Vzťah medzi stavebnými izoláciami a stavebnou fyzikou pri strešných plášťoch

1 Úvod

Strešné plášte striech budov sa stali jednou z najproblematickejších konštrukcií pozemných stavieb. Veľké množstvo porúch odzrkadľujú dlhoročné zanedbávanie ich problematiky, medzery v teoretickom poznaní, oneskorenie za vývojom a využitím progresívnych materiálov a technológií oproti rozvinutým krajinám s laboratórnymi zariadeniami. Dlhodobé finančné, nákladové a investičné šetrenie na týchto citlivých konštrukciách sa prejavilo vo svojich dôsledkoch vysokou poruchovosťou so značným ekonomických dopadom. Náklady na obnovu a opravy striech vo väčšine prípadov prekračujú prvotné investičné náklady. Toto konštatovanie je priamo spojené s fyzikou vo všeobecnosti. K tomu je nutné pripojiť výpočtové metódy, ktoré následne musíme konfrontovať s reálnou skutočnosťou praxe. Pre bližšie poznanie javov v strešnom plášti striech budov je nevyhnutné skúmať ich v podmienkach celého systému budovy a prostredia. Samostatnú kapitolu vzťahu medzi stavebnými izoláciami a fyzikou pri strešných plášťoch predstavuje vonkajšia klíma pri montáži a poruche krytiny. Na základe dlhoročných vyhodnocovaní príčin porúch strešných plášťov je možné konštatovať, že vlhkosť predstavuje najväčší problém z hľadiska ich spoľahlivosti.

2 Zamyslenie nad pojmom fyzika

Fyzika je jednou z najstarších disciplín pôsobiacich v ľudskej kultúre. Fyzika je to veda, ktorá skúma objektívne vlastnosti hmoty a najjednoduchšie formy pohybu. Postupne, ako počet poznatkov o prírode narastal, oblasť fyzikálneho skúšania sa zužovala. Oddelili sa biologické vedy, ktoré skúmajú špecifické deje v živých organizmoch, ďalej vedy zaoberajúce sa zmenami v zložení látok (chémia) a iné prírodné vedy ( napr. geológia).

Fyziku rozdeľujeme:
A) z hľadiska historického na
- klasickú,
- modernú.

B) z hľadiska spôsobu štúdia prírodných javov na
- experimentálnu,
- teoretickú,
- aplikovanú.

Podľa obsahu patria do fyziky tieto disciplíny: mechanika, elektrina a magnetizmus, termodynamika, optika, kvantová, atómová, relativity a jadrová. Miera rozlišovania medzi teóriou a experimentom je vo fyzike vyššia než vo väčšine ostatných vied. Teoretickí fyzici pracujú na formulácii konzistentných matematických modelov, ktoré sú v súlade s predchádzajúcimi experimentmi a predpovedajú nové experimentálne overiteľné výsledky, ktoré by za teóriou určených podmienok mali prejavovať tendenciu nastať. Experimentálni fyzici sa odkazujú na experimentálne zistenia, pri vytváraní modelov pracujú s obmedzenou presnosťou meracích prístrojov a experimentálne overujú pravdivosť teoretických modelov, pričom takouto cestou prichádzajú často k novým pozorovaniam. Fyzici pracujú na zosúlaďovaní teórie a experimentu.

Stavebnú fyziku, ktorá sa zaoberá využitím fyzikálnych poznatkov v stavebnej praxi zaraďujeme jednoznačne medzi aplikovanú fyziku. Stavebná fyzika vývojom v praxi a v vzdelávacom systéme sa vykryštalizovala na súčasný stav v ktorom veľa autorov sem zaraďuje oblasti tepelnej techniky, akustiky, denného osvetlenia a insolácie budov. Podľa mojich skúseností je nutné medzi stavebnú fyziku okrem spomenutých oblastí zaradiť protipožiarnu ochranu, materiálové inžinierstvo, dĺžkové a objemové zmeny, vlhkosť a vodu, ochranu pred bleskom. Stavebná fyzika predstavuje vedný odbor v súčinnosti s teóriou a konštrukciami pozemných stavieb. Jej oblasti zamerania z dnešného stupňa poznania musíme považovať za nedostatočné a doporučujem ich rozšíriť o vyššie spomenuté oblasti.

3. Strešný plášť a stavebná fyzika


Strešný plášť je viacvrstvová konštrukcia pozostávajúca spravidla minimálne z tepelnoizolačnej vrstvy, z krytiny a ďalších možných iných vrstiev. Medzi ďalšie vrstvy zaraďujeme spádové vrstvy parozábranu, difúzne fólie atď.. Je to všetko záležitosť typu strechy a nad akým priestorom sa nachádza. Ako príklad analýzy vrstvy strešného plášťa je v ďalšej časti zameraná pozornosť na tepelnoizolačnú vrstvu plochých striech. S touto vrstvou sú vari najviac spojené získané poznatky z hľadiska jej degradácie.

3.1 Tepelnoizolačná vrstva - degradácia

Z tepelno-technických vlastností tepelnoizolačnej vrstvy sú z hľadiska jej degradácie najdôležitejšie: súčiniteľ tepelnej vodivosti, vlhkostné a difúzne vlastnosti materiálu. V materiáli zabudovanom do strešného plášťa, dochádza k veľkým výkyvom vlhkosti a tým aj ku zmene tepelnej vodivosti. V strešných plášťoch, v ktorých nemožno vylúčiť kondenzáciu, by sa malo počítať s premenlivou hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti v závislosti od vlhkosti a teploty. Správna funkcia tepelnoizolačnej vrstvy v systéme strešného plášťa je závislá od vlastnosti materiálu, jej umiestnenia v skladbe strechy a samotnej konštrukcie strechy. Je vystavená špecifickým a často protichodným podmienkam. Metodika posudzovania tepelno-technických vlastností podľa noriem STN už nepostačuje na presné poznanie fyzikálnych dejov a je potrebné použiť simulačné výpočtové programy, ktoré však vyžadujú poznanie ďalších fyzikálnych vlastností materiálov. Rozdielne vlastnosti rôznych tepelnoizolačných materiálov vzhľadom na degradačné vplyvy predurčujú ich vhodnosť pre rôzne konštrukcie strechy budov.

3.2 Analýza realizovaných striech

Predmetom analýzy boli nasledovné tepelno-technické vlastnosti: tepelný odpor konštrukcie strechy, hmotnostná vlhkosť a množstvo skondenzovanej vodnej pary v tepelnoizolačnej vrstve. Ako prvý krok analýzy boli urobené výpočty tepelno-technických vlastností na základe výpočtových vzťahov podľa STN. Výpočtová hodnota množstva skondenzovanej vodnej pary bola stanovená na základe výsledkov simulačného programu a veku konštrukcie. Charakteristiky materiálov boli vo výpočtoch uvažované v súlade s hodnotami STN. Analyzovaných bolo celkovo 39 strešných plášťov plochých striech, z toho 36 jednoplášťových a 3 dvojplášťové bytových domov, školskej budovy, hospodárskeho objektu a rodinného domu. Materiál tepelnoizolačnej vrstvy bol škvarobetón, pórobetón, penový polystyrén, polyuretán a minerálne vlákno. Vypočítaný tepelný odpor R (m2.K/W) analyzovaných konštrukcií bol v rozmedzí 1,8 až 2,15 v 33,3% prípadoch a odpor väčšom ako 3 v 2,6% prípadoch. Z hľadiska veku realizácie analyzované ploché strechy mali od 12 do 25 rokov. Analýza výberu konštrukcií plochých striech prostredníctvom výpočtových programov preukázala, že v klasických skladbách dochádza ku kondenzácii a nepriaznivej celoročnej bilancii skondenzovanej a vyparenej vlhkosti. Z analýzy tepelnoizolačných materiálov na reprezentačnej vzorke plochých striech vplýva, že výsledky výpočtu bilancie vlhkosti v konštrukcii podľa metodiky normy STN sa odlišujú od reálnych hodnôt s rozptylom 30% pri 29% strechách a viac ako 30% pri ostatných strechách. Pri porovnávaní vypočítaných hodnôt tepelného odporu R plochých striech budov so vstupnými dátami podľa STN s výsledkami získanými na skutočných skladbách sa tieto hodnoty zhoršujú o značnú hodnotu v rozmedzí 7,6 až 18,1%.

4 Záver

Na poruchách strešných plášťov striech budov sa veľkým percentom podieľa tepelnoizolačná vrstva a vlhkosť. Ohrozenie funkcie tepelnoizolačnej vrstvy vedie k vyvolaniu ďalších chýb a porúch v ďalších vrstvách strešného plášťa. Tepelná izolácia priamo ovplyvňuje energetickú efektívnosť budovy a kvalitu umelého životného prostredia v interiéri. Výpočtové metódy, ktoré sa v súčasnosti používajú na stavebno-fyzikálne posúdenie konštrukcií strešných plášťov striech budov, dávajú len približný obraz o fyzikálnych dejoch v streche. V tepelno-technických výpočtoch sa nezohľadňujú, napríklad zmeny fyzikálnych vlastností, ktoré sa zúčastňujú na tepelnom a vlhkostnom režime strešného plášťa strechy budov. Dlhoročné použitie konštrukcií strešných plášťov striech budov ponúka možnosť zovšeobecnenia skúseností s funkciou, poruchami a správaním sa materiálov tepelnoizolačnej vrstvy. Toto zovšeobecnenie by mohlo byť smerodajné pre spresnenie výpočtových metód, alebo voľbu optimálnej skladby pre rôzne materiály tepelnoizolačnej vrstvy a rôzne konštrukcie strešných plášťov. Tepelný odpor strešných konštrukcií závisí od hrúbky tepelnoizolačnej vrstvy. Vplyvom prítomnosti vlhkosti, ktorá vznikla kondenzáciou, alebo zatekaním zrážkovej vody, došlo k zhoršeniu tepelnoizolačných vlastností analyzovaných plochých striech o 7,6 až 18,1%. Z analyzovaného výberu sa uvedené konštrukcie javia ako značne nespoľahlivé.

PREHLÁSENIE

Táto práca bola podporovaná Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaŠ SR, Komisiou VEGA pod registračným číslom projektu 1/0710/13.

Literatúra

[1] HANZALOVÁ, L. – ŠILAROVÁ, Š. a kol.: Ploché strechy. Praha, ČKAIT, 2005. ISBN 80-86769-71-2
[2] KUTNAR, Z.: Súbor článkov o plochých strechách. Praha, ČSUTS, 1982. č.p. 60-72-82 – (2322)
[3] NOVOTNÝ, M. a kol.: Hydroizolácie plochých striech. Praha, Grada Publishing, 2014. ISBN 978-80-247-5002-6
[4] OLÁH,J. a kol.: Poruchy strešných plášťov a ich optimálne opravy. Bratislava, EUROSTAV, 2006. ISBN 80-89228-02-K
[5] OLÁH,J.: Súbor expertíznych posudkov striech. Bratislava, SvF STU 1993-2015
[6] OLÁH,J.: Ako je to s vlhkosťou v plochých strechách. In: Sympózium STRECHY 2014. Bratislava, SvF a CSS, 2014. ISBN 978-80-89728-01-5
[7] STERNOVÁ, Z.: Zateplenie budov. Tepelná ochrana. Bratislava, JAGA GROUP, 1999. ISBN 80-88905-11-7
[8] ŠTEFKO,J.: Degradácia tepelnoizolačnej vrstvy v plochých strechách. In: Kandidátska dizertačná práca. Bratislava, SvF STU 1995

Článek má souvislost s akcí Izolace 2016 (21.01.2016).

Anotace

Česky

Z hľadiska spoľahlivosti strešných konštrukcií budov hrá rozhodujúcu úlohu fyzikálna analýza strešného plášťa. Musíme si uvedomiť, že fyziku možno rozdeliť podľa metód práce, ktoré fyzici používajú na experimentálnu, teoretickú a aplikovanú. V príspevku je poukázané na oblasti, ktoré zaraďujeme v súčasnosti do stavebnej fyziky a zároveň je uvedený zoznam oblasti, ktorý by bol vhodne zaradiť do stavebnej fyziky. Stavebnú fyziku zaraďujeme podľa metódy práce na aplikovanú. Analýza realizovaných plochých striech budov z hľadiska tepelnoizolačných vlastností poukázala na reálnosť hodnôt, ktoré sa značne odlišujú od vypočítaných hodnôt klasickou metódou podľa STN, ako aj simulačnými výpočtovými programami.