Zátěžové střechy z pohledu stavební tepelné techniky, část 2.
5. Výsledky
Výše zmíněným softwarem byly získány následující výsledky. Výpočet byl proveden jak pro střešní skladbu bez parozábrany tak i varianta s parozábranou umístěnou pod spodní vrstvou tepelné izolace.
Obr. 2 – Přehled výsledků výpočtů pro varianty bez a s parozábranou
Pozn.: označování jednotlivých skladeb střech:
např.: DUO 6 / 8 … tloušťka tepel.izolace POD a NAD hydroizolací v cm
– U součinitel prostupu tepla konstrukcí
– Tsi,p = θsi,cr vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách
– Gk, Gv množství zkondenzované, vypařené vodní páry (kapacita odparu)
– Ma akumulovaná vlhkost
6. Grafy
Nejprve je uveden pro názornost graf (Obr.3) znázorňující vliv množství srážek a vliv poměru tlouštěk tepelné izolace nad a pod hydroizolací na součinitel prostupu tepla (resp.na přirážku ΔU). Zlomy v křivkách jsou dány zaokrouhlováním výpočtového softwaru :
Obr.3 – Vliv množství srážek a vliv poměru tlouštěk tepelné izolace nad a pod hydroizolací na přirážku k součiniteli prostupu tepla ΔU
Výpočet byl proveden se zahrnutím vlivu srážek i bez něj a v podvariantách s a bez parozábrany. Následující vybrané grafy zobrazují variantu bez použití parozábrany, tedy „méně bezpečnou“ variantu. První graf (Obr. 3) zobrazuje křivky součinitele prostupu tepla U jak pro tuto veličinu se zahrnutím vlivu srážek, tak i bez něho, druhý graf (Obr. 4) porovnává zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry.
Obr.4 – Varianta součinitele prostupu tepla U jak pro tuto veličinu se zahrnutím vlivu srážek, tak i bez něho
Obr.5 – Graf porovnávající zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry
7. Vyhodnocení výsledků
7.1 Součinitel prostupu tepla
Vzhledem k tomu, že pro výpočet v programu TEPLO byla použita stejná celková tloušťka tepelné izolace, tedy 140 mm, dalo se předpokládat, že výsledný součinitel prostupu tepla bude pro všechny varianty téměř stejný. Rozdíly v řádu tisícin až setin jsou dány tím, že pro výpočet součinitele prostupu tepla celé skladby byl použit jiný součinitel prostupu tepla pro tepelnou izolaci pod hydroizolací a nad ní. Tepelná izolace (extrudovaný polystyren) nad hydroizolací má zvýšen (zhoršen) součinitel prostupu tepla o 15 % kvůli obtékající a ochlazující vodě (oproti tepelné izolaci zabudované v suchém prostředí).
Pro extrudovaný polystyren byla zadávána hodnota λ = 0,038 W/mK s tím, že v případě, kdy je tepelná izolace umístěna nad hydroizolací byla tato hodnota z výše uvedených důvodů zvýšena o 15 %. Výsledná hodnota pro tyto části skladby je pak λ = 0,044 W/mK .
Výsledné vypočtené hodnoty bez uvážení vlivu srážek se pohybují v rozmezí od 0,218 do 0,239 W/m2K, což jsou hodnoty splňující normový požadavek ČSN 73 0540 [1], ovšem po zahrnutí vlivu srážek dostáváme výrazně jiné, vyšší hodnoty, které již normový požadavek nesplní. Je pak jednoznačně nutné zesílit tloušťku tepelné izolace.
7.2 Vnitřní povrchová teplota θsi,cr
Výsledné vypočtené hodnoty se pohybují v rozmezí od 15,73 ºC do 16,25 ºC, což jsou hodnoty dostatečné dle posouzení s normou ČSN 73 0540 [1].
Pokud jsou v současnosti splněny normové podmínky pro součinitel prostupu tepla, nebývají s posouzením konstrukce na vnitřní povrchovou teplotu problémy (při obvyklých vlhkostních poměrech).
7.3 Zkondenzované a vypařené množství vodní páry
Řešení kondenzace v konstrukci střešních plášťů je v současnosti jeden z největších problémů. Z hlediska kondenzace vodních par je velice důležitá funkce parozábrany. Pokud je tato vrstva nekvalitní, špatně instalovaná nebo poškozená, ať už při pokládce nebo později, dochází k pronikání vodních par do tepelně izolačních vrstev a k jejich kondenzaci. Normový požadavek, aby bilance zkondenzovaných vodních par byla kladná, tedy aby vypařené množství par (resp.kapacita výparu) byla větší než samotné zkondenzované množství. Tento požadavek je splněn (viz graf na Obr.5). Zároveň je splněn požadavek maximálního zkondenzovaného množství vodních par, což je pro jednoplášťové ploché střechy 0,1 kg/m2,rok (viz Obr.2). Samozřejmě musí být splněn také požadavek, že kondenzace v konstrukci, pokud k ní dochází, nesmí tuto konstrukci ohrozit.
Pozn.: Přestože bilance vyjde kladná, rozdíl mezi množstvím zkondenzovaným a vypařitelným bývá někdy tak malý, že by mohl v reálné konstrukci způsobovat problémy – stačí např. trochu vyšší faktor difúzního odporu reálné hydroizolace, než který je zaveden do výpočtu.
7.4 Akumulovaná vlhkost na konci modelového roku Ma
Akumulovaná vlhkost v konstrukci je hmotnostní množství vlhkosti, které se v určitém čase v konstrukci vyskytuje. Na konci modelového roku musí být tato hodnota nulová, což znamená, že vlhkost se z konstrukce musí zcela vypařit, nesmí se zde postupně hromadit. Tuto podmínku nesplňují obvykle střešní skladby s větším množstvím tepelné izolace nad hydroizolací. Nejproblematičtější je situace třeba tam, kde je nízká jak vnitřní tak venkovní teplota.
Je-li do výpočtu zahrnuta parozábrana, výrazně se tím zlepší bilance akumulované vlhkosti a samozřejmě sníží množství vlhkosti, která se akumuluje.
Obecně vychází z tohoto i dalších podobných výpočtů jiných variant skladeb, které z kapacitních důvodů nejsou uvedeny, závěr, že je vhodné volit poměr tlouštěk izolací POD a NAD hydroizolací cca do 1:1, tedy tak, aby hydroizolace byla co nejblíže teplejšímu povrchu konstrukce. V případě, že ale je zvolena velmi malá tloušťka izolace pod hydroizolací, je větší část nad ní namáhána obtékající vodou a tím je nepříznivě redukován celkový součinitel prostupu tepla.
7.5 Vliv srážek na součinitel prostupu tepla
Výpočet vlivu srážek na součinitel prostupu tepla vychází samozřejmě z množství těchto srážek, dále z dílčího tepelného odporu izolace nad hydroizolací, tedy z tloušťky tepelné izolace XPS nad hydroizolací (tloušťka v cm je dána číslem před znakem „/“ v názvu skladby) a dále z celkového tepelného odporu konstrukce. V extrémním případě, kdy je nad hydroizolací uloženo velké množství tepelné izolace (např.nízký poměr 2:12 cm) a uvažujeme vyšší denní množství srážek (až 4 mm), dosahuje korekce ΔU celkového součinitele prostupu tepla cca 0,07 W/m2K, což rozhodně není zanedbatelná hodnota. Naopak, uvažujeme-li nízké množství srážek (v nižších nadm.výškách), tedy asi 1 mm, je přirážka velmi malá, dle výpočtu se znatelněji projeví až od poměru tepelných izolací pod a nad hydroizolací 4:10 cm.
8. Závěr
S ohledem na předchozí text je jasné, že optimální poměr tlouštěk tepelných izolací je nutné určovat na základě konkrétních okrajových podmínek. Obecně lze říci, že by se měl volit takový poměr, kdy co nejvíce využijeme „lepších“ tepelně izolačních vlastností izolace pod hydroizolací, ale zároveň ještě nedochází k tak výrazné akumulaci vlhkosti v konstrukci, kdy by na konci modelového roku nebyla její hodnota nulová.
Pro zde představenou variantu lze volit optimální poměry tlouštěk ( % POD / % NAD) takto :
bez parozábrany 50 / 50
s parozábranou 65 / 35
Literatura
[1] norma ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov
[2] vyhláška MPO č. 137/1998 Sb.
[3] Ploché střechy, navrhování a sanace, L.Hanzalová, Š.Šilarová a kol., Public History, Praha 2001
[4] Ploché střechy, M.Novotný, I.Misar, Grada Publishing, Praha 2003
[5] Foamglas, Practical Guide to Flat Roofing, Pittsburgh Corning Europe, 1999
Tento článek byl vytvořen za podpory Výzkumného záměru MSM 68 40 77 00 01 Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí.