho-polystyren u-eps

POĎAKOVANIE Príspevok vznikol za podpory GAČR P104/10/P388 „Experimentální analýza účinnosti mikrovlnného záření při likvidaci biologických činitelů způsobujících korozi stavebních materiálů“, GACR P104/10/1390 “Analýza vlivu MW sušení při použití chemických injektáží do vlhkého zdiva” na Fakulte stavebnej Vysokého učení technického v Brne.

Nepálená hlína v interiéru Müller, J. Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : muller.j@fce.vutbr.cz Klíčová slova: nepálená hlína; vnitřní mikroklima; vzdušná vlhkost; podkroví

1. ÚVOD Dnešní člověk stráví většinu svého života v budovách. Některé zdroje dokonce uvádí, že je to až devadesát procent života. Vnitřní prostředí v budovách je tedy z hlediska zdraví člověka velmi důležitým prvkem, jehož stav ovlivňuje jak samotná činnost člověka, tak i další součásti interiéru, jako například materiály použité pro stavební konstrukce a vnitřní vybavení interiéru. V souvislosti s vnitřním prostředím se používá termín tepelná pohoda. Definic tepelné pohody je celá řada a její zajištění je otázkou nejen celé množiny parametrů, ale také osobních preferencí a dispozic každého člověka. Základními parametry, ovlivňujícími tepelnou pohodu, jsou teplota (vzduchu i povrchů) a relativní vlhkost vzduchu. Teploty v interiéru dokážeme ovlivnit, i když často za cenu vysokých energetických nákladů. Vlhkost vzduchu však zůstává poměrně opomíjenou oblastí. Přitom vlhkost vzduchu působí nejen na pocit pohody, ale má také přímý vliv na zdraví člověka. Mikroorganismy, jako jsou viry a bakterie způsobující onemocnění z nachlazení, nejhůře snáší vlhkost vzduchu kolem 60 %, kdy jich přežívá nejméně. Při nižších, ale i vyšších, vlhkostech se virům a dalším mikroorganismům daří výrazně lépe. Nízká relativní vlhkost vzduchu v interiéru podporuje také šíření částic, jako například pylu nebo prachu, jež mohou být také příčinou alergií. Naopak vysoká relativní vlhkost (udává se nad 70 %) za současného působení zvýšené teploty

vzduchu vyvolává pocit dusna, případně i zdravotní obtíže. Při vyšší vlhkosti také vzniká možnost šíření plísní a množení roztočů, v důsledku čehož se objevují dýchací potíže, bolesti v krku, rýma i nervové obtíže. Obsah vodních par ve vzduchu má také velký vliv na tepelné hospodaření lidského těla. Na stupni nasycení vzduchu vodními parami závisí totiž odpařování vody z povrchu těla. Kombinace teploty a vysoké vlhkosti vyvolává v člověku pocit dusna. Za statistickou hranici dusna je podle [1] považován tlak páry 18,8 hPa. Hranice dusna je graficky vyjádřena na Obr. 1.

Obr.1 Znázornění hranice dusna [1] Nepálená hlína patří k historicky významným stavebním materiálům. V současné době, kdy vzrůstá zájem o intenzivnější využívání přírodních a obnovitelných surovin, obrací se pozornost také k tomuto stavivu. V současném stavitelství je kromě použití pro nosné konstrukce také třeba ocenit přínos tohoto materiálu pro vnitřní mikroklima, zejména jeho stabilitu. Historicky jsou pozitivní vlastnosti 70

nepálené hlíny známy, a v mnoha zemích, ačkoli zejména rozvojových, je nepálená hlína stále intenzivně využívána jako stavivo. Dnes se nepálenou hlínou zabývá několik vědeckých pracovišť, mezi nejvýznamnější patří profesor Gernot Minke, působící v něměckém Kasselu, jež své poznatky shrnul například v knize [3].

Jedna z nich (dále nazývána měřící místnost) byla před započetím experimentů obložena z vnitřní strany panely z nepálené hlíny, zatímco druhá byla ponechána v původním stavu (referenční místnost). Následně probíhaly experimenty mající za cíl porovnat příspěvek obkladu k tepelné a vlhkostní stabilitě. Byly to tyto experimenty:

2. METODIKA

• • • • • • •

V rámci autorovy disertační práce proběhla série experimentů, zaměřená na zjištění přínosu nepálené hlíny na tepelně-vlhkostní mikroklima podkrovní místnosti. K experimentům byly použity dvě stejné podkrovní místnosti. Jejich vnitřní povrchy stěn jsou ze sádrokartonových desek, podlaha je tvořena dvěma cementotřískovými deskami. V každé místnosti se nachází interiérové dveře z dřevotřískových desek, střešní okno zasklené izolačním dvojsklem a elektrické otopné těleso. Místnost má půdorysné rozměry 2,1 m x 5,3 m, objem vzduchu v každé místnosti je 30 m3.

Reakce na prudké zvýšení vlhkosti vzduchu Reakce na prudké zvýšení teploty Reakce na intenzivní krátké větrání Reakce na pomalé zvyšování vlhk. vzduchu Reakce na větrání vzduchotechnikou Reakce na delší větrání oknem Tep.-vlhkostní stabilita po vypnutí vytápění

Pro experiment v laboratořích byl vybrán panel firmy ProCrea tloušťky 25 mm. Tato tloušťka přibližně odpovídá tloušťce běžně prováděné hliněné omítky. Také je to dostatečná tloušťka na to, aby se projevily akumulační schopnosti hlíny. Parametry panelu dle informací výrobce (Hock GmbH, Německo): Složení: jíl, dřevěná vlákna Objemová hmotnost: 1472 kg/m3 Součinitel tepelné vodivosti λ: 0,33 W/m.K Specifická tepelná kapacita c: 1120 J/kg.K Součinitel difúzního odporu: 4 – 6 Pevnost v tlaku: 2,3 MPa Smyková pevnost: 1,3 MPa

3. MĚŘENÍ

Obr. 2 Laboratoře, půdorys a řez

Měření v laboratořích probíhalo od 18. 3. 2011, kdy byly do měřící i referenční místnosti nainstalovány čidla HOBO měřící teplotu a relativní vlhkost vzduchu a spuštěno měření. V každé místnosti byla umístěna dvě čidla, každé měřilo v pětiminutových intervalech teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu. Současně bylo využito kulových teploměrů měřících střední radiační a teplotních čidel na otopných tělesech pro určení časů, kdy konkrétně bylo spuštěno vytápění místností. Objemová vlhkost 71

hliněných panelů byla měřena Tato měření probíhala v patnáctiminutových intervalech. Celé měření bylo ukončeno 22. 4. 2011.

Obr. 3 Měřící místnost v průběhu experimentu

Obr. 4 Referenční místnost Ke zvýšení vlhkosti v místnostech byly použity dvě techniky. K rychlému zvýšení vlhkosti byly použity dvě stejné rychlovarné konvice o příkonu 2000. Rychlost vývinu vodní páry byla přibližně 2400 g/h, což odpovídá intenzitě vývinu při sprchování nebo intenzivnějším vaření. K pomalému zvýšení vlhkosti byly použity dva identické zvlhčovače vzduchu s produkcí teplé páry o rychlosti 297 g/h, která byla experimentálně ověřena. Tato hodnota odpovídá přibližně intenzitě vypařování vodní páry při sušení prádla, případně pobytu tří až čtyř osob při lehké činnosti. Konkrétní průběh experimentů včetně grafů a zhodnocení výsledků je popsán v autorově disertační práci [4].

4. VÝSLEDKY • reakce na prudké zvýšení vlhkosti Výsledkem měření bylo zjištění, že hliněné panely během prudkého nárůstu vlhkosti reagují zhruba stejně jako sádrokarton. Rozdílný vliv byl patrný až ve fázi po vypnutí zdroje vlhkosti, kdy místnost obložená jílovými panely zaznamenávala rychlejší pokles relativní vlhkosti vzduchu. Například při měření 19. 3. a 25. 3. klesla vlhkost v měřící místnosti pod hranici dusna už za 20 minut, v referenční místnosti až za 40 minut.

• reakce na prudké zvýšení teploty Bylo zjištěno, že panely z nepálené hlíny mají mírně pozitivní vliv na vlhkostní mikroklima během prudkého nárůstu teploty, jelikož relativní vlhkost v místnosti s jílovými panely neklesá tak prudce a na tak nízkou úroveň jako v místnosti bez těchto panelů. Vliv na tepelnou stabilitu je dán vyšší tepelnou kapacitou místnosti s jílovými panely, teplota v ní rostla pomaleji. To je poměrně užitečné v letním období, kdy teplota během dne pravděpodobně neporoste tak rychle, v zimním období ovšem déle trvá, než se místnost vyhřeje na požadovanou teplotu.

• reakce na prudké vyvětrání Z měření vyplynulo, že nepálená hlína si lépe poradí s náhlým úbytkem vlhkosti v interiéru při prudkém vyvětrání místnosti v chladné části roku. Relativní vlhkost vzduchu v místnosti obložené jílovými panely se rychleji vracela blíže úrovni před vyvětráním. Relativní vlhkosti v případě tohoto experimentu byly výrazně ovlivněny poklesem teplot, v takových případech se ukazuje rozumným sledovat i měrné vlhkosti vzduchu, které pak více vypovídají o skutečné kapacitě vlhkosti ve vzduchu.

• reakce na pomalé zvyšování vlhkosti

• tepelně-vlhkostní stabilita při vypnutém vytápění

Měření ukázala, že vliv nepálené hlíny je při pomalém nárůstu vlhkosti minimální oproti sádrokartonu. V obou místnostech stoupaly úrovně relativních vlhkostí vzduchu přibližně stejně rychle. Při měření 9. 4. se projevil jev, kdy v místnosti obložené jílovými panely v jednu chvíli přestala úroveň vlhkosti stoupat, přestože v sousední místnosti stoupala dál. Je otázkou, zda to byl důsledek očekávané sorpční reakce nepálené hlíny.

Tato měření zkoumala víceméně pouze vliv obkladu z jílových panelů na teplotní stabilitu místnosti. Z měření je zřejmé, že jílové panely mají pozitivní vliv na teplotní amplitudu během dne. Nejvyšší denní teploty se sice lišily pouze o ±0,5 °C, nejnižší noční však klesaly výrazněji v referenční místnosti, a to až o 1,9 °C níže. Tento rozdíl byl nejvýraznější, pokud byla v místnostech vyšší relativní vlhkost vzduchu. Dá se předpokládat, že se jedná o důsledek exotermní reakce při desorpci vlhkosti z jílových panelů. Pozitivní vliv na teplotní stabilitu místnosti bylo možno pozorovat například 18. 4., kdy v referenční místnosti byl denní vzestup teploty 5,3 °C, zatímco v experimentální místnosti pouze 3,8 °C.

• reakce na větrání vzduchotechnikou Toto měření potvrdilo známou skutečnost, že dlouhodobé větrání obytných prostor, zejména v chladném období roku, výrazně snižuje relativní vlhkost vzduchu. Při prvním ze dvou měření se dokonce objemová vlhkost jílového panelu dostala pod 2 %, což byla nejnižší hodnota za celou dobu měření. Oba materiály reagovaly na větrání vzduchotechnikou zhruba stejně.

• reakce na větrání otevřeným oknem Měření proběhlo v den, kdy bylo slunné a teplé počasí, během dne byla teplota vnějšího vzduchu až 25 °C, relativní vlhkost vnějšího vzduchu odpoledne zhruba 40 %. Během osmi hodin, kdy byla naplno otevřena střešní okna, se na tuto teplotu a vlhkost dostalo také vnitřní mikroklima obou místností. Po ukončení větrání se projevila vyšší tepelná i vlhkostní kapacita jílových panelů, teplota vzduchu v noci (při vypnutém vytápění) neklesala tak rychle jako v referenční místnosti a také relativní vlhkost vzduchu se v měřící místnosti poměrně rychle vrátila na stabilních 45 %, zatímco v referenční místnosti klesla na 40 %.

Získané poznatky se dají shrnout v zásadě do třech oblastí: • obklad jílovými panely zajistil rychlejší pokles relativní vlhkosti vzduchu z velmi vysokých hodnot • celkově jsou jílové panely schopny zajistit lepší vlhkostní mikroklima v zimním období • v místnosti obložené jílovými panely byla zjištěna lepší tepelná stabilita v přechodném období, zvláště s uvážením vlivu sorpce

5. ZÁVĚR Vzdušná vlhkost je významný, bohužel často opomíjený parametr vnitřního mikroklimatu. Správná vlhkost, respektive rozsah relativní vzdušné vlhkosti, má význam zejména pro zdraví člověka. Je prokázáno, že v rozmezí 40 až 60 % relativní vzdušné vlhkosti přežívá ve vzduchu nejméně choroboplodných zárodků, virů a bakterií. Také sliznice člověka nejsou v tomto rozsahu vysušovány a zároveň nedochází k nadměrnému pocení. Udržet relativní vlhkost v tomto rozsahu nebývá při určitých 73

podmínkách, například při netěsné obálce budovy v zimním období, jednoduché. Nepálená hlína je jednoduchým, poměrně levným a energeticky nenáročným řešením, jak udržet v místnosti optimální množství vzdušné vlhkosti. Zvolené panely prokázaly spolehlivě svůj vliv na tepelné i vlhkostní mikroklima. Tento vliv ovšem nedosáhl očekávání podporovaná četnými články, které často popisují nepálenou hlínu jako samospasitelný materiál, který se bez přispění člověka sám postará o vhodné mikroklima. Bohužel bez alespoň trochu aktivního přístupu uživatele se ani nepálená hlína neobejde. Hlína má v interiéru vliv především na vyrovnání „špiček“, kdy je po větrání vlhkost příliš nízká, nebo po vaření či sprchování příliš vysoká. Pokud ovšem bude v interiéru puštěna po dlouhou dobu vzduchotechnika, nebo naopak nebude občas větráno i při vysokém vývinu vlhkosti, ani nepálená hlína nebude řešením.

LITERATURA [1] KOŽNAROVÁ, VĚRA a KLABZUBA, JIŘÍ. Aplikovaná meteorologie a klimatologie, XII. díl, Mikroklima pracovního a obytného prostředí. Praha : Česká zemědělská univerzita v Praze, 2007. ISBN 978-80-213-0928-9. [2] MATOUŠEK, JIŘÍ. Počasí, podnebí a člověk. Praha : Avicentrum, 1988. 08-058-88. [3] MINKE, GERNOT. Příručka hliněného stavitelství. Bratislava : Pagoda, 2009. ISBN 978-80-969698-2-1. [4] MÜLLER, JAN. Vliv obkladových panelů z nepálené hlíny na tepelně-vlhkostní mikroklima podkroví: disertační práce, Brno, 2011.

Diagnostika kročejového zvuku stropních konstrukcí v bytovém domě Oravec, P. a*, Vlček, P. b, Fišarová, Z. a a

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 331/95, 602 00 Brno, Česká republika b Vysoká škola báňská - Technická univerzita v Ostravě, Fakulta stavební, Katedra pozemního stavitelství, Ludvíka Podéště 1875, 708 00 Ostrava, Česká republika * oravec.p@fce.vutbr.cz Klíčová slova: kročejový zvuk, stavební akustika, stropní konstrukce

1. ÚVOD

2. MATERIÁL A METODIKA

Investice do bydlení v novostavbě bytového domu na dobré adrese bývá žádanou záležitostí. Vzhledem k nemalému finančnímu zatížení požadují uživatelé za své peníze odpovídající kvalitu. Nejen výsledky výzkumů dokazují, že akustické vlastnosti dělicích konstrukcí bývají často podceňovány [1], i když se řadí mezi základní požadavky na stavby. V prezentovaném domě (Obr. 1), postaveném podle požadovaných standardů před deseti lety, byly zaznamenány stížnosti obyvatel na kročejový zvuk. Proto byl měřicí tým autora pověřen inspekční a diagnostikou činností, která by prokázala nebo vyvrátila oprávněnost stížností.

Za účelem zjištění akustické kvality stropních konstrukcí bylo rozhodnuto o provedení destruktivní a nedestruktivní metody. 2.1 Sonda pro zjištění skutečné skladby (1) Podle předložené projektové dokumentace měla být v objektu skladba podlah následující: - Nášlapná vrstva (koberec, dlažba), 10 mm. - Betonová mazanina se sítí, 55 mm. - EPS, 55 mm (strop nad přízemím 90 mm). - Nosná kce. stropu (dutinové panely) 250 mm. (2) Skutečná skladba zjištěná v provedených sondách: - Nášlapná vrstva (koberec, dlažba, PVC), dle jednotlivých bytů, do 10 mm. - Anhydritový potěr bez výztuže, 35 – 50 mm. - Folie PE. - Polystyrenbeton nebo drcený EPS, 50 mm. - Stropní konstrukce 250 mm. (3) Pro účely dalšího zkoumání byly odebrané vzorky z konstrukce podrobeny zkouškám v laboratoři s následujícími výsledky [2]: Tab. 1 Vlastnosti materiálů Materiál

Obr. 1 Pohled na bytový dům

anhydrit polystyrenbeton

Pevnost v tlaku [MPa] 5,8 0,16

Rychlost šíření ultrazvuk. vln [m/s] 3560 920

Objemová hmotnost [kg/m3] 22 18

2.1 Výpočet kročejové neprůzvučnosti Posouzením skladby podlahové konstrukce v programu Neprůzvučnost byla vypočítána vážená normalizovaná hladina kročejového zvuku Lnw = 70 dB. 2.2 Měření kročejové neprůzvučnosti Po zpřístupnění vybraných bytů bylo realizováno měření, při němž byly dodržovány postupy stanovené normou ČSN EN ISO 140-7. Vyhodnocení změřených průběhů a stanovení jednočíselných údajů bylo provedeno podle normy ČSN EN ISO 717 - 2. Měřilo se těmito přístroji Brüel & Kjær: - Investigator 2260 D - programovatelný analyzátor zvuku, - program pro analýzu zvuku BZ 7204, - zdroj kročejového zvuku Trapping Machine Type 3207, - zdroj zvuku OmniPower type 4296, - zesilovač Power Amplifier type 2716, - kalibrátor, - mikrofony, kabely a příslušenství. 2.3 Posouzení kročejové neprůzvučnosti Vlastní posouzení z hlediska stanovených požadavků bylo vzhledem k roku výstavby domu provedeno podle ČSN 73 0532/2000, oprava 1/2001. Ve znění této normy se požadavky v případě bytových domů týkaly pouze konstrukcí, které oddělovaly chráněný prostor od hlučného. Za chráněný prostor se v bytovém domě považoval celý byt (tzn. i prostor chodby) a za hlučný prostor všechny místnosti druhých bytů. Maximálně přípustná hodnota vážené stavební normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku stropní konstrukce mezi hlučným bytem a celým bytem v chráněném bytě v bytovém domě je rovna L´nw,p = 58 dB. Tato hodnota nesmí být překročena. Pro splnění požadavku na kročejovou neprůzvučnost stropních pochůzích konstrukcí musí platit:

Lńw ≤ Lńw,p, kde Lńw je vážená normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku v dB, zjištěná měřením, Lńw,p je vážená normalizovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku v dB, předepsaná normou. 2.4 Příklad měření kročejové neprůzvučnosti Organizačně náročné bylo zajistit, aby v době měření byly k dispozici byty umístěné nad sebou tak, aby bylo možné vybrat správné místnosti pro umístění zdroje a přijímače zvuku. Podařilo se to u čtyř bytů, princip měření je uveden na jednom z nich. Jako vysílací místnost byla zvolena kuchyň o velikosti 35 m3 s nášlapnou vrstvou dlažba (Obr. 2).

Obr. 2 Vysílací místnost na půdorysu 4.NP Měření začíná vždy kalibrací mikrofonu na kalibrační hladině 94 dB. Následuje nasnímání hladiny zvuku pozadí B2 (dB) v přijímací místnosti v pěti různých polohách mikrofonu. Následně byla změřena hladina zvuku v místnosti příjmu zvuku L2 (dB) pro tři polohy zdroje kročejového zvuku (Obr. 3) v pěti polohách mikrofonu tak, aby byly pokryty případné imperfekce. 76

Obr. 3 Zdroj kročejového zvuku při měření

Ze všech naměřených údajů lze v pásmu 100 až 3150 Hz sestavit lomenou čáru znázorňující kročejovou neprůzvučnost. Posunem směrné váhové křivky podle postupu uvedeném v ČSN EN ISO 717-2 lze zjistit na kmitočtu 500 Hz jednočíselnou hodnotu neprůzvučnosti. V tomto případě bylo dosaženo L´nw = 61 dB (Obr. 6).

Posledním krokem je měření doby dozvuku T2 (T20) (dB) v místnosti příjmu pro tři polohy všesměrového zdroje (Obr. 5 - dodecahedron) a pět poloh mikrofonu.

Obr. 4 Přijímací místnost ve 3.NP Posledním krokem je měření doby dozvuku T2 (T20) (dB) v místnosti příjmu pro tři polohy všesměrového zdroje (dodecahedronu) a pět poloh mikrofonu. Respektování minimálních odstupů od jednotlivých poloh i od ohraničujících konstrukcí podle ČSN EN ISO 140-7 je zejména v místnostech malého půdorysného rozměru vybaveného nábytkem obtížné (Obr. 5).

Obr. 5 Všesměrový zdroj v přijímací místnosti

L´nw = 61 dB

Obr. 6 Naměřený průběh neprůzvučnosti

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Měřením byla zjištěna skutečná hodnota kročejové neprůzvučnosti v bytech (Tab. 2). Ze čtyř posuzovaných dělicích konstrukcí vyhověly požadavku norem platných v době kolaudace objektu (2004) pouze dvě stropní konstrukce. Aktuálně platnému přísnějšímu požadavku (L´nw,p = 55 dB) by vyhověla pouze jedna stropní konstrukce a to velmi těsně. Provedenými sondami byl potvrzen nesoulad mezi projektovaným stavem a skutečným stavem stropní konstrukce. Byly použity materiály s jinými objemovými hmotnostmi v neprospěch akustických vlastností a minimálními tloušťkami na hranici 77

přípustného stavu. Skutečné provedení podlah lze z mechanického hlediska pokládat za dostatečné. Pevnost v tlaku odpovídá hodnotě zatížení na mezi porušení (cca 160 kN/m2), zatímco výpočtové zatížení podlahy je přibližně 80 x menší (cca 2,1 kN/m2). Za předpokladu, že bude bodové zatížení od vybavení bytu řádně rozneseno, je rezerva v únosnosti polystyrenbetonu dostačující. Na některých podlahách kolem nábytku byly zjištěny deformace, způsobeny stlačením mirelonu, použitého jako akustická izolace (podle zkušeností z měření jen málo účinná [3]) PVC lamelami. Velikost deformací do cca 3 mm odpovídá úplnému stlačení mirelonu, čímž je eliminována jeho funkce. To může být také jedna z příčin zhoršení akustických vlastností stropů. V konstrukci podlah byla nejméně v jednom případě zjištěna přítomnost čistého granulátu z EPS. Životnost takto provedené skladby podlahy je velmi omezená vzhledem k malé ohybové pevnosti potěru (anhydritového nebo betonového) minimální tloušťky, provedeném na stlačitelném granulátu z napěněného polystyrenu. Tab. 1 výsledky měření

4. ZÁVĚR Cesty šíření zvuku v konstrukcích jsou velmi sofistikované a požadovaný útlum závisí na mnoha faktorech. Velmi často řešenými

detaily v bytových domech jsou i oblasti uložení schodišťových prvků [4]. Diagnostika akustických vlastností stropní konstrukce potvrzuje oprávněnost stížností obyvatel na zvýšený přenos hluku prostřednictvím konstrukce. Výstup teoretického výpočtu naznačoval nevyhovující stav ještě před odečtením korekcí na boční cesty šíření zvuku. Z hlediska posouzení, zda je konstrukce vyhovující či nikoli, rozhoduje vždy výsledek zkoušky. Pro zajištění vyhovujícího akustického stavu bude zapotřebí aplikovat nášlapnou vrstvu s tlumicími schopnostmi (např. koberec), případně podlahu vybourat a vybudovat znovu a lépe.

PODĚKOVÁNÍ This article was supported by the project CZ.1.07/2.3.00/30.0039 of Brno University of Technology.

LITERATURA [1] Rychtáriková M, Roozen B, Mullner H, Stani M, Chmelik V., Glorieux C. Listening test experiments for comparisons of sound transmitted through light weight and heavy weight walls. Akustika. 2013; vol. 19, issue 1, pp 8-13, ISSN: 18019064. [2] Odborný posudek č. 060_024484 [3] Oravec P, Hamala M. Acoustic Qualities of a Composite Timber - Concrete Ceiling Construction. Advanced Materials Research. 2013; vol. 649, pp. 273-276. [4] Kolářová, Z., Ostrý, M., Odehnal, A. Landing block to reduce transmission of vibration and impact noise from staircases and elevators in buildings (2012) Akustika, 14 (1), pp. 23-31.

Vliv typu použité parotěsnící vrstvy u montovaných konstrukcí Petříček, T.,* Kacálek, P.,** Smolka, R.,*** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : petricek.t@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kacalek.p@fce.vutbr.cz *** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : smolka.r@fce.vutbr.cz Klíčová slova: šikmá střecha, tepelná izolace

ÚVOD V posledních letech roste důraz na omezení energetické náročnosti objektů a snížení tepelných ztrát prostupem tepla ochlazovanými konstrukcemi. Současný „módní trend“ dosažení nízkoenergetického nebo pasivního standardu, vede k výraznému zvětšování tloušťky tepelně izolační vrstvy. Zatímco u plochých střech navýšení vrstvy tepelné izolace většinou nepředstavuje výraznou komplikaci, u šikmých střech je situace jiná. Se zvyšující se tloušťkou tepelné izolace totiž významně roste vliv systémových tepelných mostů, a tak skladby a řešení, která se v podstatě zažila do našich projektů a podvědomí, už mohou být na okraji svých možností. Výsledný součinitel prostupu teple konstrukce jako celku ovlivňuje nejen volba tepelně izolačního materiálu, ale u šikmých střech je to zejména umístění tepelné izolace.

Nejčastěji je tepelná izolace umístěna ve dvou vrstvách, a sice mezi nosnými prvky krovu a pod nimi, umístěná do samostatného dřevěného roštu nebo např. do systémového kovového roštu podhledové vrstvy. Tato varianta při vhodném poměru tlouštěk obou vrstev snižuje vliv tepelných mostů, ale často je podceněna ochrana parozábrany proti mechanickému poškození a tím výrazně snížení její účinnosti. Parotěsná vrstva je u těchto skladeb nejčastěji tvořena vícevrstvými vyztuženými fóliemi, případně doplněny o reflexní hliníkovou vrstvu. Opravdu parotěsné provedení vrstvy jako celku je v této pozici velmi obtížné – slepení jednotlivých rolí fólie oproti nestabilnímu a měkkému podkladu není dostatečné a takto provedené spoje mají často jen krátkou životnost – viz Obr. 1.

BĚŽNÝ ZPŮSOB ZATEPLENÍ Provedení tepelné izolace minimálně ve dvou vrstvách je již běžnou praxí, ale ne vždy je umístění nebo materiálová volba jednotlivých vrstev střešního pláště vhodná tak, abychom splnili i další podmínky – např. ochranu parotěsné vrstvy před mechanickým poškozením, zajištění vzduchotěsnosti celé skladby, apod.

Obr.1: Rozlepení vzájemného spoje parozábrany 79

Absence instalační mezery (viz schéma Obr. 2.) dále vede k výraznému poškození parotěsné fólie vlivem následné montáže SDK podhledu nebo souvisejících rozvodů instalací (nejčastěji elektro).

Obr. 2: Schéma zateplené šikmé střechy Umístěním tepelné izolace mezi a pod nosné prvky střechy částečně eliminujeme tepelné mosty, splnit doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla nebo docílit parametru nizkoenergetického či pasivního domu představuje konstrukční komplikace. Samozřejmě je možné tepelnou izolaci provést ve třech vrstvách, ale elegantnější variantou je řešení, kde systémové tepelné mosty nemají tak zásadní vliv na celkový parametr střešního pláště – tedy skladbu, kde je tepelná izolace

zásadně nesnižuje výsledný difúzní odpor, v průběhu výstavby lze využít jako provizorní hydroizolace a velkou měrou zvyšuje hydroizolační bezpečnost celé střechy. Pokud tedy je skladbě navrženo spojité bednění umožňující provedení asfaltového pásu, použitím asfaltového pásu docílím vyšší spolehlivosti, hydroizolační bezpečnosti a vzduchotěsnosti skladby. Způsoby zateplení nad krokvemi lze obecně rozdělit na dvě skupiny, měkké tepelné izolace a izolace s dostatečnou pevností. MĚKKÁ TEPELNÁ IZOLACE V případě neúnosné, měkké tepelné izolace pro zateplení nad krokvemi, je nutné v tepelně izolační vrstvě řešit konstrukci přenášející zatížení z krytiny do nosných prvků střechy. Tu může tvořit například dvojitý dřevěný rošt, popř. systémové kovové držáky s dřevěnou latí, kdy se prostor mezi nimi vyplní rohožemi z měkké tepelné izolace, nejčastěji minerální plstí (viz Obr. 3.).

ZATEPLENÍ NAD KROKVEMI V současné době roste počet realizovaných střech zateplených nad krokvemi a zároveň množství systému a variant, jak toto zateplení provést. Většina systému zateplení nad krokvemi umožňuje provedení parozábrany z asfaltového pásu, které přináší ve srovnání s klasickými fóliemi řadu výhod: nehrozí výrazné poškození vrstvy během průběhu další montáže, řešení spojů zaručuje vyšší těsnost, zvyšuje vzduchotěsnost střešního pláště, v případě SBS modifikovaného asfaltového pásu, perforování kotevními prvky

Obr. 3: Zateplení nad krokvemi s využitím neúnosné tepelné izolace Přítomnost konstrukce přenášející zatížení představuje nevýhodu v podobě tepelných mostů – dřevěné hranoly v kombinaci s ocelovými držáky umístěné v tepelně izolační vrstvě představují systémové tepelné mosty, které nepříznivě ovlivní výsledné tepelně technické parametry skladby. 80

Vhodnější variantou může být nahrazení dřevěných prvků liniovými pásy tepelné izolace z extrudovaného polystyrenu v kombinaci s OSB deskou, přes které se mechanicky zakotví do krokví a prostor mezi těmito pásy se vyplní rohožemi tepelné izolace. Tepelně izolační vrstva je tak spojitá a systémové tepelné mosty představují pouze dříky kotevních prvků procházejících přes tepelnou izolaci. TUHÁ TEPELNÁ IZOLACE Použití tuhé tepelné izolace nemusí být omezeno pouze na pruhy provedené nad krokvemi, ale desky lze použít v celé ploše střechy – Obr. 4.

Obr. 4 Zateplení nad krokvemi s využitím desek tuhé tepelné izolace Tato varianta přináší tuhý podklad pro následně provedenou doplňkovou hydroizolační vrstvu, navíc doplňková hydroizolace může být provedena z difuzně otevřené fólie lehkého typu, ale za určitých podmínek i z asfaltového pásu. Jako materiál pro únosnou tepelnou izolaci lze nejčastěji použít stabilizovaný polystyren dostatečných pevností, popř. extrudovaný polystyren. Nejčastěji se ovšem využívají desky PUR/PIR s nižším součinitelem tepelné vodivosti, výsledná menší tloušťka tepelně izolační vrstvy zjednoduší realizaci. Kotvení celé skladby se provádí speciálními kotevními prvky s dostatečnou pevností a dlouhodobě funkční antikorozní ochranou. Kotvení se provádí přes kontralatě do krokví,

doporučuje se proto volit větší dimenzi kontralatí. Větší přítlačná plocha snižuje tlak na tepelnou izolaci a dále snižuje riziko poškození kontralatí během jejich kotvení. Zateplení nad krokvemi samozřejmě přináší i některé nevýhody: - zvětšení vytápěného prostoru, - nárůst celkové tloušťky skladby, - požární ochrana konstrukcí, - vyšší cena, - setrvačnost stavební výroby.

ZÁVĚR Zateplení nad krokvemi ukazuje směr, kterým se v budoucnu budou ubírat skladby šikmých střech, s větším důrazem na kvalitní tepelně izolační vrstvu a zároveň vyšší hydroizolační bezpečnost. Zateplení nad krokvemi i přes některé svoje nevýhody dovoluje provedení tepelné izolace bez výrazných tepelných mostů, použití kvalitní parozábrany z asfaltového pásu a tím schopnost zajistit vhodné vlhkostní parametry i v nepříznivých podmínkách.

LITERATURA [1] ČSN 73 1901 Navrhování střech – Základní ustanovení [2] ČSN P 73 0600 Hydroizolace staveb – Základní ustanovení [3] Fajkoš, A., Novotný M. Střechy: základníá konstrukce. 1. vydání, Praha: Grada Publishing, 2003. 164 s. ISBN 80-247-0681-4. [4] Fajkoš A., Novotný M., Straka B. Střechy I Opravy a rekonstrukce. 1. vydání, Praha: Grada Publishing, 200. 144 s. ISBN 80-7169-825-3. [6] Hanzalová L., Šilarová Š. a kol. Ploché střechy navrhování a sanace – kap. 13.5 Parotěsná zábrana, Chaloupka K. 1. vydání, Praha: Public History, 2001. 420 s. ISBN 80-86445-08-9. 81

Optimalizace podlah v mokrých provozech Smolík, J* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : smolikj1@fce.vutbr.cz Klíčová slova: koeficienty tření, sklon podlahových ploch, zkušební metody protiskluznosti, protiskluznost, protiskluzné třídy,

1. ÚVOD Optimalizace podlah v mokrých provozech je málo řešené a známé téma. Mezi nejdůležitější pravidla protiskluznosti podlah v mokrých provozech patří závislost sklonu nášlapné vrstvy podlahové plochy a na koeficientech statického a dynamického tření podlahové plochy. Nezáleží pouze na materiálu podlahové plochy, ale taky se musí brát v potaz, jaký druh materiálu byl použit na výrobu obuvi, či její opotřebení při chůzi, nebo zda-li se jednalo o chůzi bosé nohy po povrchu podlahy. A také nemůžeme zapomínat na stáří člověka, který se po podlahovém povrchu pohybuje a jeho motorická gramotnost není stejná jako u mladého člověka. Proto se v dnešní době výrobci podlahových ploch do mokrých provozů snaží vynalézt co možná nejvíce efektivní a specializované nášlapné vrstvy podle potřeby provozního užívání daného objektu a místa, kde bude podlaha instalována. Metody měření protiskluznosti podlahových ploch v mokrých provozech, které byly schváleny úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví se snaží eliminovat faktory, jež negativně ovlivňují zkušební měření protiskluznosti podlahových ploch, pouze četností zkoušek, prováděných na suchém a mokrém povrchu nášlapných vrstev. Nikde již ale není brán zřetel na zkušební osobu, konkrétně na její věkovou úroveň a motorickou gramotnost. Tyto faktory by mohly jak negativně,

tak samozřejmě i pozitivně ovlivňovat výsledky měření protiskluznosti podlahových ploch při zkoušce na nakloněné rovině, neboť tato zkušební metoda je přímo ovlivnitelná zkušební osobou, která vykonává zkoušku. V neposlední řadě nesmí být také zapomenuto na ošetřující a dezinfekční prostředky, často používané v různém složení a množství, závislém na konkrétním druhu provozu, které mohou značně změnit fyzikální vlastnosti daného povrchu podlahových ploch ať již k lepšímu, nebo horšímu.

2. PRINCIPY PROTISKLUZNOSTI Aby bylo možné efektivně aplikovat metody hodnocení a měření odolnosti posuzovaných ploch na protiskluznost, je nezbytné mít znalosti o základních principech tření a různých faktorech, které mohou přímo, či nepřímo ovlivnit přilnavost povrchů z hlediska protiskluznosti. Znalost těchto principů dovoluje informovat a doporučovat rozhodování týkající se vhodných metod měření protiskluznosti, kritických faktorů, které přispívají, nebo brání protiskluznosti pro pěší. Hlavní dva prvky, ovlivňující protiskluznost jsou statický a dynamický koef. tření. Statický koef. tření je relativní síla, která je potřebná pro přivedení tělesa do pohybu z klidové polohy. Na obrázku číslo 1 je vidět zkušební těleso, na které působí ve vzájemném poměru horizontální síla (Fh) a vertikální síla (Fv). 82

Obr. 1. zobrazení horizontální a vertikální síly Druhý koeficient tření je dynamický koeficient tření, což je relativní síla potřebná k udržení pohybu posouvaného tělesa. Obecně platí, že statický koeficient tření produkuje vyšší množství sil, než dynamický koeficient tření, protože je zde vyžadováno více síly, aby bylo možné zahájit posuvný pohyb tělesa, na rozdíl od toho, kdy se již těleso nachází v pohybu. Koeficienty tření jsou současně závislé také na drsnosti, velikosti styčné plochy a na rychlosti pohybu tělesa po zkušebním povrchu. V případě, že jeden z povrchu zpomalí svou rychlost, zvyšuje se tím koeficient tření na druhý povrch. Avšak při extrémně nízkých rychlostech je situace opačná. Vysvětlení tohoto problému spočívá ve změnách tvaru, při tzv. tečení. Každý materiál dokáže pomalu v závislosti na čase měnit tvar i při nepatrných silách, které na něho působí. Zvětšením síly se přímo úměrně zvýší rychlost tečení. Proto v případě, že povrchy kluzných materiálů budou velmi pomalu taženy, potom tedy bude docházet k tečení. Pomalý pohyb pak může způsobit znatelné zrychlení saní ve formě dotvarování jednoho povrchu kolem druhého povrchu. Limit rychlosti dosažené mechanismem tečení se mění v závislosti na materiálu, protože při použití měkkých materiálů lze prokázat změnu tvaru rychleji než u tvrdých materiálů. Budeme-li hovořit o koeficientu tření, nebo o protiskluzové úpravě povrchu, je důležité pochopit, že plocha povrchu nemá samo o sobě koeficient tření, nebo odpor protiskluzu. Toto opatření je funkcí vzájemného působení mezi

dvěma proměnnými složkami, na kterých dochází ke tření, kdy při hodnocení vždy musí být jedna složka povrchu brána jako konstantní, aby mohlo být měření provedeno správně. Měření odporu skluzu je považováno za měření, které slouží k posouzení tření mezi obuví, nebo bosou nohou na styku s nášlapnou plochou podlah. Obecně vzato se statický koeficient tření vypočítá z podílu horizontální síly (Fh) a vertikální síly (Fv). Toto měření, ale není schopné zahrnout různé reálné proměnné, které jsou vyvozeny lidskou chůzí. Člověk neposunuje nohu vodorovně po nášlapné vrstvě podlahového povrchu, ale zvedá a pokládá nohu pod různými úhly a sklony na podlahovou plochu. Aby mohl být povrch z hlediska protiskluznosti hodnocen, byla vytvořena bodová stupnice protiskluznosti. Stupnice protiskluznosti se pohybuje v rozmezí 0 - 1,0 měřeno v desetinách bodu. Čím blíže je hodnocení protiskluznosti k nule, tím menší protiskluzovou úpravou je povrch opatřen. Například hodnocení povrchu hodnotou 0,1 se považuje za mimořádně kluzký povrch, zatímco hodnocení povrchu hodnotou 0,9 je považováno za velmi bezpečný povrch, který lze použít do velice náročných prostředí, kde je požadována vysoká bezpečnost a stabilita pohybujících se osob. Studie ukázaly, že na ledovém povrchu byla naměřena hodnota protiskluznosti o hodnotě 0,2 bodu. Uváděná hodnota minimální trakce pro pěší turistiku je hodnota o velikosti 0,25 bodu. Často je uváděno, že hodnota 0,50 zahrnuje i faktor bezpečnosti. Tento daný faktor bezpečnosti je nutný, protože jinak může docházet k častým úrazům z hlediska uklouznutí při chůzi. 2.1 Zatřídění keramických dlažeb do protiskluzných tříd U keramických obkladů a dlaždic byly vytvořeny dvě skupiny nášlapných povrchů, kde v první skupině se nachází dlaždice hladká a ve 83

druhé skupině se nachází dlaždice zdrsněná. Na místech, kde je požadována vysoká bezpečnost, je nutné navrhovat protiskluzové dlaždice, které je možné opatřit jemným, nebo hrubým reliéfem. Takto upravený povrch dlažby umožňuje lepší odtok vody z prostoru podlahy a tím i zlepšení protiskluznosti daného typu výrobku. Protiskluzná dlažba je definována normou ČSN 72 5191 „Keramické obkladové prvky – stanovení protiskluznosti“. Zkušební metody různých povrchů na protiskluznost jsou popsány v normě ČSN 74 4506 „Stanovení protiskluznosti povrchů pro pěší – Metody hodnocení“. Každá dlažba podrobená měření na protiskluznost, je posléze zařazena buď do skupiny „A, B, C“ a nebo do skupin „R9 – R13“. Skupiny dlaždic s označením „A, B, C“ jsou dlaždice testované na zkušební nakloněné rovině bosou nohou. Takto označené typy dlaždic jsou používány do mokrých provozů bazénů a lázní, kde dochází ke kontaktu mokré, nebo suché podlahové plochy s bosou nohou. Dlažba s označením „A“ by měla být použita na dno bazénů v hloubkovém rozmezí 80-135 cm, nebo do šaten a spojovacích koridorů, kde již bude velice nízká kontaminace vodou a úhel sklonu podlahy nepřesáhne 12°. Skupinu dlažeb s označením „B“ je vhodné použít do maximálního sklonu podlahy 18° na schody, brouzdaliště, veřejné sprchy a také na dna a ochozy bazénů. Poslední skupina s označením „C“ se používá na bazénová dna ve sklonu, schody do bazénu, které se nachází pod vodou, ochozy bazénu se sklonem a také na startovací bloky bazénů. Skupiny s dlažeb s označením „R9 - R13“ jsou podle německého státního předpisu BGR 181 především určeny do pracovních provozů. Dlažba s označením „R9“ by měla být položena v rozmezí 6° - 10°. Tato dlažba je vhodná na chodby škol a školek, vnitřní odpočinkové plochy, prodejny a další místnosti vypsané v BGR 181. Dlažba s označení „R10“ je vhodné použít do skladů, sanitárních prostorů,

malých kuchyní s úhlem sklonu 10° - 19°. Dlažba s označením „R11“ by měla být použita při sklonu podlahy v rozmezí 19° - 27° a je vhodné ji použít do brusíren, prádelen, na venkovní schody, mycí linky, kuchyně škol a do dalších provozů vyjmenovaných v předpisu BGR 181. Předposlední skupina dlažeb s označením „R12“ se používá při sklonech 27 ° - 35° a je vhodná na podlahu v pracovních jámách, mlékárnách, velkokuchyních a do dalších provozů vyjmenovaných v předpisu BGR 181. Poslední skupina dlažeb s označením „R13“ se používá ve velice specifických provozech, kde úhel podlahy přesahuje 35°, jako příklad jsou uvedeny jatka, rafinerie a koželužny. 2.2 Zkušební metody protiskluznosti Všechny dané typy dlažeb musely projít přísnými zkušebními podmínkami na stanovení protiskluznosti dlažby a na základě těchto zkoušek byly příslušně zatříděny do určitých skupin. V normě ČSN 74 4506 „Stanovení protiskluznosti povrchů pro pěší – Metody hodnocení“ jsou dopodrobna popsány uznávané a používané metody na měření protiskluznosti podlahových ploch. Při metodě na nakloněné rovině zkouší daná zkušební osoba protiskluznost vybraného typu podlahových ploch, které jsou připevněny na zkušební stolici. Jedná se o jednu z nejvíce realistických zkoušek na zjištění protiskluznosti daného typu povrchu, protože se zde provádí zkouška suchého, ale i mokrého povrchu buď v obuvi, nebo bosou nohou a je zde také provedena reálná chůze po nakloněné rovině. Při této metodě, však není vyloučen ovlivňující lidský faktor, kdy tytéž zkušební osoby stále dokola již několik let provádějí stále se opakující zkoušku, v důsledku čehož pak mohou být výsledky měření zkreslené. Obecně má člověk v různém věku také různou motorickou gramotnost, jež může zkoušku zásadně ovlivnit. Je veliký rozdíl, když se na zkušební stolici postaví mladý člověk atleticky 84

založený, či stále se opakující zkušební osoba, nebo člověk v důchodovém věku, který má větší strach a silnější pud sebezáchovy. Při této zkoušce by mělo být střídání lidí na zkušební stolici samozřejmostí, aby bylo eliminováno ovlivnění výsledků při měření na protiskluznost ve prospěch výrobců a nebylo dané měření zkresleno, nebo znehodnoceno stále stejnou zkušební osobou. Další dvě zkoušky na zjištění protiskluznosti podlahových ploch jsou založeny na měření pomocí trigonometrického měřidla, nebo třecího kyvadla. Tyto dva přístroje mohou být použity, jak na měření v laboratoři, tak i na měření zabudovaných podlah v objektech. Oba tyto přístroje se také používají na ověření protiskluznosti již užívaných podlahových krytin v určitých objektech na konkrétních typech nášlapných vrstev, kde vznikají pochyby o schopnosti splnění požadavků norem na protiskluznost daného materiálu.

3. SNIŽUJÍCÍ FAKTORY PROTISKLUZNOSTI Vlivem úklidových prostředků a úklidových přístrojů může být hodnota protiskluznosti některých typů podlah snížena. Jedná se hlavně o dlažby s mělkým reliéfem zdrsnění povrchu dlažby, který může být zanesen různými nečistotami ve spojení s různými úklidovými a mycími prostředky. Hodnota protiskluznosti může být snížena také velkým stářím podlahové krytiny, ale i vlivem mechanického opotřebení od chůze lidí, kdy dochází k prošlapání a obroušení nášlapné vrstvy podlahy. Takto porušené a opotřebované podlahové plochy lze opatřit protiskluznými nátěry, které jsou založeny na bázi mikroskopického filmu s krystalky oxidu křemíku na povrchu podlahy, který zdrsní povrch a tím zlepší protiskluzné vlastnosti. Pokud je již porušení podlahy v rozsáhlejším stavu je vhodné provést výměnu porušené nášlapné vrstvy a brát

zřetel na to, jaký zvolit vhodný povrch podlahy z hlediska protiskluznosti a trvanlivosti v závislosti na provozu, ve kterém se řešený prostor nachází a v neposlední řadě také na druh a obuv osob, které se v tomto prostoru pohybují.

4. ZÁVĚR Na závěr by bylo vhodné říci, že prováděné zkoušky protiskluznosti zejména zkouška na nakloněné rovině, může být vyhodnocena subjektivně, protože zkoušku opakují stále stejné zkušební osoby. Proto je třeba zapojit do zkoušení protiskluznosti na nakloněné rovině široké spektrum lidí, které bude každý rok obměněno, aby nemohly být zkoušky zkresleny stále se opakujícími zkušebními osobami. Přestože jde o zásadní problém který se přímo dotýká bezpečnosti osob ve specifických provozech a prostorech jsou znalosti široké veřejnosti v tomto oboru špatné. Díky tomu dochází často k chybným návrhům podlahových krytin, jejichž důsledkem dochází k častému zranění osob užívajících řešené prostory.

LITERATURA Oktober 2003. BGR 181 Fußböden in Arbeitsräumen und Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr. Deutschland: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften Fachausschuss "Bauliche Einrichtungen" BGZ. 2013. ČSN 74 4506 Stanovení protiskluznosti pro pěší – Metody hodnocení. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Duben 2004. ČSN 72 5191 Keramické obkladové prvky: Stanovení protiskluznosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Di Pilla, S. & Di Pilla, S. c2010. Slip, trip, and fall prevention: a practical handbook. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press.

Konstrukční detaily z druhotných surovin Smolka, R.,* Petříček, T.,** Kacálek, P. *** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : smolka.r@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : petricek.t@fce.vutbr.cz *** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kacalek.p@fce.vutbr.cz Klíčová slova : polymerní surovina, environmentální politika, odpadní surovina

1. ÚVOD Finanční situace, české normy, zákony a směrnice Evropské unie motivují stavebníky k realizaci nízkoenergetických a pasivních domů. Uvedené aspekty vedou ke zdokonalování materiálových charakteristik v současnosti používaných výrobků. Objevují se i nové technologie výstavby. Na budovy jsou kladeny vysoké nároky po stránce ekonomické, technicko - fyzikální, technologické, hygienické, požární ochrany, ekologické a v neposlední řadě i estetické. Při navrhování nízkoenergetických či pasivních domů je možné se setkat s mnoha limitujícími faktory, které odkrývají projektové a následně realizační vady. Velkou skupinu tvoří zamezení vzniku tepelných mostů a kvalita provedení kritických detailů. Při stavbě nízkoenergetických a pasivních domů dochází ve velké míře k problémům se zamezením vzniku tepelného mostu ve složitých konstrukčních detailech, které jsou u běžné výstavby mírně potlačovány. Je zvýšený požadavek na kvalitu návrhu a provedení (vlastní realizaci) budovy. Tím se paralelně zvyšuje pracnost a nárůst ceny. Příspěvek se zabývá využitím druhotných polymerních surovin, jeho rozborem a možnými aplikacemi v oblasti stavebnictví. V současné době environmentální politiky je snaha nejen využívat odpadní materiály, ale také šetřit

energii. Spojením těchto směrů vznikla progresivní úvaha, která přispívá k šetření životního prostředí. Hlavním tématem je cílený vývoj a plnohodnotná aplikace výrobků z odpadních surovin, přispívající ke snížení celkových nákladů na výstavbu úsporných domů a ke snižování potřeby energií v průběhu jejich užívání.

2. MATERIÁL A METODIKA Prahová spojka v současné terminologii představuje konstrukční prvek, kterým se zárubně v jejich spodní části stabilizují při montáži proti deformaci. Tento prvek se může po ukončení aplikace zachovat, nebo se po stabilizaci a technologické přestávce vyjme. V současné době může prahová spojka plnit funkci přerušení tepelného mostu, podkladní profil pro práh, nebo slouží jako přechodová lišta. Konstrukce výplní otvorů, musí mít dostatečnou tuhost, při níž za běžného provozu nenastane zborcení, svěšení nebo jiná deformace a musí odolávat zatížení včetně vlastní hmotnosti a zatížení větrem i při otevřené poloze křídla, aniž by došlo k poškození, posunutí, deformaci nebo ke zhoršení funkce. Výplně otvorů musí splňovat požadavky na tepelně technické vlastnosti v ustáleném teplotním stavu v souladu s normovými hodnotami. Dále musí splňovat požadavky na akustické vlastnosti v 86

souladu s normovými hodnotami pro zajištění dostatečné ochrany před hlukem ve všech chráněných vnitřních prostorách stavby. Některé výše uvedené požadavky jsou přenášeny i do podkladových konstrukcí dveří – prahu, prahové spojky a podprahových konstrukcí. Konstrukční detail u dveřních výplní stavebních konstrukcí je nutno řešit jak z pohledu užívání, tak z pohledu tepelně technických, mechanických a chemických. Je nutné eliminovat tepelný tok pod rámovou konstrukci dveří a bezpečné napojit a ukončit hydroizolační a tepelně izolační prvky. 2.1 Měření náchylnosti k tečení stlačením Byly vytvořeny zkušební desky 130 x 130 x 20 mm z druhotných polymerních surovin. Pro zlepšení tepelně - technických a mechanických vlastností byly vyrobeny rovněž desky s příměsí pilin a nadouvadel. Po změření součinitele prostupu tepla jsou desky upraveny na zkušební tělesa válcového tvaru s průměrem 50 mm, na kterých se dlouhodobě měřilo zatížení vzorků tlakem. Ze zjištěných údajů je možno posoudit náchylnost vyrobeného vzorku ke creepu (kríp). Kríp je pomalá plastická i elastická deformace materiálu vyvolaná dlouhodobým působením teploty a času. Teplota se při pokusu pohybovala v předpokládaných hodnotách po zabudování výrobků do stavby – tzn. 15 – 21°C, při 55% vlhkosti vzduchu. Krípem (tečením za studena) se rozumí změna rozměrů tělesa při dlouhodobém statickém zatěžování (v tahu, tlaku, ohybu) konstantní silou (napětím) při konstantní teplotě. Krípové chování udává životnost konstrukční součásti. Deformace s časem narůstá a při jejím rozvoji se uplatní všechny složky deformace: ideálně elastická, zpožděně elastická a viskózní tok. Na zatěžovací stolici se měřilo stlačení předepsaným tlakem, byla použita čidla – snímače dráhy FWA025T (měřící rozsah 0 – 25

mm / rozlišení 0,001 mm) a data byla zaznamenávána do měřící ústředny Ahlborn ALMEMO 2470-2SKN v předvoleném časovém měřícím cyklu), ten byl stanoven na 5 minut. Při dlouhodobém měření se jednalo až o 15 000 naměřených hodnot na jednom čidle.

Obr.1 Průběh dlouhodobého stlačení vzorku vyrobeného na ÚPST, zatížení 3 MPa Naměřená data byla vyhodnocena vždy po uvedeném časovém období. Z uvedených hodnot lze stanovit závěr, že se maximální míra stlačení jednotlivých vzorků z druhotných plastů s přidanou příměsí pohybuje v maximálním rozmezí 1 % výšky vzorku. Výsledky potvrzují možnost využívat druhotné plastové materiály i do konstrukcí, které jsou vystaveny dlouhodobým účinkům při provozu. Hodnoty stlačení jsou v řádech desítek či setin milimetrů a nemají žádný vliv na funkčnost výplně stavebního otvoru. Jejich pevnost splňuje všechny požadavky dle platných norem. 2.2 Měření součinitele tepelné vodivosti Z primárního cíle (zamezení vzniku tepelného mostu) je při výrobě vzorků soustředěna pozornost především na hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ [W m-1 K-1]. Součinitel tepelné vodivosti λ je důležitá charakteristika materiálu pro tepelně - technické 87

výpočty. Je definována jako množství tepla, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád. Přitom se předpokládá, že teplo se šíří pouze v jednom směru. Součinitel tepelné vodivosti λ je stanoven dle normy ČSN 64 0526 Zkoušení plastů - Stanovení součinitele tepelné vodivosti, pomocí přístroje pro přímé měření termo - fyzikálních vlastností pevných materiálů měřící ústřednou ISOMET 2104 firmy Applied Precision. Součinitel tepelné vodivosti je ovlivňován v jednotlivých plastech jejich základními vlastnostmi a poměrem plastového materiálu k přidaným příměsím. Hodnota součinitele tepelné vodivosti je snižována ubíráním plastové výplně, přidáním dalších přísad a příměsí (použití napěňovadla, namáčení granulátu, aj), důležitá je i technologie vytvořeného vzorku (lisování, vstřikování). Minimální hodnota naměřené tepelné vodivosti v rámci zkoušených polymerních materiálů je λ=0,103 W m-1K-1. Z uvedeného výsledku vyplývají horší parametry součinitele tepelné vodivosti oproti v současné době užívaným izolačním materiálům.

vycházející z různých tloušťek navrhovaných konstrukcí podlah a dalších místních vlivů. Desky podkladní konstrukce jsou tvarově řešeny tak, aby do sebe zapadaly, popřípadě na sebe plošně dosedaly a ulehčovaly technologický postup práce. Dají se snadno upravovat řezáním a vytvořit tak přesně požadované rozměry v konstrukčním detailu. Konstrukce desek a jejich materiálové charakteristiky roznáší provozní zatížení způsobené provozem do podkladních vrstev. Desky musí být nenasákavé a difúzně uzavřené. Spojování a kotvení desek může být provedeno pomocí modifikování pro zesítění struktury např. kaučukem, plnidly atd., svaření nebo vzájemným sešroubováním. Další možností je ukotvit desky vzájemně k sobě skrz celou vytvořenou tloušťku do podkladní konstrukce.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Konstrukční detail u dveřních výplní stavebních konstrukcí je nutno řešit jak z pohledu užívání, tak z pohledu tepelně technických, mechanických a chemických. Je nutné eliminovat tepelný tok pod rámovou konstrukci dveří a bezpečné napojit a ukončit hydroizolační a tepelně izolační prvky. Podkladní konstrukce pro prahovou spojku dveří pomáhá odstranit stávající nebo v současné době využívané podkladní konstrukce v konstrukci podlahy. Podkladní konstrukce se skládá minimálně ze dvou desek z recyklovaného polymerního materiálu a umožňuje variabilní napojení hydroizolační konstrukce a zároveň variabilní výškové uspořádání pro rozdílné výšky detailu,

Obr. 2 Typy podkladních desek. Problém s ukončením hydroizolace řeší tento systém zatažením hydroizolace pod horní desku a překrytím poslední desky. Společným spojením desek dojde k pevnému a vodě 88

nepropustnému zakončení izolace. Hydroizolaci je nutno opět variabilně zatáhnout a ukotvit do libovolné výšky. Pomocí speciálních náběhových desek je možné plynule přejít ze svislé hydroizolace na vodorovnou a naopak.

4. ZÁVĚR Konstrukční detail na Obr. 3 znázorňuje možnost použití podkladní konstrukce v praxi při výstavbě úsporných objektů. Jedná se o vstup na terasu s předloženým schodem. Výplň dveřního otvoru je kotvena skrz desky a následně připojovací spára je vyplněna polyuretanovou pěnou. Důležitým sortimentem v nízkoenergetické a pasivní výstavbě je použití speciálních fólií. ZATEPLENÍ-70F, TL.100mm ZEĎ V POHLEDU 36,5 P+D DVEŘNÍ PROFIL-OTEVÍRAVÉ DO INTERIÉRU KOMPRESNÍ PÁSKA-15x6mm KOMPONENTNÍ MONTÁŽNÍ PĚNA-PROFI FLEXI TĚSNÍCÍ PÁS-EXTERIÉR OCELOVÝ VRUT SE ZAPUŠTĚNOU HLAVOU O20mm, DÉLKA 15mm POLYURETANOVÝ TMEL PU 50 FC

KRYCÍ PODLAHOVÁ LIŠTA FLEXI TĚSNÍCÍ PÁS-INTERIÉR KOMPONENTNÍ MONTÁŽNÍ PĚNA-PROFI

600

PODLAHOVÝ PÁSEK

KRYCÍ PLECH-NEREZ,TL.3mm

4x20+4mm hydroizolace 4xDESKA Z RECYKLÁTU

FÓLIOVÁ HYDROIZOLACE

Obr. 3 Schéma konstrukčního detailu podkladní konstrukce Hydroizolace je fóliového typu a jsou použity tři základní druhy desek – deska s osazovací drážkou, vyrovnávací desky, podkladní deska s rovnou spodní stranou. Desky z interiéru jsou překryty standardní nášlapnou vrstvou. Vzhledem ke konstantním rozměrům okenní a dveřní konstrukce, je možné využít i jednotlivé desky podkladní konstrukce pro prahovou spojku dveří jiným způsobem.

Možná varianta použití je při nemodelovém výškovém osazení okenního profilu. V případě, že je stavba stavěna z kusového staviva, které není možné řezat ve vodorovné rovině, přičemž je architektonický požadavek na výšku parapetu v atypické výšce než dovolují standardní nebo doplňkové cihly, je možné využít desky z druhotných plastových surovin a dorovnat potřebnou výšku parapetu. Desky vytvoří pevný podklad pod konstrukci rámu a je možné je opět propojit s nosným rámem.

LITERATURA Min Hu; Demei Yu; Jianbo Wei. Thermal conductivity determination of small polymer samples by differential scanning calorimetry. Department of Applied Chemistry, School of Science, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, Shanxi 710049, PR China, 2006 Ducháček V. Polymery - výroba, vlastnosti, zpracování, použití. 2. vyd. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Praha 2006. Str. 274. ISBN 80-7080-617-6 Nařízení vlády 197/2003 Sb., o plánu odpadového hospodářství České republiky. Matějka, L.; Smolka, R.; Ústav pozemního stavitelství: Podkladní konstrukce pro prahovou spojku dveří. 19112, užitný vzor. Praha (2008) Matějka, L.; Smolka, R.; Vysoké učení technické v Brně, Brno, CZ: Desky prahové spojky. 34766, průmyslový vzor. Praha (2010) Matějka, L.; Smolka, R.; Brno University of Technology: Support structures for a doors threshold. EP 2159364 B1, patent. Munchen (2012)

Vysušování sklepních prostor Filozofické fakulty v Brně Sobotka, J.*, Jiroušek, Z.**; Novotný, M.***, Šuhajda, K.**** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické 331/95 v Brně, Česká republika E-mail : sobotka.j@fce.vutbr.cz ** S.P.UNI, s.r.o., Řetová 145, okr. Ústí nad Orlicí, Česká republika E-mail : spuni@spuni.cz ***Fakulta stavební, Vysoké učení technické 331/95 v Brně, Česká republika E-mail : novotny.m@fce.vutbr.cz ****Fakulta stavební, Vysoké učení technické 331/95 v Brně, Česká republika E-mail : suhajda.k@fce.vutbr.cz Klíčová slova: mikrovlnné záření; sanace; vlhkost; vysušování; zdivo; frekvence; voda; jádro zdiva; povrchová teplota

1. ÚVOD Cílem byla postupná sanace stěn a zdiva formou vysušení. Vysoušení vlhkého zdiva bylo provedeno za pomocí MV technologie (mikrovlnnou technologií). Jednalo se o odvlhčení části zdiva v 1. PP budovy Filozofické fakulty (dále uváděno jako FF Brno) na ulici Arne Nováka č. p. 1.

Obr.1 Pohled na Filozofickou fakultu V rámci rekonstrukce některých objektů FF MU v Brně bylo nutné vyřešit i praktické využití rozsáhlých prostor v 1. PP. Jejich stav a využití bylo do té doby různé. Jedno však měly společné a to nadměrnou vlhkost. A to jak vlhkost vnitřního prostředí, tak i vysokou vlhkost patřičného zdiva. Vysoká vlhkost se

převážně objevovala u obvodového zdiva. Na základě provedených sond byla zjištěna nefunkčnost, či dokonce absence odizolování základů, či obvodových stěn budovy od okolního terénu. Tato závada byla vyřešena provedením dodatečné svislé hydroizolace, aplikované z vnější exteriérové strany a vodorovné izolace provedené sanací ve formě chemické injektáže na úrovní podlahy z vnitřní strany obvodových stěn. Tím byla odstraněna příčina dalšího pronikání vody z vnějšího venkovního prostředí. Stále však zde zůstával jeden problém. A to vysoká vlhkost zdiva, která zabraňovala provádění dalších prací, zejména k povrchovým úpravám. Nejhorší situace byla ve dvou místnostech a to po obvodu schodiště. Tyto místnosti byly původně zasypány. U nich investor rozhodl o odstranění násypu a jejich následném zprovoznění.

2. MATERIÁL A METODIKA 2.1 Popis stavu Celkem se v součtu jednalo o 92,6 m3 zdiva s průměrnou vlhkostí 16 %. Materiálově se jednalo o zdivo z CPP (cihla 90

plná pálená). Při předpokládané tabulkové hmotnosti cihelného zdiva (objemová hmotnost) 1900 kg/m3 bylo tedy v uvedeném zdivu sklepních 28150 kg vody. Cílem bylo dosáhnout maximální vlhkosti po sanačních úkonech hodnoty do 6 %. To znamená, že pro dosažení požadované hmotnostní vlhkosti do 6 % by bylo potřeba ze zdiva odstranit minimálně 17590 kg vody. Což je teoreticky možné, ale v praxi ne vždy realizovatelné. Požadavkem investora bylo vysušení zdiva z vnitřní strany na požadovanou vlhkost, pokud možno co do největší hloubky, aby bylo možné provést další sanační operace. Přesně řečeno tzv. „sanační omítku“. V ostatních prostorech 1. PP byla vlhkost zdiva nižší, v rozmezí 8 – 15 %. Nejvlhčí místa byla vysoušena souběžně s místnostmi u schodišťového prostoru na požadovanou hmotnostní vlhkost. Pro hodnocení vlhkosti je využita klasifikace dle ČSN 73 0610, uvedená v následující tabulce. Tab. 1 Vlhkostní klasifikační třídy Hodnocení vlhkosti Vlhkost zdiva (% hm.) Velmi nízká <3 Nízká 3-5 Zvýšená 5-7,5 Vysoká 7,5-10 Velmi vysoká >10 2.2 Vysoušení Po odstranění vnitřních omítek a provedení dodatečných hydroizolačních zásahů bylo zahájeno s vysoušením stěn. Počátek vysoušení proběhl v měsíci října 2013. V průběhu května a června roku 2013 byly v obou místnostech instalovány kondenzační vysoušeče, které byly ještě později doplněny výkonnými teplovzdušnými ventilátory. Za dobu 8 týdnů bylo dosaženo pouze

částečného snížení vlhkosti zdiva (viz tab. 1). Což byly stále hodnoty značně vzdálené požadavkům investora. Obecně můžeme konstatovat, že rychlost vysoušení jakéhokoliv předmětu je ovlivňována mnoha faktory a to: - povrchovou vlhkostí vysoušeného materiálu; - relativní vlhkostí vzduchu těsně u vysoušené plochy; - povrchovou teplotou materiálu; - schopností vysoušeného tělesa rychle transportovat vlhkost do sušších míst, to znamená z vlhkého; -jádra k méně vlhkému povrchu. Pro docílení odstranění vlhkosti se v praxi používá celá řada aplikací. U všech standardně používaných metod, se jedná o odstranění vody formou odpařování. Při použití kondenzačních vysoušečů je příčinou urychlení snížení relativní vlhkosti vzduchu při udržení konstantní teploty. Při použití teplovzdušných ventilátorů dochází k ohřátí povrchové vrstvy vysoušené hmoty, včetně vody v ní obsažené a v důsledku vyšší teploty vzduchu i k výraznému poklesu jeho relativní vlhkosti. Při vysoušení pomocí topných tyčí je prohříván celý masiv například zdiva, včetně obsažené vody. Samostatnou kapitolou je mikrovlnná technologie. Energie elektromagnetických vln je pohlcována molekulami vody, kterým svoji energii předává. Dochází tedy k přeměně na energii kinetickou a zrychlením pohybu molekul (Brownův pohyb) následně na energii tepelnou. Výsledkem je ohřev vody, neboli k tepelné roztažnosti kapalin, vody ve zdivu. K ohřevu masivu zdiva dochází teprve sekundárně. Hloubka průniku mikrovln je tedy závislá na obsahu vody v povrchových vrstvách. 91

Postupným snižováním vlhkosti se zvětšuje hloubka jejích průniků záření. Mimo výrazného zvýšení teploty vody, především na povrchu vysoušeného materiálu zde působí ještě jeden faktor. A to je tlak, způsobený zvětšováním objemu ohřívané vody.

10 minut, aby bylo možné celou požadovanou plochu ozářit za jednu pracovní směnu. Vzduch o zvýšené relativní vlhkosti byl z vysoušených prostor nuceně odváděn pomocí potrubního ventilátoru AMC 100 do vnějšího prostředí.

Při zvyšování teploty pozorujeme u většiny kapalin zvětšení jejich objemu Teplotní roztažnost vody se hodnotí vzorcem: V=V1 * (1 + β ∆t)

(1) Obr.2 Vysoušení zdiva mikrovlnnými generátory

kde: V ... objem kapaliny po zahřátí V1 ... počáteční objem kapaliny (při teplotě t1) ∆t = t - t1 ... rozdíl teplot β ... teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin (βkapalin > βpevných látek) např.: při 20°C βvoda = 1,8 · 10-4 K-1 Po zvážení možností jednotlivých metod a s přihlédnutím k nutnosti co nejdříve dosáhnout požadovaných hodnot, byla vybrána mikrovlnná technologie. 2.3 Průběh vysoušení Celý průběh nejlépe demonstrují údaje naměřené v nejvíce vlhkém prostoru. A to v místnosti A. kontrolní měření byla prováděna na obvodové stěně tl. 1200 mm, z plných cihel, kladených na vápenocementovou maltu. Pro vysoušení zdiva v tomto prostoru byly vyčleněny 4 ks přístrojů MB elektronic o příkonu 1200 W a vyzařovaném výkonu 850W. Směrové antény měly tvar lomeného komolého jehlanu s úsťovou velikostí 200 x 200 mm. Doba působení mikrovlnné energie byla stanovena na

Obr.3 Termovizní snímek ozařovaného zdiva 2.4 Měření vlhkosti Měření vlhkosti zdiva bylo prováděno přístrojem MOIST 210B, za pomoci sond pro měření v hloubkách 40, 70, 110 a 300 mm. Měřicí přístroj MOIST 210B umožňuje určit vlhkost materiálů do hloubky maximálně 300 mm. Proces vysoušení byl kontrolovatelný pouze v této hloubce. Není proto možné vyhodnotit celkové množství vody, které bylo z masivu kontrolovaného zdiva odstraněno. Na základě průzkumu bylo vybráno a přesně označeno 6 nejvlhčích míst v různých částech a výškách kontrolní stěny. 92

Na nich pak bylo zjišťováno, jak probíhá vlastní proces vysoušení v různých hloubkách. Kontrolní měření bylo prováděno 2x denně. První vždy ráno, před zahájením vysoušení a druhé 30 minut po ukončení ohřevu daných míst. Namátkově byla kontrolována také jejích povrchová teplota těsně po ohřevu. Při vyhodnocování naměřených dat byly zjištěny rozdíly v průběhu vysoušení kontrolních míst. Proto s ohledem na co největší objektivitu, byly z hodnot získaných u 6 kontrolních míst zprůměrovány.

mm. • při chladnutí zdiva a vydýchávání vlhkosti z jejího povrchu docházelo současně i k transportu vlhkosti z hloubek na okraj. Vlhkost zdiva v hloubkách 40 a 70 mm byla, mimo poslední měření vyšší po vychladnutí, než předchozí den po ozáření. Současně s tím ovšem klesala vlhkost v hloubkách 110 a 300 mm.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE

PODĚKOVÁNÍ

Vlhkost v %

Průběh vysoušení zdiva

Výchozí hodnoty 2.den po vysoušení 5.den po vysoušení

Hloubka v mm

Konečné hodnoty

Obr.1 Průběh eliminace ve zdivu

4. ZÁVĚR Z výsledků měření uvedených je patrné: • po prvních dvou cyklech ozařování došlo ke snížení vlhkosti především v podpovrchových vrstvách a to do hloubky 110 mm. • důvodem byl omezený průnik energie mikrovln, která byla pohlcena velkým množstvím vody v tomto prostoru. • v době přerušení vysoušení na dva dny došlo k výraznému vyrovnání hodnot vlhkosti, mezi povrchem a hloubkou 300 mm i k celkovému znatelnému snížení množství vody. • od pátého dne (třetího cyklu vysoušení) byl průnik mikrovlnné energie výrazně hlubší a docházelo k ohřátí vody i v hloubkách okolo 300

Při kondenzačním vysoušení ovšem bylo dosaženo pouze částečného snížení vlhkosti zdiva a to především v povrchových vrstvách.

Prezentované výsledky byly získány za podpory GAČR P104/10/P388 „Experimentální analýza účinnosti mikrovlnného záření při likvidaci biologických činitelů způsobujících korozi stavebních materiálů“.

LITERATURA SOBOTKA, J. Účinnost likvidace biotických škůdců prostřednictvím mikrovlnného záření. In Sborník anotací Juniorstav 2012. Brno, VUT v Brně, Fakulta stavební. ISBN 978-80-214-4393-8. SOBOTKA, J; SUHAJDA, K. Likvidace biotických škůdců prostřednictvím EMW záření. Junior Forensic Science Brno 2012 – JuFoS. Vysoké učení technické v Brně, Ústav soudního inženýrství, Údolní 244/53, 602 00 Brno. ISBN 978-80-214-4485-0. PTÁČEK, P.: Ochrana dřeva v dřevostavbách, Podlahy a povrchové úpravy ve stavebnictví 2012, Betonconsult, s.r.o. REINPRECHT, L.: Ochrana dřeva, TU Zvolen, 2008

Vliv zjednodušení geometrie modelu v tepelně-technických výpočtech. Soudek, P.,* Kalousek, L.** *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : soudek.p@fce.vutbr.cz ** Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : kalousek.l@fce.vutbr.cz Klíčová slova: šikmá střecha; nadkrokevní systém zateplení; přesah střechy; tepelně-technické posouzení; zjednodušení geometrie; teplotní faktor vnitřního povrchu

1. ÚVOD Při tepelně-technických výpočtech je často využíváno různých zjednodušení výpočetního modelu, která mají za následek odchýlení výsledných vypočítaných hodnot od reality. K těmto zjednodušením se přistupuje především ze dvou důvodů. V tom lepším případě je to proto, že jejich vliv na výslednou hodnotu je zcela zanedbatelný a jediným důsledkem je usnadnění daného výpočtu a úspora času. V některých případech je ale z různých důvodů (omezení výpočtových programů, nedostatečné znalosti uživatelů, atd.) nutné přistoupit k takovým úpravám a předpokladům, které mohou výsledné hodnoty ovlivnit i výraznějším způsobem. Tento příspěvek se zabývá druhým typem zjednodušení, kterým je idealizace geometrie výpočetního modelu a zkoumá její vliv na tepelně-technické výpočty a na jejich přesnost. V tomto případě byl tento vliv posuzován na detailu přesahu šikmé pultové střechy s nadkrokevním systémem zateplení. Přesah zde byl tvořen průběžnou dřevěnou krokví prostupující z interiéru do exteriéru.

2. MATERIÁL A METODIKA Analyzované zjednodušení geometrie spočívalo v úpravě sklonu střešní roviny s původním sklonem 17° tak, aby bylo detail

možné proložit soustavou pravoúhlých os. Střešní rovina upraveného modelu tak svírala se svislou konstrukcí obvodového pláště pravý úhel, jak ukazuje Obr. 1. Střešní konstrukce byla zateplena PIR deskami tloušťky 160mm položenými na palubkovém bednění. Obvodová stěna byla z pórobetonového zdiva tloušťky 250mm se 120mm zateplení z fasádního EPS.

Obr. 1. Provedené zjednodušení detailu štítového přesahu pultové střechy: vlevoskutečná geometrie; vpravo- zjednodušená geometrie. Uvedená zjednodušení jsou nezbytná pro výpočty v programech, které umožňují zadání pouze pravoúhlých detailů (např. Cube3D). Pro ověření míry vlivu tohoto geometrického zjednodušení na výsledné hodnoty byl využit program ANSYS, ve kterém byly obě varianty, jak reálná tak zjednodušená, namodelovány. Vliv zjednodušení byl posuzován u hřebenového 94

přesahu pultové střechy, kde se dalo očekávat, že provedené zjednodušení nebude na stranu bezpečnou. Porovnávány pak byly především minimální teploty na průběžné krokvi v interiéru, a hodnoty tepelného toku detailem. Do tohoto tepelného toku nebyly započítávány tepelné toky plochami konstrukcí střechy a stěny. Jedná se tedy v podstatě o součet lineárního a bodového činitele prostupu tepla modelovaným detailem, kde lineární vazbu tvoří napojení střechy na obvodovou stěnu a tu bodovou prostupující krokev. Pro získání lepší představy o vlivu sklonu střešní roviny na změnu hodnot sledovaných parametrů byl detail namodelován i se sklonem střešní roviny 35°. Při výpočtech bylo postupováno dle ČSN [1],[2], které uvádí postupy pro výpočty a posouzení tepelných mostů.

V případě sklonu střešní roviny 35° by tento rozdíl byl 0,57W. Při použití hodnot ze zjednodušeného výpočtu by se tedy započítalo pouze 77% (respektive 64%) skutečného tepelného toku tepelnými vazbami. Rozdíl v minimální povrchové teplotě na krokvi v interiéru pak byl téměř 0,6°C pro variantu o sklonu 17° a 1,25°C pro sklon 35°. Tato hodnota sice odpovídá pouze necelým 1,7% (resp. 3,5%) rozdílu vnitřní a venkovní teploty, ale i tento rozdíl by mohl ovlivnit splnění normativního požadavku na teplotní faktor vnitřního povrchu, což je třeba mít na vědomí.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE V rámci posouzení vybraných detailů v programu ANSYS viz [3], se podle očekávání zjistilo, že model s reálnou geometrií vychází z důvodu ostřejšího úhlu, který svírá konstrukce stěny a střechy, méně příznivěji. Výsledky těchto posouzení jsou uvedené v Tab. 1. Tab. 1 Porovnání výsledků šikmého a zjednodušeného modelu v programu ANSYS Tepelný Model tok detailem [W] Kolmý 1,01 Šikmý - 17° 1,32 Šikmý - 35° 1,58 Rozdíl 1 0,31 Rozdíl 2 0,57

Min. tep. na krokvi v int. [°C] 17,28 16,69 16,03 0,59 1,25 Obr. 2. Porovnání průběhů teplot mezi modelem s reálnou geometrií a zjednodušeným modelem.

Na základě provedených výpočtů se například ukázalo, že skutečný tepelný tok detailem se sklonem střešní roviny 17° je o 0,31W vetší než ve zjednodušeném detailu. 95

Sklon střechy [°]

Rozdíl 0,6°C znamená pro okrajové podmínky 20,6°C pro interiér a -15°C pro exteriér změnu teplotního faktoru vnitřního povrchu cca 0,017. Při pohledu na vývoj odchylek mezi výsledky modelů s reálnou a zjednodušenou geometrií lze vidět, že ve zkoumaném rozmezí (0-35°) je nárůst chyby téměř lineární (viz Obr. 3). 40 30

případem je například právě detail posuzovaný v tomto příspěvku, u kterého se svíraný úhel mezi konstrukcí stěny a střechy vlivem zjednodušení zvětšoval. V takových případech je nutné zvážit další opatření, kterými může být konstrukční změna detailu, po které budou požadavky norem bezpečně splněny, nebo popřípadě ověření detailu přesnějším, nezjednodušeným výpočtem. V opačném případě, kdy je zjednodušení na stranu bezpečnou jsou výpočty použitelné vždy, někdy však za cenu ne zcela ekonomického návrhu.

LITERATURA

10 0 0

0,25

0,5

0,75

1,25

1,5

Chyby výpočtu [W]/[°C] Chyba ve výpočtu tepleného toku [W] Chyba ve výpočtu min. teploty [°C]

Obr. 3. Graf předpokládaného vývoje chyby výpočtu v závislosti na sklonu střechy.

4. ZÁVĚR Porovnání obou analyzovaných přístupů ukázalo, že provádět podobná zjednodušení je za určitých podmínek možné. Zvýšenou pozornost je ovšem nutné věnovat případům, kdy prováděná zjednodušení geometrie nejsou na stranu bezpečnou a normové požadavky (např. na teplotní faktor vnitřního povrchu) byly splněny pouze s malými rezervami. Takovým

[1] ČSN EN ISO 10211, 2009. Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Tepelné toky a povrchové teploty – Podrobné výpočty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. [2] ČSN 73 0540-2, 2011. Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. [3] SOUDEK, Pavel. Teplotně-vlhkostní posouzení prvků krovu s nadkrokevním systémem zateplení. Brno, 2014. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství. Vedoucí práce Ing. Lubor Kalousek, Ph.D.

Hnací síly přirozené ventilace Svobodová, S.* *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : svobodova.s@fce.vutbr.cz Klíčová slova : přirozená ventilace; komínový efekt; windcatcher; solar chimney

1. ÚVOD V poslední době se opět přistupuje k využívání přirozené ventilace k větrání a chlazení budov. Velká výhoda spočívá ve snížení energetické náročnosti a v nižších nárocích na technické zařízení budov. Při projektování budovy, využívající přirozenou ventilaci pro řízené větraní, je s tímto třeba počítat již v rané fázi návrhu. Řadou stavebně dispozičních opatření lze výrazným způsobem ovlivnit efektivitu větrání, např. umístěním nasávacích otvorů na návětrnou stranu, vhodnou orientací budovy ke světovým stranám. Důležité je i uspořádání místností, tak aby přiváděný vzduch procházel nejprve místnostmi s vyššími nároky na kvalitu vzduchu (obytné a pobytové místnosti) a dále pak chodbami či podružnými místnostmi, než zcela opustí budovu. Nepostradatelnou součástí návrhu, hlavně u budov větších rozměrů, jsou výpočty a modelování. Je využíváno co nejpřesnějších modelů zahrnujících tepelné chování budovy a proudění v ní, aby mohla být optimalizována distribuce vzduchu v budově a zaručen tepelný komfort. Vhodným programem je například EnergyPlus.

2. MATERIÁL A METODIKA 2.1 Principy pohybu vzduchu Základním mechanismem vyvolávajícím pohyb vzduchu je jeho teplotní rozdíl, tedy rozdíl hustoty vzduchu. Teplý vzduch s malou

hustotou stoupá vzhůru, naopak studený vzduch o větší hustotě klesá dolů. Typickým jevem je tzv. komínový efekt, který nastává v uzavřeném prostoru s dolním přívodem vzduchu a horním odvodem. Důležitou roli hrají i okrajové podmínky, teplota venkovního vzduchu. Je-li teplota vzduchu v interiéru vyšší než venkovní teplota, pak se teplý vzduch v interiéru hromadí v horní části budovy, tj. v podkroví, kde vzniká přetlak. Působením zvýšeného tlaku na obvodový plášť dochází k únikům teplého vzduchu pootevřenými okny a přes netěsnosti v konstrukci. Odvedený teplý vzduch vytvořil prostor pro původně níže položenou chladnější vrstvu, která se mezitím ohřála. Tímto postupným přemísťováním vzduchových vrstev směrem vzhůru vzniká ve spodní části budovy podtlak, který má přirozeně tendenci se vyrovnat s okolním prostředím a nastává nasávání vzduchu z exteriéru opět přes netěsnosti v konstrukcích či okny. V letním období, kdy je venkovní teplota vzduchu vyšší než vnitřní, se mechanismus obrací. Teplý vzduch se i v tomto případě zdržuje v podkroví a chladný v přízemí, ten má ale tendenci unikat do venkovního prostředí a uvolňuje prostor pro příliv teplého vzduchu z horního podlaží. Ani jedna ze zmíněných variant není žádoucí, protože způsobuje větší tepelné ztráty objektu v prvním případě a urychlení prohřátí interiéru v druhém případě. Obě situace jsou uvažovány za bezvětří a pohyb vzduchu je způsoben pouze stoupáním teplého 97

vzduchu.

Obr. 1 Proudění vzduchu vlivem rozdílných teplot 2.2 Možnosti zefektivnění Nejvýznamnějším faktorem ovlivňujícím přirozenou ventilaci je vítr. V okamžiku dokáže otočit výše popsané letní schéma. Na základě znalostí větrných poměrů lokality lze navrhnout účinné větrání i chlazení objektu pouze s využitím přirozené ventilace. S rostoucí výškou nad zemí roste i rychlost proudícího vzduchu, proto je vhodné umísťovat odváděcí otvory co nejvýše, aby sání vzduchu podpořilo vznikajícím podtlakem výměnu vzduchu v budově. Přiváděcí otvory se umísťují na návětrnou stranu a co nejníže, aby byla budova provětrávána po celé své výšce. Má-li větrání sloužit zároveň pro chlazení vnitřního prostředí, existují způsoby, kterými přiváděný vzduch ochladit: • umístění přívodních otvorů na severní stranu; • přiváděný vzduch nechat proudit nad vodní hladinou; • zastínění prostoru před přívody vzduchu např. vzrostlou vegetací; • přívod vzduchu realizovat podzemním potrubím. 2.3 Windcatcher Tzv. windcatchers jsou doslovně „chytače větru“. Jedná se o vysoké komínové šachty přivádějící čerstvý chladný vzduch z vyšší nadzemní polohy. Existuje větší množství typů lišících se polohou přívodních a odváděcích

otvorů a jejich nadzemní výškou. Této technologie bylo využíváno již ve starověkých civilizacích pro zpříjemnění vnitřního mikroklimatu budov. Dodnes se windcatchers vyskytují v suchých pouštních oblastech s převládajícími větry a vysokými denními teplotami, především v arabských zemích v pásu táhnoucím se od Pákistánu až po Severní Afriku. Pro každou oblast je typický jiný druh windcatcheru, dle místních klimatických podmínek. Některé mohou sloužit pouze pro odvod vzduchu.

Obr. 2 Windcatchers v Iránu Prostor větrací šachty je uvnitř členěn na menší průduchy z důvodu zvýšení tahu, viz obr. 3. Tento systém přirozené ventilace je účinný i při nízkých rychlostech větru, protože využívá též přirozeného vztlaku vzduchu. Během denní doby se rychlost a směr proudění v šachtách mění, dle rychlosti okolního větru, teploty venkovního vzduchu a teploty stěn šachty.

Obr. 3 Windcatcher – vnitřní členění 98

Svou roli má i tepelně akumulační hmota komínů. V průběhu dne, kdy venkovní teplota vzduchu dosahuje okolo 37 °C se teplo vzduchu proudícího skrz windcatcher akumuluje do jeho stěn, a během noci se vyzáří vlivem sálání s noční oblohou. Často bývá kombinován s dalším způsobem chlazení – přiváděný vzduch proudí nad vodní nádrží, která se nachází v suterénu nebo na úrovni terénu větraného objektu. Kromě interiérů budovy lze obdobným systémem chladit i venkovní prostředí – nádvoří, atria či veřejná prostranství, viz obr. 4.

Obr. 4 Windcatcher pro venkovní prostor, Masdar

2.4 Solar chimney V oblastech s horkým podnebím, s vysokým podílem slunečních dnů a bez výskytu větru se využívá tzv. solar chimneys. Systém je funkční i v oblastech s vysokou relativní vlhkostí vzduchu, kde je jinak přirozený vztlak vzduchu narušen vysokým podílem vlhkosti a proudění je výrazně nižší. Solar chimney pracuje na principu komínového efektu, základem je šachta, která je během dne ohřívána slunečními paprsky a tím je maximalizován rozdíl teplot vzduchu uvnitř šachty a vzduchu v objektu. V dolní části šachty je zajištěn přívod vzduchu propojením s interiérem objektu, ze kterého je zároveň tímto způsoben odváděn teplý a znečištěný vzduch. Čerstvý vzduch je přiváděn do objektu na zastíněné straně, tak aby byl co nejchladnější. Případně může být chlazen zeminou, je-li přívod realizován podzemním potrubím. Tento systém větrání se využívá i u staveb krytých zeminou, viz obr. 6. Ve stropě je umístěn světlík tmavé barvy (pro zvýšení teplotního rozdílu) a přívod vzduchu je zajištěn ve spodní části fasády s okny, případně může být v kombinaci s podzemním přívodem vzduchu.

Tato technologie se dnes již nevyskytuje jen jako součást tradičního lidového stavitelství v arabských zemích, ale zaznamenala velký rozmach celosvětového měřítka v moderním stavitelství z důvodu dobré funkčnosti a zanedbatelných provozních nákladů oproti strojnímu chlazení a nucenému větrání.

Obr. 6 Solar chimney v domě krytém zeminou

Obr. 5 Windcatcher – moderní ztvárnění

Vzduchové šachty mohou nabývat různých podob, bývá přistavěna k objektu z osluněné strany nebo ční nad střechu v centrální části. Nejběžnější variantou solar chimney u jednopodlažních domů je věžová stavba 99

přiléhající k objektu, viz obr. 7, u vícepodlažních staveb je upřednostňována nástřešní varianta. Podzemní objekty jsou řešeny též nástřešní variantou, která je umístěna na přilehlém terénu. Barva i materiál tělesa šachty bývají voleny s ohledem na pohltivost slunečních paprsků a akumulační schopnosti. Proto se často vyskytují v tmavých barvách nebo bývají kamenné, ale také v kombinaci se zasklením.

Obr. 8 Solar chimney – princip výměny vzduchu

Obr. 7 Solar chimney – věžové varianty Další variantou je tzv. Trombeho stěna. Spočívá ve vytvoření skleněné předstěny před obvodovou stěnou. Je-li tato silně vyhřívaná vzduchová vrstva ve spodní části propojena s interiérem a v horní části je umístěn odvod vzduchu do venkovního prostředí, pak opět způsobuje vysávání vzduchu z interiéru budovy. V zimním období se slunečnými dny naopak přispívá k vyhřívání objektu. Pro zimní režim jsou vyžadovány klapky mezi vzduchovou vrstvou a interiérem také v horní části, propojení s exteriérem je zaslepeno. Tento systém byl vynalezen americkým zoologem E. Morsem a patentován v roce 1881. V 60. letech 20. století byl zdokonalen francouzským inženýrem F. Trombem. Z počátku bylo těchto předstěn využíváno pouze pro pasivní ohřev interiéru, později také pro jejich chlazení.

2.5 Referenční budovy Přirozené ventilace lze využívat k větrání a chlazení také u moderních výškových budov. Na budově od architekta Fostera The Gherkin v Londýně je použito systému Trombeho stěny. Prostor mezi dvěma prosklenými fasádami je užíván k vyhřívání i chlazení. Po obvodu budovy je rozmístěno šest spirálovitých větracích šachet.

Obr.9 The Gherkin, Londýn, Velká Británie Také Mode Gakuen Spiral Towers, budova vysoká 170 m, využívá přirozené ventilace na principu dvojitých prosklených fasád.

100

výškovým rozdílem. Některé větrací systémy využívají obou způsobů větrání. Větrací systém lze navrhnou otevřený či s použitím potrubních rozvodů. Vícepodlažní objekty mohou mít nasávací otvory jen ve spodní části a pomocí rozvodů je čerstvý vzduch přiveden do všech místností nebo jsou přívody navrženy pro každé podlaží samostatně. Odvod vzduchu bývá řešen jako společný jednou centrální šachtou, obr. 12. Obr. 10 Mode Gakuen Spiral Towers, Nagoya, Japonsko Obytná budova The Met Tower v Thajsku využívá pouze přirozenou ventilaci – křížové větrání a navzdory místnímu teplému klimatu nevyžaduje klimatizaci.

Obr. 12 Přirozené větrání vícepodlažní budovy Obr. 11 The Met Tower, Bangkok, Thajsko

Přirozené větrání fungující na rozdílu tlaku vzduchu:

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Větrací systémy typu solar chimney pracují na principu přirozeného vztlaku vzduchu, tj. na rozdílech parciálních tlaků vzduchu v ohřívané vzduchové šachtě a v interiéru budovy, viz (1). Princip není závislý na výskytu větru. Oproti tomu systémy windcatcher jsou závislé na výskytu větru. Právě vítr na odváděcích otvorech vytváří podtlak, kterým je vysáván vzduch z interiéru, je nazýváno také Bernoulliho principem. S rostoucí nadzemní výškou se zvyšuje i rychlost proudění okolního větru. V obou případech je důležité umístění přiváděcích a odváděcích otvorů s maximálním

#$ = % ∙ '()* − (), - ∙ ℎ

(1)

dp – tlakový rozdíl vzduchu v šachtě a interiéru; g – tíhové zrychlení; ρai – hustota vzduchu v nasávacím otvoru; ρae – hustota vzduchu v šachtě (v určité výsče); h – výškový rozdíl. Tlakový rozdíl má přímý vliv na rychlost proudění vzduchu v šachtě:

101

1∙23

/ = 04∙5∙678 9∑ ;∙<78

(2)

v – rychlost proudění vzduchu v šachtě; f – součinitel tření; l – délka šachty; dh – vnitřní průměr šachty; k – součinitel ztrát.

4. ZÁVĚR V dnešní době, kdy ceny energií jsou vysoké a dá se předpokládat jejich další zvyšování, jsou hledány způsoby jak snížit energetickou náročnost staveb. Výraznou úsporu provozních nákladů představuje nahrazení nuceného větrání přirozenou ventilací. Ta v mnoha případech dokáže nahradit i strojní chlazení. Proto se těchto alternativních systémů užívá čím dál častěji a stává se součástí ekologického stavění a udržitelné výstavby.

LITERATURA Saadatian, O.; Haw, L. C.; Sopian, K.; Sulaiman, M. Y. Review of windcatcher technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, April 2012, vol. 16, is. 3, pp. 1477-1495. ISSN 1364-0321 Bahramzadeh, M.; Sadeghi, B.; Rou, S. A Comparative Study to Compare the Wind Catcher Types in the Architecture of Islamic Countries. Journal of Basic and Applied Scientific Research, 2013, vol. 3, is. 2s, pp. 312-316. ISSN 2090-4304 Zhai, Z. J.; Johnson, M.-H.; Krarti, M. Assessment of natural and hybrid ventilation models in whole-building energy simulations. Energy and Buildings, September 2011, vol. 43, is. 9, pp. 2251-2261. ISSN 0378-7788 Maerefat, M.; Haghighi, A. P. Passive cooling of buildings by using integrated earth to air heat exchanger and solar chimney. Renewable Energy, October 2010, vol. 35, is. 10, pp. 2316-2324. ISSN 0960-1481

102

Vliv vlhkosti na tepelně technické vlastnosti zatepleného zdiva Špás L. * *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : spas.l@fce.vutbr.cz Klíčová slova: tepelně technické vlastnosti, stavební konstrukce, objemová hmotnost, vlhkost, součinitel tepelné vodivosti

1. ÚVOD Při tepelně technických výpočtech souvisejících s navrhovaným objektem, případně při posuzování stavebních konstrukcí, se vychází především z fyzikálních vlastností materiálů zabudovaných v jednotlivých konstrukcích. Mezi tyto vlastnosti patří zejména objemová hmotnost, vlhkost, tepelná vodivost a měrná tepelná kapacita. Při posuzování těchto vlastností je třeba znát podmínky, za kterých bývají stanoveny, ale i podmínky, ve kterých bude materiál zabudovaný. Hodnoty tepelně technických vlastností nových stavebních materiálů se zjišťují především z měření v laboratořích a pouze výjimečně z měření na zabudovaných konstrukcích. Z experimentálních měření lze dokázat, že tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů nejsou konstantní veličiny, ale závisí na mnoha proměnných parametrech. Pokud je používáme jako konstantní veličiny, celý proces zjednodušujeme s předpokladem, že výstupy platí v určitém intervalu aplikace a v některých případech dokonce znehodnocujeme. Neboť ani ten nejlepší materiál se v praxi v ideálním suchém stavu téměř nevyskytuje.

2. TEPELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI DLE ČSN 730540 Návrhové hodnoty určitých vlastností stavebních materiálů, jsou stanoveny pro

nejméně příznivé zabudování do stavební konstrukce tak, aby byl zajištěn bezpečný návrh. V souladu s ČSN 730540 - Tepelná ochrana budov se návrhové vlastnosti stavebních materiálů určují následujícími způsoby: • přímým odečtením z tabulek fyzikálních vlastností. V případě součinitele tepelné vodivosti je tento způsob využitelný pro ověřování stavebních konstrukcí namáhaných běžným vnitřním prostředím. • výpočtem hodnot na základě charakteristických a normových hodnot veličin a hodnot podmínek působením zi. Význam tohoto postupu je v tom, že při zachování dostatečné bezpečnosti návrhu je zaručeno optimální řešení konstrukcí a budov, které odpovídá vlastnostem materiálu či způsobu zabudování stavebního materiálu do konstrukce. • odečtením parametrů získaných certifikací výrobků.

3. ANALÝZA VZORKŮ V rámci analýzy si porovnáme tři vzorky odebrané z různých obvodových konstrukcí, které byly porušeny kondenzací vodní páry vně materiálu nebo vlhkostí, která se do konstrukce dostala kapilární vzlínavostí nebo jiným způsobem. Na takto porušeném vlhkém zdivu si zhodnotíme rozdíl v hodnotách součinitele 103

tepelné vodivosti suchého a vlhkého materiálu. 3.1 Výpočet součinitele tepelné vodivosti pro vnitřní stěny a) Výpočet návrhové hodnoty součinitele tepelné vodivosti λu,i stavebních materiálů pro vnitřní konstrukce, ve kterých nedochází ke kondenzaci vodní páry a které jsou ve styku s vnitřním prostředím s částečným tlakem vodní páry pvi ≤ 1491Pa, se stanoví ze vztahu: (1) λ u ,i = λ k λu,i - návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti [W/(m.K)] stavebních materiálů či výrobků pro vnitřní konstrukce, ve kterých nedochází ke kondenzaci vodní páry a které jsou ve styku s vnitřním prostředím s částečným tlakem vodní páry pvi ≤ 1491 Pa λk - charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti odvozená pro charakteristickou hmotnostní vlhkost u23/80 popřípadě určená přímo ze sloupce 7 tab. A1. (ČSN 730540-3) b) Výpočet návrhové hodnoty součinitele tepelné λu,i stavebních materiálů pro vnitřní konstrukce, ve kterých dochází / nedochází ke kondenzaci vodní páry a které jsou ve styku s vnitřním prostředím s částečným tlakem vodní páry pvi ˃ 1491Pa, se stanoví ze vztahu: λu = λ k ⋅ [1 + z1 ⋅ Z u ⋅ ( z 2 + z 3 )] (2) λk – charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti Zu - vlhkostní součinitel materiálu; viz sloupec 6, tabulka A1 z1 - součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce, kde dochází ke kondenzaci vodní páry, viz tabulka A.7 z2 - součinitel materiálu, viz tabulka A.8 z3 - součinitel způsobu zabudování materiálu do stavební konstrukce viz tabulka A.9 3.2 Výpočet součinitele tepelné vodivosti pro vnější stěny a) Návrhová hodnota součinitele tepelné

vodivosti stavebních materiálů a výrobků λu,i pro vnější konstrukce se stanoví ze vztahu (2) pro odpovídající hodnoty součinitele podmínek působení z1, z2, z3. b) Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λk stavebních materiálů a výrobků pro vnitřní i vnější stavební konstrukce, pro okamžitou hmotnostní vlhkost materiálu uexp ve stavební konstrukci nebo odhadnutá hodnota návrhové vlhkosti stavebního materiálu uu v % se stanoví ze vztahu: λu = λ k ⋅ [1 + z1 ⋅ Z u ⋅ z 23 ] (3) λk, Zu – viz vztah (2) z23 - sdružený součinitel podmínek působení (součinitel materiálu a způsobu zabudování materiálu ve stavební konstrukci), který se stanoví ze vztahu: z 23 = u exp − u 23 / 80 , popř. z 23 = u u − u 23 / 80 (4) uexp - okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti stavebního materiálu odebrána ze stavební konstrukce v % u23/80 - charakteristická hmotnostní vlhkost uu - odhad návrhové hodnoty hmotnostní vlhkosti

4. VÝSLEDKY Z laboratorních měření byly u každého odebraného vzorku přesně zjištěny základní charakteristiky jako objemová hmotnost, hmotnost zavlhlého vzorku a hmotnost suchého vzorku pro zdivo, tepelnou izolaci a omítku. 4.1 Vzorek č. 1 Vzorek byl odebrán z obvodového zdiva vyzděného z cihel plných pálených tloušťky 500mm na maltu vápenocementovou, omítnutého z obou stran vápenocementovou omítkou 20mm. Z exteriérové části byla omítka osekána a zdivo bylo v roce 2001 dodatečně zatepleno deskami z minerální vlny tloušťky 140mm.

104

Tab. 1 Přehled hodnot λu zdiva z CPP Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,840

pvi ˃ 1491 Pa

1,143

pvi ≤ 1491 Pa

1,235

pvi ˃ 1491 Pa

1,487

Tab. 4 Přehled hodnot λu zdiva z CDm Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

Tab. 2 Přehled hodnot λu vápenocementové omítky Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,990

pvi ˃ 1491 Pa

1,093

pvi ≤ 1491 Pa

1,453

pvi ˃ 1491 Pa

1,739

pvi ≤ 1491 Pa

0,056

pvi ˃ 1491 Pa

0,062

pvi ≤ 1491 Pa

0,069

pvi ˃ 1491 Pa

0,082

4.2 Vzorek č. 2 Vzorek byl odebrán z obvodového zdiva rodinného domu tloušťky 390mm vyzděného z cihel CDm na maltu vápenocementovou, omítnutého z vnitřní strany vápenocementovou omítkou 15mm. Zdivo objektu bylo dodatečně zatepleno kontaktním zateplovacím systémem z desek z minerální vlny v tloušťce 120mm v roce 2005.

0,690

pvi ˃ 1491 Pa

0,622

pvi ≤ 1491 Pa

0,748

pvi ˃ 1491 Pa

0,863

Tab. 5 Přehled hodnot λu vápenocementové omítky Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

Tab. 3 Přehled hodnot λu minerální vlny Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,990

pvi ˃ 1491 Pa

1,093

pvi ≤ 1491 Pa

1,295

pvi ˃ 1491 Pa

1,503

Tab. 6 Přehled hodnot λu minerální vlny Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,039

pvi ˃ 1491 Pa

0,040

pvi ≤ 1491 Pa

0,043

pvi ˃ 1491 Pa

0,045

4.3 Vzorek č. 3 Vzorek byl odebrán z obvodového zdiva rodinného domu tloušťky 425mm vyzděného z cihel Porotherm 40 P+D na maltu vápenocementovou. Zdivo bylo omítnuto vápenocementovou maltou tloušťky 15mm. Zdivo bylo v roce 2008 dodatečně zatepleno tepelnou izolací EPS 70F tloušťky 100mm.

105

Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,140

pvi ˃ 1491 Pa

0,144

pvi ≤ 1491 Pa

0,148

pvi ˃ 1491 Pa

0,158

Tab. 8 Přehled hodnot λu vápenocementové omítky Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,990

pvi ˃ 1491 Pa

1,093

pvi ≤ 1491 Pa

1,112

pvi ˃ 1491 Pa

1,227

Tab. 9 Přehled hodnot λu EPS 70F Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1] Přímý odečet z ČSN Požadovaný výpočet dle ČSN Výpočet dle ČSN při známé praktické vlhkosti

pvi ≤ 1491 Pa

0,040

pvi ˃ 1491 Pa

0,039

pvi ≤ 1491 Pa

0,039

pvi ˃ 1491 Pa

0,039

5. VYHODNOCENÍ Posoudíme-li součinitel prostupu tepla zabudovaného stavu konstrukce s požadovanými hodnotami ČSN 730540, vzorek č. 1 odebraný ze zdiva z cihel plných pálených jako jediný těmto požadavkům nevyhoví, viz tab. 10. U všech tří vzorků nicméně prokazatelně dochází

ke zhoršení součinitele prostupu tepla, přestože u vzorku č. 3 odebraného ze zdiva Porotherm pouze v řádu tisícin. Tab. 10 Přehled hodnot součinitele prostupu tepla U Vzorek

Tab. 7 Přehled hodnot λu zdiva Porotherm 40P+D Stav Okrajové λu podmínky [W.m-1.K-1]

(W.m-2.K-1)

0,30 0,26 0,18

0,39 0,28 0,18

0,30 0,30 0,30

č. 1 č. 2 č. 3

Us - suchého ustáleného stavu konstrukcí Uv – zabudovaného (zvlhlého) stavu konstrukcí UN - požadované hodnoty ČSN 730540-2

6. ZÁVĚR S jistotou lze konstatovat, že pro stanovení hlavní tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů z hlediska stavební fyziky – součinitele tepelné vodivosti, který přímo úměrně souvisí s hodnotou součinitele prostupu tepla, nelze vlhkost materiálu jednoznačně zanedbat. Výpočtové vztahy však musí dostatečně charakterizovat chování materiálů i při změně dalších faktorů, které tyto tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů ovlivňují.

LITERATURA ČSN 730540. Tepelná ochrana budov JIŘÍ VAVERKA A KOLEKTIV. Stavební tepelná technika a energetika budov. 1. vydání. Brno: nakladatelství VUTIUM, 2006. 648 s. ISBN 80-214-2910-0 KUTÍLEK, M. Vlhkost pórovitých materiálů. 1. vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1984. 211 s. cnb000024155

106

Volba vhodného zasklení a sledování vlivu jeho parametrů Šteffek, L.1, Kalánek, J.2, Ostrý, M.3 1,2,3

Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : 1 steffek.l@fce.vutbr.cz; 2 kalanek.j@fce.vutbr.cz; 3 ostry.m@fce.vutbr.cz Klíčová slova: zasklení; součinitel prostupu tepla; celková propustnost slunečního záření; pasivní dům; měrná potřeba tepla na vytápění; solární zisky; tepelné ztráty; energetická bilance

1. ÚVOD V Evropské unii jsou budovy v současnosti jedním z největších konzumentů energie, protože spotřebovávají přibližně 40 % veškeré energie. Proto je stálou snahou evropských orgánů snižování jejich energetické náročnosti. Směrnice 2010/31/EU [1] přijatá Evropským parlamentem a Radou EU v roce 2010 mimo jiné uvádí, že do konce 2020 mají být v celé EU všechny nově budované budovy koncipovány jako budovy s téměř nulovou spotřebou energie. U takovýchto budov se mimo jiné klade důraz na maximální využití solárních zisků, které velkou měrou ovlivní celkovou měrnou potřebu tepla na vytápění. Zatímco přes 1m2 stěny projde cca 20 W tepla (podle typu konstrukce), přes okenní výplně to může být 200 až 400 W. Proto jsou právě transparentní plochy těmi nejdůležitějšími při získávání solární energie. Velikost solárních zisků je závislá především na celkové propustnosti slunečního záření g, velikosti a orientaci zasklení. Velké prosklené plochy, které sice při vhodné orientaci zajišťují velké solární zisky, jsou ale také nejslabším místem tepelně izolační obálky budovy. Z toho důvodu je vhodné již při rané fázi projektování užívat různých simulačních a výpočetních softwarů pro zjištění nejvhodnějších opatření, která vedou k dosažení co největších úspor energie. Díky počítačovým simulacím můžeme modelovat na objektu různá variantní řešení a nakonec z nich vybrat to nejvhodnější. Proto se tento článek zabývá sledováním

vlivu různých součinitelů prostupu tepla zasklení Ug v součinnosti s celkovou propustností slunečního záření g na měrnou potřebu tepla na vytápění modelového energeticky pasivního domu.

2. MATERIÁL A METODIKA 2.1 Modelový objekt Pro simulaci byl vybrán energeticky pasivní dům v Rapoticích (Obr. 1), který je bez podsklepení založen 250 mm základovou deskou na 200 mm XPS. Plochá střecha je zateplena 350mm EPS a opatřena plechovou krytinou se spádem 6°. Nosná část obvodové stěny je tvořena pórobetonovými tvarovkami Ytong tl. 200 mm, které jsou zatepleny 300 mm šedého polystyrénu. Větrání domu je zajištěno vzduchotechnickou jednotkou s křížovým deskovým výměníkem pro zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu. Konečný dohřev vzduchu je zajištěn instalovanými infrapanely, které jsou umístěny na stropech místností. Doplněny jsou ještě elektrickými topnými žebříky v koupelnách. Větrací vzduch je do jednotky nasáván podle aktuální teploty venkovního vzduchu buď přímo zvenčí, nebo přes zemní výměník tepla, který je z PE potrubí DN 250 mm, 36 m dlouhý a v hloubce 3 m. Teplá voda je připravována v 300 l zásobníku za pomocí elektrického topného tělesa. Energonositelem pro krytí potřeby provozní energie je elektřina. Detailnější popis je v Tab. 1. 107

Obr. 1 Pohled na modelový dům Tab. 1 Technická data objektu Geometrická data Objem stavby (V): Ochlazovaná plocha (A): Poměr A/V: Podlahová plocha: Prosklení fasády:

635,4 m3 458,9 m2

0,72 (-) 139,3 m2 S – 1,4 m2 = 2 % V – 0,2 m2 = 0,4 % J – 15,4 m2 = 19 % Z – 4,9 m2 = 9% Tepelně technické vlastnosti obálky Vnější stěna: U=0,097 W/(m2.K) Podlaha na zemině: U=0,12 W/(m2.K) Střecha: U=0,11 W/(m2.K) Systémy Topení: Infrapanely Účinnost rekuperace: 88% Zemní výměník: Délky 36 m, v hloubce 3 m, DN 250

2.2 Simulační software Jako simulační software byl zvolen nástroj PHPP (Passive House Planning Package) [2] od Passive House Institute v Darmstadt, který je celoevropsky uznávaný a nejpoužívanější pro návrh pasivních domů. Nástroj vychází z výpočtů energetických bilancí složitých dynamických simulací, ale díky zjednodušení se stal relativně snadno ovladatelný s přijatelnou námahou při zadávání vstupních dat. Nástroj používá svůj vlastní nenormový metodický postup výpočtu. V nejnovější verzi PHPP 2007 byla pro české podmínky do tohoto nástroje implementována nová klimatická data, vycházejí z hodnot 40-ti letého průměru (1971 – 2010), která pro účely normy zpracoval v roce 2012

Český hydrometeorologický ústav [3]. Díky této rozšířené databázi klimadat bylo možné vybrat přesnější umístění stavby a to lokalitu Brno-venkov. Při modelování zemního výměníku musíme pro procentuelní hodnotu efektivní účinnosti použít další výpočetní programy, které nám potřebnou hodnotu spočítají. Byl použit program od stejného autora, a to PHluft, který vyčíslil jeho účinnost na 21%. Ve výpočtu je uvažováno vodorovné stínění 1250 mm předsazenou konstrukcí na jižní straně, která má úkol snižovat nadbytečné tepelné zisky v letním období, které by vedly k přehřívání interiéru. Dále se uvažuje u všech oken se stejným okenním rámem šířky 135 mm, se součinitelem prostupu tepla Uf = 0,8 W/(m2.K) a lineárním činitelem prostupu tepla distančního rámečku Ψ = 0,03 W/(m.K). Ve výpočtu jsou provedeny varianty užití zasklení s různými parametry, a to orientačně tak, jak se vyskytují v běžné stavební praxi. Tab. 2 V současnosti běžně vyráběná zasklení Součinitel prostupu tepla zasklení Ug 0,4 W/(m2.K) 0,5 W/(m2.K) 0,6 W/(m2.K) 0,7 W/(m2.K) 0,8 W/(m2.K)

Celková propustnost slunečního záření g ≤ 40 % ≤ 50 % cca 50 – 60 % cca 50 – 70 % cca 50 – 70 %

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Na následujících obrázcích Obr. 2 – Obr. 5 jsou vypočtené celkové roční energetické bilance daných oken k jednotlivým světovým stranám. Různé varianty zasklení jsou rozděleny do pěti skupin podle Ug a ke každé skupině jsou přiřazeny odpovídající propustnosti solárního záření g. Z celkové roční bilance severních oken (Obr.2) je patrné, že všechna zasklení jsou ztrátová. Energeticky nejlepší variantou je v tomto 108

případě zasklení s Ug = 0,4 W.m-2.K-1 a g = 0,4 (-) a nejhorší s Ug = 0,8 W.m-2.K-1 a g = 0,5 (-). Rozdíly mezi jednotlivými variantami jsou ovšem malé a největší činí 38 kWh za rok.

Obr. 2 Celková roční bilance severních oken Na východní straně objektu se nachází pouze jedno malé okno a tudíž je jeho plocha tak nepatrná, že rozdíly mezi jednotlivými variantami jsou mizivé (Obr. 3). Opět se jedná ve všech případech o ztráty, které jsou pro všechny varianty téměř shodné, protože největší rozdíl činí 6 kWh za rok.

Díky velké intenzitě solárního záření, které dopadá na tuto světovou stranu, jsou všechna okna energetickým přínosem objektu a rozdíly mezi jednotlivými variantami jsou velké. Největší rozdíl je 987 kWh/a a to mezi nejhorší variantou s Ug = 0,5 W.m-2.K-1 a g = 0,4 (-) a nejlepší variantou s Ug = 0,7 W.m-2.K-1 a g = 0,7 (-). Na západní straně (Obr. 5) dochází k jevu, že v některých případech jsou větší ztráty oknem než jeho zisky, ale ve většině variant opět solární zisky předčí tepelné ztráty okna a mají tak kladnou energetickou bilanci. Opět je nejvýhodnější variantou zasklení s Ug = 0,7 W.m-2.K-1 a g = 0,7 a rozdíl oproti nejhorší variantě s Ug = 0,8 W.m-2.K-1 a g = 0,5 je 229 kWh za rok.

Obr. 5 Celková roční bilance západních oken

Obr. 3 Celková roční bilance východních oken Na jižní straně už je tomu úplně jinak (Obr. 4).

Obr. 4 Celková roční bilance jižních oken

Díky vyššímu solárnímu faktoru zasklení rostou pochopitelně solární zisky, které kromě snížení potřeby tepla na vytápění mohou mít i negativní vliv a to přehřívání interiéru v létě. Normou ČSN 73 0540-2:2011 + Z1:2012 [4] je požadována maximální teplota vnitřního vzduchu pro nevýrobní objekty 27 °C a tento limit nebyl v případové studii překračován. Míra využití solárních zisků závisí hlavně na tepelně akumulačních vlastnostech objektu. V následujícím grafu (Obr. 6) je vidět, jak s různými variantami parametrů zasklení se pohybuje i měrná potřeba tepla na vytápění objektu. Díky větším solárním ziskům se snižuje potřeba tepla na vytápění. Parametry zasklení mají velký vliv na energetickou bilanci domu, 109

protože při užití v daném případě nejlepší varianty zasklení (Ug = 0,7 W.m-2.K-1 a g = 0,7 (-)) je vypočítaná měrná potřeba tepla na vytápění objektu 16,0 kWh.m-2 a u nejhorší varianty (Ug = 0,8 W.m-2.K-1 a g = 0,5 (-)) je to 23,2 kWh.m-2. Rozdílných 7,2 kWh.m-2 je v případě energeticky pasivního domu obrovské číslo.

Obr. 6 Měrná potřeba tepla na vytápění objektu Z grafu na Obr. 6 se dá dále vyvodit, že celková propustnost slunečního záření g prosklenou plochou, má v tomto případě větší vliv na úsporu energie na vytápění než součinitel prostupu tepla Ug těchto prvků. Důkazem je to, že rozdíly měrné potřeby tepla na vytápění mezi jednotlivými kategoriemi solárních faktorů g v jedné skupině součinitele prostupu tepla Ug jsou cca 3x větší, než rozdíly stejného solárního faktoru v různých skupinách Ug. S vědomím toho, že s lepšícím se součinitelem prostupu tepla zasklení se horší propustnost solárního záření a toho, že na každou ze světových stran dopadá podstatně rozdílná intenzita slunečního záření, by se dala ještě kombinovat různá zasklení k různým světovým stranám. V případě užití vždy energeticky nejpřínosnějšího zasklení k patřičné světové straně by se výsledná měrná potřeba tepla pohybovala na hranici 15,9 kWh.m-2.

4. ZÁVĚR Na závěr lze konstatovat, že okenní výplně mohou být nejlepším prvkem obálky pasivního domu, kterým se dá efektivně optimalizovat roční měrná potřeba tepla na vytápění. Co se týká tepelných ztrát, tak jsou sice nejslabším místem, ovšem při vhodné orientaci mohou jejich tepelné zisky tuto slabinu předčit a mít kladnou bilanci. Jak zmíněné výsledky potvrdily, tak nejdůležitějším faktorem je orientace ke světovým stranám. Zatímco na severní straně mají okenní výplně prakticky vždy zápornou roční bilanci, tak naopak na jižní straně solární zisky vždy předčí tepelnou ztrátu a snižují tak potřebu na vytápění objektu. Jak velkou ztrátu, potažmo solární zisky, nám okna přinesou, dále závisí na jejich velikosti a vlastnostech. Případová studie ukázala, že mnohem větší vliv na bilanci okna má propustnost slunečního záření zasklení g než jeho součinitel prostupu tepla Ug. V konečném zúčtování může mít nevhodně zvolený typ zasklení veliký dopad na celkovou energetickou bilanci domu.

PODĚKOVÁNÍ Prezentované výsledky byly získány za podpory projektu Juniorského specifického výzkumu FAST-J-13-2035.

LITERATURA [1] Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU o energetické náročnosti budov, 2010. [2] PHPP, Passive House Planning Package 2007, Passivehaus Institut Darmstadt, 2007. [3] Informace na http://www.pasivnidomy.cz/ [4] ČSN 73 0540-2:2011 + Z1:2012. Tepelná ochrana budov - Část 3: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011 110

Parametry vnitřního prostředí sakrálních staveb z pohledu tepelné techniky Vlach, F. Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : vlach.f@fce.vutbr.cz Klíčová slova: interní mikroklima; sakrální stavby, kostely

1. ÚVOD Tento článek představuje výzkumnou aktivitu založenou na dlouhodobém monitoringu tepelně vlhkostních charakteristik interiérů sakrálních staveb. Stavby tohoto typu jsou u nás značně rozšířené v nejrůznějších architektonických podobách a datacích vzniku. Nejstarší stavební památky jsou právě tohoto druhu a za dlouhou dobu své existence prošly stavebním vývojem. Spolu se společenskými změnami se mění i využití těchto prostor, což doprovází stavební a technické změny. Vedle chátrajících staveb, které již nejsou využívány ke svému původnímu účelu, dochází k opravám a modernizacím stávajících staveb. Zároveň jsou budovány stavby nové, a to formou přestaveb i novostaveb na zelené louce. Současná normativní literatura neposkytuje žádný vhodný podklad pro tepelně technické hodnocení. Obzvláště u přestaveb a stavebních úprav stávajících objektů považuji za přínosné, tuto mezeru zaplnit tak, aby nedocházelo k nevhodným zásahům, které by mohly způsobit ohrožení těchto architektonických památek. Smyslem níže popisovaného sledování je tedy stanovit rámcové hodnoty parametrů vnitřního prostředí v kostelích a kaplích. Pouze rámcové stanovení těchto parametrů vychází z různorodosti studovaného stavebního typu, velikosti staveb, materiálového řešení i technického stavu a využití. Předpokládá se snaha vytvořit parametrickou

katalogizaci s přiřazením orientačních hodnot teploty a vlhkosti. 1.2 Praktické projekční postupy Praktické výpočty se provádějí na základě normativních postupů. Tepelně technická norma ČSN 73 0540 ve své části 3 uvádí ve své příloze I návrhové parametry vnitřního prostředí v zimním období. Těchto návrhových hodnot se užívá jako okrajových podmínek pro stacionární hodnocení konstrukcí staveb. Sakrální stavby se v podkladech nevyskytují. Další otázkou je, nakolik lze plošně uvažovat s jednou neměnnou hodnotou okrajové podmínky teploty a relativní vlhkosti. Na tuto otázku by měl odpovědět představovaný výzkum.

2. MATERIÁL A METODIKA Uveďme nejprve sledované parametry a stručný teoretický úvod pro tuto problematiku a metodiku užívanou v praxi. 2.1 Sledované parametry (1) Teplota vnitřního vzduchu je základním parametrem pro popis vnitřního prostředí staveb. Obvykle se pracuje s operativní teplotou, která představuje komplexnější popis teploty. Normové postupy uvažují s užitím návrhové vnitřní teploty [°C] v otopném období, ze které se stanovuje návrhová teplota vnitřního vzduchu [°C]. (2) Vlhký vzduch uvažujeme jako binární směs suchého vzduchu a vodní páry. V technické praxi se vedle vyjádření vlhkosti formou 111

koncentrace vodní páry [kg·m-2] setkáme s popisem pomocí relativní vlhkosti vzduchu [%]. 2.2 Předmět sledování V samotném městě Brně se vyskytuje na 50 kostelů různých církví a stavebních typů i stáří. Pro pilotní sledování byly vybrány dva kostely z prostorově omezené lokality Brna a nejtěsnějšího okolí. Výběr se cíleně omezil na stavby, které prošly modernizací technického vybavení, čímž se eliminoval nežádoucí rozptyl vstupních podmínek. Pro prvotní sledování na malém vzorku bylo toto opatření nutné. Sledované období bylo stanoveno na základě předpokladu výskytu extrémních podmínek. Tedy zimní období (letos netypické) během Vánoc, kdy je návštěvnost kostelů zvýšena i o příležitostné návštěvníky, coby zdroje vlhkosti. Odlišné extrémy spojené s omezeným větráním nenavštěvovaných prostor si autor uvědomuje, avšak v rámci tohoto výzkumu nebyly sledovány. U starých vlhkých kostelů jde o pravděpodobnou možnost, kterou dost možná nepůjde zohlednit do avizovaného výstupu výzkumu a stane se předmětem vysoce individuálních analýz.

Obr. 1 Kostel sv. Augustina v Brně Masarykova čtvrť (archiv autora) Druhou sledovanou stavbou je farní kostel sv. Cyrila a Metoděje v Bílovicích nad Svitavou. Jde o stavbu pozdního historismu s uplatněním neogotického tvarosloví. Období výstavby se datuje do let 1908 až 1913. Autorem návrhu je Antonín Blažek. Jde o klasickou zděnou stavbu z režných cihel s řetězy zdiva z lomového kamene se zaklenutím křížovou klenbou. Do kostela byl v roce 2005 proveden stavební zásah při instalování podlahového vytápění, které distribuuje teplo získané z hloubkových vrtů tepelného čerpadla.

Prvním sledovaným objektem je kostel sv. Augustina v Brně v Masarykově čtvrti. Autorem stavby, která byla započata v roce 1930 při příležitosti výročí úmrtí sv. Augustina, byl Ing. Vladimír Fischer. Slavnostní vysvěcení kostela se uskutečnilo v roce 1935. Funkcionalistický kostel je tvořen železobetonovou konstrukcí s výplňovým zdivem z cihel plných pálených. Konstrukce krovu je řešena ocelovými vazníky se zavěšeným podhledem dřevěných kazet. Hlavní loď kostela orientovaná na severovýchod je ukončena apsidou. Jeho kapacita je 1500 osob. Kostel sv. Augustina je nemovitou památkou. Obr. 2 Kostel sv. Cyrila a Metoděje 112

v Bílovicích nad Svitavou (archiv autora) 2.3 Použitá technika Do prostorů kostelů byly instalovány zapouzdřené časosběrné jednotky snímající teplotu a relativní vlhkost vzduchu. Jejich umístění bylo limitováno nenápadností, která by nenarušovala bohoslužby a zároveň neumožňovala zcizení. V kostele sv. Augustina byla čidla umístěna vedle prostoru hlavní lodě i v podstřeší a těsně pod zavěšeným podhledem, vysoko nad podlahou. Tento článek neuvádí vnější průběhy teplot, neboť tyto jsou snadno dostupné z četných meteostanic lokalizovaných do předmětné lokality. Obr. 3 Sledované parametry v hlavní lodi objektu kostela sv. Cyrila a Metoděje (výřez)

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Výsledkem popisovaného sledování jsou průběhy naměřených hodnot teploty (červeně) a relativní vlhkosti (modře) vzduchu. Dopočítaná je hodnota rosného bodu (zeleně). Pro ilustraci rozdílnosti prostředí je zaznačen průběh sledovaných veličin po přenesení do kanceláře VUT (za svislou čárou).

Obr. 3 Sledované parametry v hlavní lodi objektu kostela sv. Augustina (výřez)

Z uvedených průběhů je patrné, že v obou sledovaných objektech je ve sledovaném období poměrně stálá teplota, která umožňuje snadnou aproximaci. Je to díky ústřednímu způsobu vytápění s distribucí tepla podlahou nebo radiátory a také relativně stálým průběhem vnějších teplot letošní mírné zimy. Validita naměřených dat je tedy poměrně nízká. Nicméně platí, že u staveb tohoto druhu lze stanovit hodnotu (pásmo hodnot) teploty vnitřního vzduchu v zimním období. Z hlediska průběhu relativní vlhkosti vzduchu je patrné, že u obou sledovaných objektů jsou krátkodobé globální extrémy blízké hodnotám 70%. Nutno uvést, že na čidla nebylo možno návštěvníkům chrámů přímo dýchat, byly umístěny cca 3 m nad podlahou. Vzdušnější a objemnější kostel sv. Augustina má v užívaném výškovém pásmu relativní vlhkost obecně o něco nižší. Tento rozdíl však není v průměru významný. Dochází jen k omezení špiček. Diskuze nad reálností vytýčeného cíle se bude oprávněně věnovat otázce způsobu 113

získávání dat. Umístění čidel v takto velkých prostorech hraje významnou roli a je jen těžko zobecnitelné. Na druhou stranu bylo prokázáno, že u rozdílných staveb v dobrém technickém stavu a s obdobným provozem, lze získat velmi srovnatelné výsledky, které lze považovat za přenositelné. Je třeba znovu poukázat na to, že měření probíhalo v zimním období. U halových staveb s masivním zdivem je zřejmá vysoká akumulace stěn. S tím je spjata otázka vhodnosti aplikace stacionárního hodnocení. Dále je třeba prokázat výskyt extrémních stavů v přechodném a letním období, kdy do budovy proniká teplý vzduch a teprve ohřívá masivní stěny. Vlhkostní projevy těchto jevů jsou známy.

4. ZÁVĚR Byl prezentován první výstup z pilotního měření v rámci výzkumné aktivity sledující tepelně vlhkostní mikroklima sakrálních staveb. V diskuzi výsledků je popsána relativně překvapivá shoda průběhů sledovaných veličin v obou sledovaných objektech. Dále byla vyslovena myšlenka atraktivity tématu hodnocení stavby v jiném, než zimním, období, neboť se předpokládá výskyt lokálních extrémů návrhových okrajových podmínek právě v jiné části roku. Autor si uvědomuje, že žádná tabulková hodnota nemůže nahradit zralou úvahu podloženou znalostí fyzikálních procesů. Avšak, ne každý projektant má možnost setkat se s tímto druhem staveb v projekční praxi a získat

potřebné zkušenosti, proto lze očekávat, že nějaký rámcový výchozí podklad pro projekční úvahy bude oceněn. Předpokládá se toto pilotní měření rozšířit na více staveb a o dlouhodobé sledování včetně časového snímku provozu.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl s pomocí projektu Okaedr. Výzkum navazuje na juniorský projekt specifického výzkumu FAST-J-13-2011. Autor děkuje za umožnění měření a vstřícnou spolupráci p. Mgr. Pavlu Šenkyříkovi, p. PhDr. ThLic. Ing. Jaroslavu Filkovi a Ing. Pavlu Kulhánkovi.

LITERATURA ČSN 73 0540–3. Tepelná ochrana budov. Část 3: Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování, Praha: Český normalizační institut, 2007 Vaverka, J.; Chybík, J.; Mrlík, F. Stavební fyzika 2, stavební tepelná technika. Brno: Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM, 2000. 420 p. ISBN 80-214-1649-1 AHLBORN : Manuál . AHLBORN. 2009, 1, s. 1-25. Www.old.chmi.cz [online].-[cit. 2011-10-29]. KLIMATICKÉ ÚDAJE. Dostupné z WWW: < http://old.chmi.cz/meteo/ok/okdat101.html >. HUBÁČKOVÁ, Blažena. Kostel sv. Augustina v Brně. Brno : [s.n.], 2005. S.

114

Stanovení koeficientu kapilární absorpce Žižka, L *Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika E-mail : zizka.l@fce.vutbr.cz Klíčová slova: kapilární absorpce; zkušební těleso; omítky

1. ÚVOD Koeficient kapilární absorpce nám popisuje schopnost stavebního materiálu nasákat kapalnou vlhkost v závislosti na čase. Jeho hlavní význam je především u hodnocení vnějších povrchových úprav a povrchů obecně, kdy hodnota součinitele kapilární absorpce představuje konstantu úměrnosti nasákavosti povrchu srážkovou vlhkostí. Při stanovení součinitele kapilární absorpce je nutné zjistit časovou závislost kapilárního nasákání zkušebního vzorku při kontaktu s kapalinou. Měření se provádí od vysušeného stavu zkušebního vzorku do jeho nasáknutí.

2. MATERIÁL A METODIKA Při stanovení koeficientu kapilární absorpce bylo postupováno podle ČSN EN 1015-18 [1]. Při výrobě vzorků a provádění měření byla teplota okolního prostředí (20±2) °C a 2.1 Zhotovení a ošetření zkušebních vzorků Zhotoví se tři zkušební trámečky o rozměrech 160 mm ×40 mm ×40 mm podle EN 1015-11. Dno formy se vyloží filtračním papírem, forma se naplní maltou a její horní plocha se uhladí v úrovni horní části formy. Na povrch malty se položí vrstva filtračního papíru. Zkušební tělesa se ukládají v podmínkách uvedených v Tab. 1. Na konci doby uložení se zkušební tělesa vyjmou z formy. Čtyři podélné strany zkušebních těles se potřou těsnicí hmotou.

Tab. 1 Uložení zkušebních těles Doba uložení ve dnech Druh malty

Vápenné malty Vápennocementové malty v nichž je obsah vápna větší než 50 % celkové hmotnosti pojiva Cementové a jiné vápennocementové malty

(95 ±5) % RV (65 ±5) % RV Vyjmuté z a) Vyjmuté z Ve formě formy formy 5 2 21

Malty s jinými hydraulickými pojivy

Malty se zpožďovací přísadou

V některých případech může být doba uložení podle potřeby prodloužena.

2.2 Vysoušení Zkušební tělesa se vysouší do ustálené hmotnosti v odvětrávané sušárně při teplotě (60±5) °C. Ustálené hmotnosti je dosaženo, není-li úbytek hmotnosti při dvou váženích po 24 hodinách vysoušení větší než 0,2 % celkové hmotnosti. 2.3 Postup zkoušky Zkušební tělesa se umístí do misky do vody (demineralizovaná nebo destilovaná voda) s výškou hladiny 5 mm až 10 mm, lomovou plochou dolů. Mezi dno a zkušební těleso se vloží čtyři podložky. Výška hladiny vody se udržuje po celou dobu zkoušky (obr. 1). Pro zajištění dokonalého styku vody s povrchem 115

lomové plochy je třeba odstranit vzduchové bubliny tak, že se zkušební tělesa vkládají do vody v šikmé poloze. Spustí se stopky. Po celou dobu zkoušky se udržuje stálá hladina vody. Miska se přikryje, aby se zamezilo odpařování z vlhkých zkušebních těles. Objeví-li se vlhké skvrny na volném povrchu zkušebních těles, zkouška se ukončí. Je-li nasyceno, obě části se společně zváží. Není-li plně nasyceno, zkouška se opakuje s novým zkušebním tělesem.

3. VÝSLEDKY A DISKUZE Pro jiné než sanační malty se koeficient kapilární absorpce vody rovná směrnici sklonu přímky mezi dvěma hodnotami měření po 10 minutách a 90 minutách. C=0,1×(M90−M10) (1) C – koeficient kapilární absorpce vody pro jednotlivé zkušební těleso [kg ×m-2 ×min-0,5] M10 – hmotnost nasáklého zkušebního tělesa po 10 minutách M90 – hmotnost nasáklého zkušebního tělesa po 90 minutách

Obr. 1 Zkušební těleso z malty pro omítání (1 – Zkušební těleso; 2 – Plocha trámečku; 3 – Hladina vody; A – Cca 80 mm; B – Ponoření)

Graf 1 Závislost hmotnosti vzorku omítky na čase styku s vodou

Tab. 1 Naměřené hodnoty Materiál

vzorek m [g]

Omítka

Tep.izolační omítka

Sanační omítka

420,33 383,17 371,62 338,40 338,12 340,38 111,38 108,21 113,71

a [mm]

39,10

39,86

39,91 39,80 39,93 39,83

40,85 40,30 40,36

b [mm]

39,70

39,83

39,90 41,02 39,86 40,01

39,91 40,58 39,86

l [mm]

159,51 159,50 159,03 159,75 159,88 159,80 159,97 159,97 160,25

ρ [kg ×m-3]

1698

Ø ρ [kg ×m-3]

1513

1467

1298 1329

1559

1337

1321

427

414

441

427

m0 [g]

420,33 383,17 371,62 338,40 338,12 340,38 111,38 108,21 113,71

m10 [g]

421,34 383,77 372,54 342,24 342,09 344,14 112,15 109,11 114,63

m90 [g]

424,06 385,20 374,79 347,81 347,89 349,02 113,55 111,27 116,39

C[g.m-2 ×min-0,5] Ø [kg.m-2 ×min-0,5]

0,272

0,143

0,225 0,557 0,580 0,488

0,213 ×10-3

0,542 ×10-3 116

0,140 0,216 0,176 0,177 ×10-3

0,6 [kg×m-2×min-0,5]×10-3

Z grafu je patrné, že při provádění měření vzorku č. 1 bylo provedeno špatné rozmíchání směsi, z toho důvodu mí i vzorek větší objemovou hmotnost a tudíž i vyšší množství absorbované vody.

Omítka

0,5 Tep.izolační omítka

0,4

Sanační omítka

0,3 0,2 0,1 0 Materiál

Graf 4 Koeficienty kapilární absorpce

4. ZÁVĚR Graf 2 Závislost hmotnosti vzorku tep. izolační omítky na čase styku s vodou

Při stanovení koeficientu kapilární absorpce bylo vytvořeno devět vzorků (normální omítky, tepelně-izolační omítky a sanační omítky). Měření probíhalo na certifikovaných přístrojích a podle příslušných norem. Při vyhodnocování bylo stanoveno, že koeficient kapilární absorpce je nejvyšší u tepelně-izolační malty.

PODĚKOVÁNÍ

Graf 3 Závislost hmotnosti vzorku sanační omítky na čase styku s vodou Podle vzorce (1) byl spočítán průměrný koeficient kapilární absorpce jednotlivých vzorků.

Příspěvek vznikl s pomocí projektu FAST-J-14-2493 – Monitoring a analýza objemových změn u betonových průmyslových podlah

LITERATURA ČSN EN 1015-18 Zkušební metody malt pro zdivo – Část 18: Stanovení koeficientu kapilární absorpce vody v zatvrdlé maltě. ADÁMEK, Jiří. Stavební látky. Brno: Vysoké učení technické, Fakulta stavební, 2006 ROVANÍKOVÁ, P. Omítky. Chemické a technologické vlastnosti. STOP: Praha, 2002 89 stran. ISBN 80-866657-00-0

117