Prosklené střechy musí splňovat vysoké energetické požadavky a stavebně fyzikální nároky

Vývoj prosklených střešních plášťů je datován už na počátek 18. století. Nejstarší dochované skleníky v České republice jsou na zámku Veltrusy a zámku Lednice.
Skleník zámku Lednice se začal budovat v roce 1843 podle projektu anglického architekta P. H. Desvignese a dokončen byl v roce 1845. Skleník je 92 m dlouhý, 13 m široký a 10 m vysoký. Střešní konstrukci nesou dvě řady litinových štíhlých sloupů ve tvaru bambusových stvolů. Objekt kryje skleněná střecha obloukovitého tvaru, složená z malých skleněných šindelů, které lomí světlo. Se svou moderní konstrukcí a zvláštní půlkruhovou formou byl v tehdejší době mimořádnou stavbou. Dnes patří mezi unikátní historické technické památky.

Skleník zámku Lednice

a) exteriér

b) interiér

b) interiér

Další zajímavou stavbou s historickou skleněnou střechou je pražský Palác Lucerna. Skelet budovy vznikl v letech 1907 až 1921. Na tehdejší dobu se jednalo o velice unikátní stavbu, neboť to byla jedna z prvních železobetonových staveb v Praze vůbec, s velmi originálně řešenou, sklem zastřešenou pasáží.

Prosklené střechy Paláce Lucerna

       
a) prosklená kopule                       b) exteriér                                             c) sklobetonová střecha – interiér

Prosvětlovací prvky na střešních pláštích se v minulosti uplatnily též ve formě světlíků. Střešní světlíky se začaly objevovat na střešních pláštích od dob průmyslové revoluce od poloviny 18. století.

Moderní prosklené střešní pláště a prosvětlovací prvky

S nástupem nových konstrukčních řešení moderní architektury se postupně od 90. let čím dál tím ve větší míře začínají uplatňovat nejen střešní světlíky, a to i velkoplošné, ale i prosklené střešní pláště atrií nad prostory s trvalým pobytem lidí. Prosklené střechy musí splňovat vysoké energetické požadavky a stavebně fyzikální nároky na tvorbu těchto konstrukcí. To vyžaduje komplexní projektový návrh a přesné stavebně fyzikální výpočtové postupy při návrhu prosklených střešních plášťů a prosvětlovacích střešních prvků. Cílem efektivního návrhu prosvětlení podstřešních prostor je správně zabudovat prosvětlovací prvky z hlediska funkční způsobilosti, stavebně fyzikálního návrhu a energetické vyváženosti vnitřního prostředí, na základě vytvoření modelů a principů detailů, respektujících požadavky na zajištění denního osvětlení v kombinaci s energeticky optimálním řešením konstrukcí detailu prosvětlení.
Střešní světlíky jsou samostatné zasklené (průsvitné) části konstrukce osazené do otvorů ve střešních pláštích, které slouží k prosvětlení vnitřních prostorů, případně k jejich větrání. Pro navrhování ocelových střešních světlíků je v současnosti stále platná návrhová norma ČSN 74 6350 „Ocelové světlíky – Základní ustanovení“. Střešní světlíky plastové pásové mají pouze výrobkovou normu ČSN EN 14963, bodové plastové světlíky pak normu ČSN EN 1873. Skleněné světlíky lze deklarovat jako otvorové výplně, které je možné navrhovat a posuzovat podle souboru norem ČSN platných pro otvorové výplně.
Prosklené střešní pláště, tedy pláště se skleněnou krytinou, se navrhují k prosvětlení podstřešního prostoru, a to nejen u zimních zahrad, skleníků apod. Většinou se jedná o rozsáhlé střešní plochy a pasáže, kde nosné stropní prvky jsou ocelové vazníky či rámy. Ty tvoří nosný systém pro prvky kostrového systému lehkého obvodového pláště, na kterém jsou aplikovány zasklívací jednotky, které tvoří střešní krytinu, a zároveň musí zajistit i tepelněizolační vlastnosti navržené prosklené střechy. Navrhování střech obecně se v současné době řídí podle doporučené normy ČSN 73 1901 z roku 2011, která v předmětu normy uvádí: „Tato norma neplatí pro střechy s textilní krytinou, nafukovací haly, skleníky, střechy vytvořené z prosvětlovací konstrukce a střechy, které jsou součástí technologických zařízení.“ Přesto je nutné na prosklené střechy nahlížet jako na střešní konstrukce, tedy na konstrukce, které shora ohraničují a chrání pozemní stavbu proti povětrnostním vlivům.
Zásady pro návrh prosklených střech

a) sklon a tvar proskleného střešního pláště – návrh zasklívacích jednotek, systém zabudování, kompletujících prvků a detailů
Sklon prosklených střech je tvořen především sklonem konstrukce střechy. Obecně lze říci, že jednoduchý tvar a dostatečný sklon přispívají k bezpečnému a plynulému odtoku vody ze střechy a jsou základem spolehlivé funkce střešního pláště. Pro prosklené střešní systémy jednotliví výrobci prosklených systémů deklarují minimální sklon v rozmezí 5 ° až 7 ° podle typu systému. Střešní krytina ze skleněných tabulí či jiného průhledného materiálu tvoří společně s těsnicími profily systému hydroizolační konstrukci, která je pro spolehlivost střech z hlediska hydroizolačního zásadní.
Krytina z tabulového skla se navrhuje z kombinace tepelně tvrzeného skla pro exteriér a bezpečnostního vrstveného skla pro interiér. Sklo střešního pláště na základě tepelnětechnických požadavků se aplikuje ve formě dvojskla nebo trojskla s teplým distančním rámečkem. Vzhledem k mechanickým vlastnostem skla je nutné zajistit dokonalou dilataci skleněných tabulí ve stycích a v napojení na ostatní konstrukce, v kombinaci se základní funkcí střešního pláště – vodotěsností. To je pro konstrukční řešení obtížný úkol. Spoje a styky zasklívacích jednotek se navrhují jako volné s přesahem či zasunutím, nebo těsněné těsněním či pružnými tmely. V horizontálních spárách se skleněné tabule spojují pomocí speciálních profilů, jejichž velikost je závislá na sklonu krytiny.
Detaily prostupujících konstrukcí prosklenými střešními plášti a jejich napojení na přilehlé konstrukce je nutné řešit tak, aby byla splněna funkční způsobilost celku (hydroizolační, stavebně fyzikální i mechanická odolnost a stabilita).

Příklad řešení detailu návaznosti prosklené střechy na přilehlou střechu

Návrh odvodnění střechy a průřezů odvodňovacích konstrukcí závisí na velikosti odvodňované plochy, na tvaru odvodňovacích prvků, specifické vydatnosti deště v daném místě stavby, na detailech střechy, na prvcích střechy a na součiniteli odtoku. Odvodňovací prvky a dešťové odpadní potrubí se dimenzují nejméně podle norem ČSN EN 12056-3 a ČSN 75 6760. Vždy musí být zajištěno bezpečné odvedení srážkových vod vně stavby. Navazující konstrukce musí být navrženy tak, aby si i při nadměrném výskytu srážek zachovaly svoji funkci.
b) stabilita zasklívacích jednotek – statický návrh
Každou střešní konstrukci je nutno také posoudit podle norem ČSN EN 1991- 1 – 4 – Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem, 2007 a ČSN EN 1991- 1 – 3 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem, červen 2005.
c) stavebně fyzikální návrh (tepelná technika, osvětlení, akustika)
Každý střešní plášť musí být navržen v souladu se závaznými kritérii souboru technických norem Tepelná ochrana budov – Část 1 až 4, které jsou v současné době závazné jako celek (podle Vyhl.
. 268/2009 a její poslední novely). Tato kritéria jsou:
a) součinitel prostupu tepla, včetně tepelných mostů v konstrukci;
b) nejnižší vnitřní povrchová teplota/teplotní faktor konstrukce – doporučená hodnota;
c) tepelná stabilita konstrukce v zimním a letním období ve vazbě na místnost nebo budovu;
d) prostup tepla obvodovým pláštěm budovy ve vazbě na další konstrukce.

Součinitel prostupu tepla prosklené střechy se stanovuje, stejně jako u lehkých obvodových plášťů, výpočtem podle ČSN EN ISO 12631 Tepelné chování lehkých obvodových plášťů – Výpočet součinitele prostupu tepla s využitím principů zakotvených v normě ČSN EN ISO 10077 – 2 Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 2: Výpočtová metoda pro rámy. Hodnoty se stanovují vždy ve svislé poloze konstrukce. Součinitel prostupu tepla se však se zvyšujícím se náklonem značně zvyšuje (zhoršuje), a to až do vodorovné polohy, kdy vykazuje nejvyšší hodnoty. Na tuto skutečnost má majoritní vliv navýšení podílu přenosu tepla prouděním v zasklívací jednotce. Další fyzikální jev ovlivněný náklonem konstrukce je odpor na přestupu tepla na vnitřní straně. Ten v případě redukce rohů má v normativních předpisech oporu pouze pro svislou polohu konstrukce.
S normovými požadavky uváděnými normou ČSN 73 0540 – 2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky se porovnávají hodnoty součinitele prostupu tepla stanovené ve svislé poloze. Normový předpis zde hovoří pouze o šikmých výplních otvorů a o světlících. Protože prosklené střechy patří také mezi konstrukce, které mění své tepelněizolační vlastnosti v závislosti na jejich náklonu, je toto pravidlo přenositelné i na ně. Požadavek na součinitel prostupu tepla prosklených střech však norma ČSN 73 0540 – 2 nezmiňuje. Není tak pro tento druh konstrukce ani jasně určena referenční hodnota pro stanovování požadavků na energetickou náročnost budov podle předpisu č. 78/2013 Sb., Vyhlášky o energetické náročnosti budov. Vzhledem k charakteru konstrukce se ale v praxi často používá požadavek na prosklené střechy stejný jako požadavek na lehké obvodové pláště.
Hodnotu stanovenou pro svislou polohu v případě jiných skutečností však nelze u nesvisle osazených prosklených konstrukcí použít. Jedná se především o případy výpočtu tepelných ztrát objektu anebo výpočty Průkazu energetické náročnosti budov, a prokázání tak splnění závazných požadavků uváděných předpisem č. 406/2000 Sb., Zákona o hospodaření s energií. Další velmi důležitou skutečností je, že v případě výpočtu minimální vnitřní povrchové teploty je nutné vždy používat tepelněizolační vlastnosti konstrukce, resp. zasklívací jednotky ve skutečném stavu, tedy součinitel prostupu tepla jednotky v daném náklonu. Výše zmíněné skutečnosti jsou zvláště zásadní pro navrhování a realizování prosklených střech, které, díky své zpravidla nezanedbatelné ploše a náklonu blížícímu se vodorovné poloze, mají na tepelné chování budov zásadní vliv.

d) požární odolnost
Požární odolnost prosklených střech musí být navržena v souladu s platnou normou ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Základní ustanovení. Prosklené střešní konstrukce se řídí podobnými požadavky jako obvodové pláště.
U prosklených střech nastává jedna speciální vlastnost – parametr R, tedy označení „nosné konstrukce“. Pokud je střecha většího rozsahu (rozponu), potom není uvažována jako výplňová konstrukce nebo fasádní plášť, ale jako součást nosné konstrukce objektu – krov. Z toho vyplývá požadovaná odolnost, např. REI30 pro jednotlivé nosné profily (systémové nebo nosná konstrukce) musí vykazovat stabilitu po dobu požáru 30 minut. Toto kritérium se dá prokázat výpočtem podle Eurokódů, anebo lze zajistit ochranou nosné konstrukce, či ověřit zkouškou za specifických podmínek.

Prosklená střešní konstrukce

Nejčastější poruchy prosklených střech

Na základě posuzovaných prosklených střešních plášťů, které opakovaně vykazovaly poruchy, a proto byly podrobeny podrobné analýze, lze vytipovat nejčastější poruchy, které se na prosklených střechách opakovaně vyskytují:
a) nedostatečný sklon proskleného střešního pláště – sklon střechy, který je menší než 5 °, není bezpečným sklonem pro prosklenou střešní krytinu. Důsledkem malého sklonu je ohrožena nejen těsnost spojů a spár zasklívacích jednotek, které tvoří střešní krytinu, ale dochází vlivem pomalého odtoku srážkové vody ze střešní plochy k nadměrnému hromadění nečistot na zasklívacích jednotkách, především v okolí zasklívacích spár a krycích lišt. Zároveň dochází k rychlému zanášení doplňkového hydroizolačního systému.

Prosklená střešní konstrukce se sklonem 1,5 °- neodtéká plynule voda ze střešní plochy

b) nedostatečná stabilita zasklívacích jednotek – vlivem úplné absence nebo jen malého počtu nosných a distančních podložek v zasklívacích spárách dochází k porušení stability skel s důsledkem poruch nejen spár, ale i zasklívacích jednotek, jejichž okraj při mechanickém namáhání v kombinaci s nesilovým namáháním teplotou může iniciovat vznik prasklin skel a následné destrukce zasklívací jednotky.

Iniciace praskliny skla vlivem porušení okraje zasklívací jednotky u nosné podložky

c) netěsnost spár a spojů – tmelené spáry a spoje jsou zpracovány v rozporu s technickými pokyny pro tvorbu tmelových uzávěrů a technologickými postupy:
– podložné profily spár jsou z nevhodného materiálu;
– účinná hloubka tmelového uzávěru (spáry) nesplňuje požadavek poměr šířky a výšky mocnosti tmelového uzávěru, který pro jeho bezchybnou funkci musí být roven 2/1.

Sonda ve viditelně porušené tmelené spáře:

         
a) pohled na tmelovou spáru, která  má bubliny          b) nevhodný tvar podložného profilu a malá                                                                                                               mocnost tmelu

c) pohled na řez nevhodným strukturálním uzávěrem

d) netěsnost spádových systémových lišt – lištované spoje jsou zpracovány z odpovídajícího materiálu, jeho zabudování je provedeno v rozporu s technickými zásadami montáže spádových lišt, přímým kotvením. Pryžová systémová těsnění jsou dodatečně doplňována tmelením na povrchu proskleného střešního pláště.

Obrázek 8 – pohled na spádové lišty – nevhodně mechanicky kotvené bez možnosti utěsnění spoje

a) pohled na lištu nevhodně „utěsněnou“

b) detail nevhodně tmelem „utěsněné“ lišty
tmelem

 

e) netěsnost prostupujících konstrukcí a v napojení oplechování – opracování prostupů vykazuje netěsnosti a je často utěsněno chybně provedeným tmelením. V napojení střešního pláště na oplechování je podklad oplechování nestabilní, tím neumožňuje plynulý odtok vody. Spáry mezi plechem a proskleným pláštěm jsou namáhány tvarovými změnami a ve svém důsledku nejsou těsné.

pohled na nevhodně tmelem„utěsněné“ napojení spádové lišty na oplechování

f) poruchy zasklívacích jednotek – zasklívací jednotky s poškozenou skleněnou vnější tabulí z tepelně tvrzeného skla vlivem samoexploze, jejíž iniciace je patrná charakteristickým místem, kde se sloučenina NiS nacházela. Příčinou samoexploze jsou kulovité vměstky minerálu síranu nikelnatého. Sloučenina NiS prochází během kalení změnou krystalické mřížky, a někdy zůstává v nestabilní formě. Součinitel tepelné roztažnosti NiS je větší než součinitel tepelné roztažnosti skla. Tato kombinace je příčinou samovolného zničení tepelně tvrzeného skla bez zjevné příčiny. Samoexploze nastává někdy ihned, a jindy po určité, i značně dlouhé době. Charakteristický lom rozbitého skla v důsledku příměsí NiS vytváří tzv. motýlka v místě, kde se sloučenina nacházela.

Pohled na porušenou zasklívací jednotku samoexplozí

                               

a) pohled na prosklený střešní plášť                                       b) detail samoexploze

g) poruchy doplňkového (dříve pojistného) systému odvodnění – doplňkový odvodňovací systém je buď zcela utěsněn, takže odvod kondenzátu je znemožněn, anebo naopak je systém perforován, či zcela netěsný s nepřípustnými otvory, které ohrožují vodotěsnost podstřeší.
Další možnou poruchou je zanesení doplňkového systému odvodnění nečistotami způsobené dlouhodobým působením prachových částic. Doplňkový hydroizolační systém je nutné za určité časové období vyčistit, a to bez ohledu na sklon střešních rovin. Čím je sklon nižší, tím je interval nutného čistění kratší.

Poruchy doplňkového hydroizolačního systému

                           
a) pohled na perforovanou doplňkovou                             b) detail nepřípustně utěsněného                                                                                                                                  doplňkového systému (neumožňuje funkci                                                                                                                  doplňkového odvodnění)

Závěr

Na závěr lze říci, že návrh i realizace prosklených střešních plášťů musí být provedeny vždy komplexně a systematicky. Důležitý je bezchybný návrh střechy, včetně všech detailů střešního pláště, a jejich tepelnětechnické posouzení z hlediska funkčních požadavků s důrazem na odolnost konstrukce proti klimatickým zatížením.
V současné době není zpracována platná ČSN pro navrhování prosklených střešních plášťů, lze se proto řídit výše uvedenými normami. Pro návrh i realizaci spolehlivých a trvanlivých prosklených střešních plášťů je to situace nejen obtížná, ale i nepřehledná. Je proto nanejvýš nutné v brzké době zpracovat ČSN pro prosklené střešní pláště!

Literatura
[1] ČSN 73 1901 Navrhování střech – Základní ustanovení (2011);
[2] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky (2011) a Z1 (2012);
[3] ETAG 002 – Systémy zasklení s konstrukčním tmelem z března 2002.
[4] Technické podklady fy Illbruck.
[5] ŠILAROVÁ, Š.: Efektivní návrh prosvětlení podstřešních prostor, Střechy, fasády, izolace, 3/2013, ročník 20, str.60-63.

text a foto: Doc. Ing. Šárka Šilarová, CSc., autorizovaná inženýrka a soudní znalkyně

Zdroj: Střechy, fasády, izolace (červenec/srpen 2020)