Strecha s pohľadu energie (1. časť)

/autor: /

V rámci odbornej verejnosti nebola energia nikdy viac diskutovanou témou ako v poslednom období. Rastúci záujem o úspornosť energií budov sa prejavuje pozoruhodne veľkou účasťou na odborných konferenciách a seminároch s touto tématikou. Konečne začína byť viditeľný nárast realizovaných domov s dodatočnou úpravou obalového plášťa za účelom zníženia tepelných strát u starších budov. Pri novostavbách sa riešenie tohto problému stáva samozrejmosťou. Postupne sa mení celkový pohľad na priority i na potenciál úspor v prevádzke budov novostavieb i budov rekonštruovaných. Spoločenské súvislosti vo svetovom i európskom kontexte sú jasné, nakoľko chceme udržať komfort, na ktorý sme si zvykli, musíme zaistiť výrazne nižšiu energetickú náročnosť budov.


Strecha, ako súčasť obalového plášťa budov nemôže byť vylúčená z riešenia problematiky jej energetickej náročnosti. Na druhej strane si musíme byť plne vedomí tej skutočnosti, že strecha vo väčšine prípadoch nehrá rozhodujúcu úlohu z hľadiska energetickej náročnosti budovy.
Energia v celosvetovom kontexte
Energia z globálneho pohľadu je jednou z dôležitých esencií národných hospodárstiev štátov, ale hlavne celosvetového hospodárstva. Energia kumulovaná vo fosílnych palivách tvorí dominantnú zložku hospodárstiev niektorých krajín s orientovaním na ich vývoz (producenti ropy, zemného plynu …). Dôležitým poznatkom v prípade fosílnych palív je fakt, že nie sú neobmedzené. Nehospodárne využívanie fosílnych palív vedie k nadmerným produkciám skleníkových plynov, čo vedie ku klimatickým zmenám.
Donedávna bol hnacím mottom ekonomík pojem „trvalo udržateľný rast“. Toto slovné spojenie je z hľadiska logiky prinajmenšom zvláštne. Slovo trvalo má v prenesenom význame charakter nekonečnosti. Pojem rast má limitovaný význam. Z definície „trvalo udržateľného rastu“ sa v západných krajinách ideovo prechádza na „trvalo udržateľný rozvoj“, prípadne vhodnejšie „udržateľnosť životného štýlu“. Konzumný prístup k životnému štýlu človeka a neuvážené nakladanie s energiami vedie k znečisťovaniu životného prostredia, zapríčiňujúceho klimatické zmeny.
Klimatické zmeny zapríčinené vysokými emisiami skleníkových plynov. Je termín používaný na označenie zmien v zemskej klíme alebo v jej regionálnych klímach. Tieto zmeny môžu byť spôsobené prírodnými zmenami alebo v tomto prípade ľudskou činnosťou. Zmeny podnebia ovplyvňovali človeka už od počiatku. Ľudia na ne reagovali prispôsobením sa alebo sťahovaním sa na iné miesta. V súčasnosti je problematika klimatickej zmeny veľmi frekventovaným pojmom, najmä v súvislosti s tzv. globálnym otepľovaním. Tu treba rozlišovať medzi pojmami klimatická zmena a klimatické zmeny. Kým klimatické zmeny, ktoré utvárali podnebie Zeme už v dávnej minulosti mali prirodzený pôvod, súčasná klimatická zmena je podmienená najmä antropogénnymi vplyvmi, ľudskou činnosťou. Klimatické zmeny nie sú jediným problémom používania fosílnych palív, je ním taktiež ich vyčerpateľnosť.
Celý dnešný svet je závislý na dodávkach ropy, uhlia a zemného plynu, ktoré boli v zemskej kôre vytvárané milióny rokov. Dnes sú spotrebovávané závratnou rýchlosťou. Podiel fosílnych palív v energetike vyspelých krajín predstavuje okolo 90 %. Akákoľvek fluktuácia v cenách a výpadkoch dodávok vedie k výraznému ovplyvneniu ekonomík štátov. Predpokladané zásoby sú pre ropu 40 rokov, plyn 60 rokov a uhlie 227 rokov, samozrejme za predpokladu nenarastajúcej úrovne spotreby pre súčasnosť.
Legislatívne požiadavky
Vzhľadom na to, že sme súčasťou Európskej únie, prevažná väčšina zákonov, vyhlášok a noriem vzniká implementáciou smerníc a nariadení do našej legislatívy. Takýmto iniciačným dokumentom je aj Smernica č. 2002/91/ES Európskeho parlamentu a rady zo 16. decembra 2002 o energetickej hospodárnosti budov, ktorá vstúpila do platnosti dňa 4. januára 2003. Cieľom tejto smernice je zaviesť spoločný systém pre zabezpečenie zvýšenia energetickej efektívnosti budov s ohľadom na klimatické a miestne podmienky. Jedným z hlavných dôvodov schválenia tejto smernice boli záväzky EÚ vyplývajúce z Kjótskeho protokolu o klimatických zmenách a zabezpečenie dodávok energií. EÚ je vo veľkej miere závislá od externých dodávok energie. Riešením pre zníženie emisií skleníkových plynov a zároveň aj spotreby energie, je zvýšenie energetickej efektívnosti budov. Bytové budovy a tretí sektor spotrebúvajú cca 40 % konečnej spotreby energie v EÚ.
Národná rada Slovenskej republiky prijala Zákon č. 555/2005 z 8. novembra 2005 o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov. Tento zákon ustanovuje postupy a opatrenia na zlepšenie energetickej hospodárnosti budov s cieľom optimalizovať vnútorné prostredie v budovách a znížiť emisie oxidu uhličitého z prevádzky budov a pôsobnosť orgánov verejnej správy. Na spomínanú smernicu a zákon nadväzuje nasledovná vyhláška a zákon:
– Vyhláška 311 z 13. júla 2009, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o výpočte energetickej hospodárnosti budov a obsah energetického certifikátu
– Zákon 476 zo 4. novembra 2008 o efektívnosti pri používaní energie (zákon o energetickej efektívnosti) a o zmene a doplnení zákona č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov, o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení zákona
č. 17/2007 Z. z.
Uvedené právne predpisy doplňujú normy.
Primárna energia
V prípade snahy o nízkoenergetickú a ekologickú výstavbu je potrebné zahŕňať do základného konceptu stavby energetickú náročnosť na celý životný cyklus stavebného materiálu. Okrem tepelnoizolačných materiálov treba rátať v energetickom koncepte aj s ostatnými materiálmi. Jeho voľba samozrejme musí vyhovovať optimálnej forme a funkcii danej konštrukcie (graf 1 až 3).
< Historický pohľad na vývoj tepelnotechnických vlastností striech na území SR >
Pokiaľ ide o hľadisko fyzikálnej analýzy plochých striech, najmä tepelnotechnickej, možno povedať,, že prvé kroky sa robili koncom päťdesiatych rokov. V tab. 1 je uvedený postupný vývoj hodnoty tepelného odporu R pre ploché strechy. Z tabuľky je vidieť, že požiadavky na hodnoty R sa postupne zvyšovali, pričom ich nárast bol pomerne výrazný. Tento trend sa vlastne nezastavil ani v súčasnosti a je predpoklad, že bude pokračovať aj v najbližšej budúcnosti. Jedným z dôvodov je neustály nárast cien energií, ako aj zabezpečenie vnútornej pohody prostredia.
Tepelnotechnické
požiadavky na strechu
Správny stavebno-fyzikálny návrh strechy je snáď najdôležitejšia časť projektovej fázy, ovplyvňujúca funkciu strechy. Podmienky takéhoto návrhu stanovujú v súčasnosti platné technické normy. Stavebno-fyzikálny návrh musí spĺňať:
– dodržanie hygienického a funkčného kritéria (primárne),
– dodržanie energetického kritéria (sekundárne).
Hygienické kritérium zabezpečuje vnútornú povrchovú teplotu na každom mieste vnútornej konštrukcie väčšiu, ako je kritická povrchová teplota na vznik plesní so započítaním bezpečnostnej prirážky. Kritická povrchová teplota na vznik plesní je teplota zodpovedajúca 80 % relatívnej vlhkosti vzduchu v tesnej blízkosti vnútorného povrchu stavebnej konštrukcie pri teplote vnútorného vzduchu a relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu. Napríklad pri teplote vnútorného vzduchu 20 °C a relatívnej vlhkosti vzduchu 50 % je kritická povrchová teplota 12,6 °C. Bezpečnostná prirážka zabezpečuje zohľadnenie spôsobu vykurovania miestnosti a spôsobu jej využívania. Funkčným kritériom je požiadavka na skondenzované množstvo vodnej pary v konštrukcii. Bez kondenzácie vodnej pary v konštrukcii musia byť navrhnuté strechy, v ktorých by skondenzovaná vodná para ohrozila ich požadovanú funkciu. Pripustenie vzniku obmedzeného množstva kondenzátu je v prípadoch keď:
– kondenzát neohrozí požadovanú funkciu strešnej konštrukcie,
– ročná bilancia vzniknutého kondenzátu a jeho odparenie je priaznivá za predpokladu, že množstvo kondenzátu je menšie, nanajvýš rovné 0,1 kg/m2.rok pre jednoplášťové strechy, pre ostatné 0,5 kg/m2.rok,
– v strechách s otvorenou vzduchovou vrstvou je potrebné overiť priebeh relatívnej vlhkosti vzduchu prúdiaceho v tejto vrstve. Relatívna vlhkosť v tejto vrstve musí byť menšia ako 100 % a povrchové teploty menšie ako teplota rosného bodu.
Jedným zo základných hodnotiacich parametrov z pohľadu popisu konštrukcie voči energiám je súčiniteľ prechodu tepla U [W/m2.K].
Podľa normy STN 73 0540-2 sú maximálne hodnoty pre šikmú strechu so sklonom väčším ako 45°
U = 0,46 W/m2.K a odporúčaná
U = 0,32 W/m2.K. Plochá a šikmá strecha so sklonom menším, nanajvýš rovným 45° musí maximálne spĺňať U = 0,30 W/m2.K  a odporúča sa hodnota U = 0,20 W/m2.K. Do energetického kritéria za predpokladu dodržania odporúčaných alebo maximálnych hodnôt súčiniteľa prechodu tepla vstupuje strecha sekundárne. V tomto prípade sú do bilancie zahrnuté všetky konštrukcie podieľajúce sa na tepelných stratách. Z hľadiska energetického je stavba hodnotená ako celok.
Tepelnoizolačné materiály
a ich vlastnosti
V prípade tepelnotechnických výpočtov je potrebné rozoznávať dva druhy materiálových vlastností, ktorými sú deklarovaná tepelná hodnota a návrhová tepelná hodnota. Deklarovaná tepelná hodnota je očakávaná hodnota tepelnej vlastnosti stavebného materiálu alebo výrobku, zistená z nameraných údajov za referenčných podmienok teploty a vlhkosti, daná pre určitý podiel a úroveň zhody, odpovedajúca primeranej životnosti za normálnych podmienok. Návrhová tepelná hodnota je hodnota tepelnej vlastnosti materiálu alebo výrobku za špecifických vonkajších a vnútorných podmienok, ktoré môžu byť považované za typické pre chovanie materiálu alebo výrobku zabudovaného do stavebného dielca. Pre výpočty je potrebné používať návrhové tepelné hodnoty. Tieto môžu byť odvodené z deklarovaných hodnôt použitím prevodných postupov podľa EN ISO 10456. Tiež je možné používať tabuľkové návrhové hodnoty pre bežne používané materiály z normy STN EN 12524.
Strecha nad rámec
požiadaviek noriem
Cena energií spolu s ekológiou životného prostredia smeruje k minimalizovaniu energetickej náročnosti budov. V základnom členení môžeme budovy rozdeliť na staršie budovy, štandardné novostavby, nízkoenergetické, pasívne a nulové domy. Existujú aj ďalšie členenia a kategórie budov, tie však nie je potrebné z hľadiska tepelno-technických vlastností obalových konštrukcií ďalej spomínať. Staré budovy z minulosti majú obvykle potrebu tepla na vykurovanie dvoj a viacnásobnú oproti štandardným novostavbám. Štandardná novostavba je v podstate budova, ktorá je vyhotovená podľa aktuálnych záväzných normatívnych požiadaviek, potreba tepla na vykurovanie je v rozmedzí 80 – 140 kWh/m2.rok v závislosti na faktore tvaru. Potreba tepla na vykurovanie je pre nízkoenergetický dom menšia, nanajvýš rovná 50 kWh/m2.rok, pasívny dom má spotrebu tepla menšiu, nanajvýš rovnú 15 kWh/m2.rok. Pre nulový dom je spotreba tepla menšia ako 5 kWh/m2.rok. Vývoj energetických požiadaviek na budovy nesie so sebou neoddeliteľne vývoj požiadaviek na samotné stavebné konštrukcie (tab. 2). V dávnejšej dobe bolo pri voľbe veľkosti a kvalite tepelnej izolácie stavebnej konštrukcie primárne potrebné zabezpečenie hygienického kritéria (kondenzácia a vznik plesní). Nárast potreby vykazovania energetických úspor vedie k skvalitňovaniu tepelnoizolačných vlastností stavebných konštrukcií. Pridanou hodnotou je fakt, že správnou kombináciou materiálov (z hľadiska transportu vlhkosti konštrukciou) a dobrými tepelno-technickými vlastnosťami sa definitívne odbúrava problém povrchovej kondenzácie a vzniku plesní.
Fragmenty plochých a šikmých striech pri pasívnom štandarde (obr. 1):
A1 – jednoplášťová plochá strecha, ťažká konštrukcia
– štrkový násyp,
– hydroizolačný systém – povlaková krytina,
– tepelná izolácia,
– parozábrana,
– spádová vrstva,
– nosná strešná konštrukcia,
– vnútorná omietka.
A2 – dvojplášťová plochá strecha, ťažká konštrukcia:
– hydroizolačný systém – povlaková krytina,
– nosná strešná konštrukcia horného plášťa,
– prevetrávaná vzduchová vrstva,
– paropriepustná izolácia (proti ochladzovaniu tepelnej izolácie vplyvom prúdenia),
– tepelná izolácia,
– nosná strešná konštrukcia,
– vnútorná omietka.
A3 – dvojplášťová plochá strecha, ľahká konštrukcia:
– krytina,
– prevetrávaná vzduchová vrstva,
– poistná hydroizolácia,
– záklop,
– tepelná izolácia + nosníky,
– záklop,
– parozábrana,
– tepelná izolácia + laty,
– sádrokartón.
A4 – vegetačná (plochá) strecha, ťažká konštrukcia:
– extenzívna vegetácia,
– vegetačný substrát,
– filtračný, drenážny, hydroakumulačný a hydroizolačný systém,
– tepelná izolácia,
– parozábrana,
– spádová vrstva,
– nosná strešná konštrukcia,
– vnútorná omietka.
B1- vegetačná strecha (šikmá), ťažká konštrukcia:
– extenzívna vegetácia,
– vegetačný substrát stabilizovaný tkaninou,
– filtračný, drenážny, hydroakumulačný a hydroizolačný systém,
– tepelná izolácia,
– parozábrana,
– nosná strešná konštrukcia,
– vnútorná omietka.
B2 – šikmá strecha, ľahká konštrukcia:
– skladaná krytina,
– prevetrávaná vzduchová vrstva,
– poistná hydroizolácia,
– záklop,
– tepelná izolácia + nosníky,
– záklop,
– parozábrana,
– tepelná izolácia + laty,
– sádrokartón.
B3 – šikmá strecha, ľahká konštrukcia:
 -skladaná krytina,
– prevetrávaná vzduchová dutina,
– poistná hydroizolácia,
– tepelná izolácia + nadkrokvové držiaky,
– záklop,
– tepelná izolácia + krokvy
– parozábrana,
– uzavretá vzduchová dutina + laty,
– sádrokartón.
B4 – šikmá strecha, ľahká konštrukcia:
– skladaná krytina,
– prevetrávaná vzduchová dutina,
– poistná hydroizolácia,
– záklop,
– tepelná izolácia + krokvy,
– tepelná izolácia + laty,
– parozábrana,
– tepelná izolácia + laty,
– sádrokartón.
Táto publikácia vznikla ako súčasť Grantovej výskumnej úlohy VEGA 1/0748/08.
(Pokračovanie nabudúce)
Prof. Ing. Jozef Oláh, PhD.
Ing. arch. Ing. Milan Palko, PhD.
STU- Bratislava, Stavebná fakulta


Recenzoval:
Prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD.


Literatúra:
[1] Oláh, J. a kol.: Poruchy strešných plášťov a ich optimálne opravy, Vydavateľstvo Eurostav, Bratislava, 2006, ISBN 80-89228-02-K
[2] Oláh, J., Šida, M., Šutliak, S.: Strešný plášť pre obytné podkrovie. In: Stavajte a bývajte s nami, ročník VIII, č. 11/2009, Verso 2009, Bratislava, ISSN 1336-1295
[3] Palko, M.: Rekonštrukcie plochých striech. In: ASB – Architektúra. Stavebníctvo. Bývanie. roč. 15, č. 12 (2008)
[4] Palko, M.: Od klasickej k netradičnej strešnej konštrukcii. In: Eurostav roč. 15, č. 4 (2009), ISSN 1335-1249
[5] Smernica č. 2002/91/ES Európskeho parlamentu a rady zo
16. decembra 2002 o energetickej hospodárnosti budov