Extrudovaný polystyren (XPS) v užitných střešních pláštích, zásady správné aplikace a dopady nedodrž

/autor: Ing. Stanislav Štajer/

Extrudovaný polystyren (XPS) jako tepelná izolace plochých střech je standardně používaný materiál, který má své místo ve skladbě plochých střech více než 50 let a během této doby prokázal svou funkčnost a to i při extrémních návrhových podmínkách jako jsou výrazné kolísání teplot, mechanické namáhání, vliv vlhkosti atd. Ve skladbách konvečních plochých střech se dnes setkáváme s celou řadou tepelných izolantů jako jsou minerální, skelná vlákna, expandovaný polystyren (EPS), extrudovaný polystyren (XPS), polyuretany (PUR/PIR), pěnové sklo atd. V tomto příspěvku bych se rád zaměřil na užitné ploché střechy s obráceným pořadím vrstev nebo též inverzní ploché střechy. Zde jsou však již možnosti použití tepelné izolace značně omezené, z důvodů požadavků na tepelný izolant. Na okraj bych se rád krátce zmínil o samotném principu obrácenné ploché střechy. Systém obrácené ploché střechy byl vyvinut v 50. letech minulého století v USA a v Evropě se poprvé začal využívat v 60. letech v ruku v ruce s novým XPS materiál na trhu. Idea skladby inverzní střechy byla jednoduchá, nic víc než zaměnit pořadí tepelné izolace a hydroizolace a tím nabídnou jednoduchou skladbu s rychlou a snadnou instalací na obecně platném principu: směrem ven z konstrukce střechy by měl růst tepelný odpor vrstev (m2K/W) a zároveň se zmenšovat jejich difuzní odpor (μ). Hydroizolace se přesune na vnitřní stranu konstrukce a spojí funkci hydroizolace a parotěsné zábrany střechy. Tepelná izolace nad hydroizolací pak zabezpečí tepelnou izolaci s dalšími funkcemi jako jsou ochrana hydroizolace, přenos zatížení apod. Tepelně izolační materiál splňující požadavky ve skladbě inverzní ploché střechy bez použití povrchovým ochran či jiných úprav je defakto jen jeden, a to extrudovaný polystyren do všech aplikací inverzních střech.


Obr.: porovnání teplotního namáhaní hydroizolace u konvenční a obrácené ploché střechy 



    


V této souvislosti bych rád zmínil nově zpracovávanou technickou směrnici organizace EOTA (European Organization for Technical Approvals), která bude řešit skladbu inverzní střechy jako celku. Doposud je v kompetenci autorizované osoby či na realizační firmě jaký druh materiálu použije, vycházejíc zejména z deklarovaných hodnot jednotlivých výrobků v navržené skladbě střechy, nejčastěji dle EN produktových norem. Ty však řeší jen samotný materiál,  nikoliv skladbu ploché střechy jako celek.


Dle provozních nároků lze střešní pláště rozdělit z pravidla do níže uvedených základních skupin:


Nepochozí – s štěrkovým posypem či varianta DOU střechy
 


Pochozí  – střešní terasy s dlaždicemi na distačních podložkách či ve štěrkovém loži


 



Pojížděné – parkoviště s lehkým či těžkým provozem se zámkovou dlažbou, betonovými prefabrikáty či žb monolitickou deskou


 


 


Vegetační – střešní zahrady, zelené střechy řešené s kombinovanou drenážní a vegetační vrstvou nebo s oddělenými vrstvami pro extenzivní či intezivní využití


  


První skupinou jsou nepochozí střechy bez užitné funkce s možností přístupu pro pravidelnou kontrolu samotné střechy a pro opravu či seřízení technických zařízení budovy, jako je klimatizace či telekomunikační zařízení.
 
Zbývající tři skupiny představují provozní střechy s různorodou skladbou vrstev nad tepelnou izolací  a konečnou povrchovou úpravou. Souvrství zabezpečuje dle výše uvedených názvů potřebnou funkci, např. distribuci zatížení, podmínky pro vegetaci, potřebnou přítěž proti vztlaku větru a ochranu před UV zářením či ohněm.


Hlavní výhody ploché střechy s obráceným pořadím vrstev


1) nákladově a tepelně efektivní zůsob instalace
 – jednoduchá, rychlá a snadná realizace
 – malá náchylnost na teplotní a vlhkostní namáhání
 – tepelná izolace a ostatní vrstvy mohou být instalovány i za méně vhodných klimatických
   podmínek
2) difuzně otevřený systém
 – dlouhodobě funkční hydroizolace (ochrana pře teplotními výkyvy, UV zářením, mechanickým
   namáháním atd.)
 – konstrukce bez dodatečné parotěsné zábrany
3) jednoduchá renovace či možnost opravy
 – rychlá identifikace problému
 – jednoduchý a rychlý přístup ke konstrukčním vrstvám (vrstvy nad hydroizolací jsou volně
   kladeny)
 – možnost znovoupoužití xps desek (dlouholetá stálost materiálu, nepodléhající degradačním
   vlivům)


Obr.: možné druhy plochých střech s obráceným pořadím vrstev
     


 


Zásady správné instalace – požadavky na jednotlivé vrstvy ve skladbě střechy


1. Nosná konstrukce


Nosná část konstrukce střechy musí být dimenzována na staticky min. únosnost dle provedených výpočtů v souladu s platnými předpisy či normami pro daný typ užitné střechy. Doporučujeme nosnou konstrukci s minimální plošnou hmotností 250 kg/m2 a tepelným odporem R ³0.15 (m2K)/W zabezpečující dostatečnou tepelnou stabilitu kce v případě krátkodobého průsaku přívalové vody skrz spoje desek a možné ochlazení konstrukce s kondenazcí na vnitřní straně. Dále doporučujeme sklon 1-3% pro snadný a rychlý odtok vody do vpustí, které jsou vždy nejnižším bodem kce střechy. V některých případech není sklon požadován, v takovém případě je doporučeno individuálně posoudit projekt s navrženou skladbou.


2. Hydroizolační vrstva


Hydroizolace se pokládá přímo na rovnou, resp. vyspádovanou vrstvu nosné konstrukce. Před samotnou pokládkou hydroizolace musí být plocha zbavena nečistot, volných zbytků a proveden penetrační nátěr. Vrstvu hydroizolace by měly tvořit dvě vrstvy hydroizolačních pásů, druh použitých pásů, vždy dle individuálních potřeb projektu a specifikace projektanta (např. druh pásu s vložkou, resistivita proti zakořenění atd). Jedinný problém, který byl v minulosti zaznamenán, byly měkčené PVC pásy, obsahující organické rozpouštědla s negativním vlivem na XPS, v podobě nevratné degradace materiálu. Z pohledu dnešní technologie výroby PVC hydroizolací, lze však řící, že toto riziko představuje okrajový problém. Platí však vždy zásada, obrátit se na výrobce v případě jakýkoliv nejastností ohledně slučitelnosti s polystyrenem!!! Od okamžiku položení hydroizolace je další postup prací značně nezávislý na počasí a tím poskytnuta prodloužená stavební připravenost kce pro relalizaci střechy v průběhu roku.
 
3. Tepelná izolace z extrudovaného polystyrenu (XPS) – ROOFMATE SL, FLOORMATE 500,   FLOORMATE 700
 
XPS desky jsou volně pokládány na hydroizolaci těsně k sobě s vystřídanou spárou na vazbu. Desky jsou opatřeny po celém odvodu polodrážkou pro řádné spojení bez tepelných mostů. Standardní rozměry desek jsou 1250x600mm s hladkým-extruzním povrchem. Volně kladené desky tepelné izolace s vystřídanou spárou pak poskytují ochranu hydroizolaci před teplotními výkyvy, opakovaným cyklům mráz-tání či roztažností a smršťováním. Další výhodou je rovněž ochrana před mechanickým poškozením hydroizolace jak v průběhu realizace tak následně po celou dobu životnosti střechy. S tím souvisí i prodoužená životnost střešního pláště pohybující se v rozmezí 30-45 let, doložena posudky znalců a realizovanými projekty v Evropě. Existují odebrané vzorky materiálu Styrofoam z projektů po více než 20 letech, které potvrzují funkčnost XPS jako tepelné izolace ve skladbě obrácené ploché střechy.
Výhodou extrudovaného polystyrénu je vynikající koeficient stlačitelnosti/roztažnosti a tím viskoelastické chování. Tato elasticita znamená, že, izolace se dokáže přizpůsobit určitým nepravidelnostem podkladu.


Obr.: volmé položení XPS desek na hydroizolaci s vystřídanou spárou
      


4. Separační vrstva – geotextílie


Z důvodu oddělení tepelné izolace od vrchních souvrství střechy se provádí separační vrstva pomocí geotextílie. Použitá geotextílie by měla být z netkaných látek, difuzně otevřená a s nízkou retenční nasákavostí, s vyloučením možnosti vytvořit parotěsnou zábranu. Dále pak jsou požadavky zejména na její odolnost proti prorůstání kořínků a pevnost v tahu. Minimální přesahy 100 mm a dle zkušeností je vysoce doporučeno používat gramáž do 180g/m2 se světlou barvou. Osvědčily se zejména polypropylenové textílie s plošnou hmotností 140g/m2, příkladem může být Roofmate R nebo Typar. Nevhodně zvolená geotextílie může být pak příčinou problémů už při samotné instalaci, následně i v průběhu životnosti střechy.


Obr.: příklad vhodné geotextílie Roofmate R a její separační funkce ve skladbě střechy

      
5. Přítlačná-stabilizační vrstva


U inverzních plochých střech se pro stabilizaci spodních vrstev využívá hmotnosti vrchní  přítlačné vrstvy. Stabilizace se provádí zejména z důvodu zabezpečení proti sání větru. Je nezbytné navrhnout dostatečnou přítěžovou vrstvu ať se jedná o štěrkový zásyp, vegetační vrstvu, betonovou dlažbu/dlaždice, železobetonovou desku či betonové prefabrikáty. U zatížení štěrkovou vrstvou by sklon střechy neměl být větší než 10%, aby nedocházelo k posunům kameniva. Dále pak vrstvy nesmí obsahovat výrazný podíl jemných částic, aby nedocházelo k zanášení odvodňovacích prvků, tzn. použít jen prané kamenivo o min. frakci 16 a tloušťky 50mm. U některých rekonstrukcí je únost střešního pláště výrazně omezena  a plnohodnotnout přítěžovou vrstvu nelze použít. V tomto případě fy. Dow nabízí speciální desky Roofmate LG (obrázek č. 2.) navržené pro případ oprav či výstavbu lehkých střešních pláštů s omezeními. Desky Roofmate LG z extrudovaného polystyrenu jsou opatřeny vrchní krycí vrstvou z plastbetonu o tloušťce 10mm. Tyto desky kombinují jak tepelnou ochranu konstrukce tak zároveň i stabilizační funkci. Hmotnost desek je pouze 25kg/m2 s obvovým spojem pero-drážka zabezpečující vzájemnou provázanost desek v celé ploše střechy.
Po okraji střechy a v rozích, kde dochází k největšímu riziku vztlaku větru se musí použít dodatečná  přitěž např. betonovými dlaždicemi. Viz. obrázek č.1.



      
Je plně na autorizováné osobě navrhout potřebnou přitěž, kde při výpočtu svou roli hraje nejenom výška budovy ale i tvar, členitost střšního pláště, výška atik atd. Výpočet se řídí ČSN EN 1991-1-4.


Možné chyby, nedostatky při instalaci či realizaci a skloňované poruchy plochých střech s obráceným pořadí vrstev


Nevhodná a nefukční separační vrstva z geotextílie


Jak již bylo zmíněno, je volba správné geotextilie jako separační vrstvy velmi důležitá. Často se v projektu setkáváme s použitím geotextilií s hmotností 300-500g/m2, tmavé barvy, které s kombinací jižní orientace plochy a vystavení letních teplot mohou způsobit deformace XPS desek. Tento jev se vyskytuje zpravidla u dvouvrstvé skladby XPS desek, kde teplotně namáhaná vrchní deska je odizolována spodní vrstvou XPS. Nevhodná geotextílie pak při intenzivních slunečních letních dnech absorbuje a kontinuálně přenáší zvýšené teplotní namáhání na vrchní vrstvu desek, u kterých může dojít k deformacím vlivem rozdílných teplot mezi vrchní a spodní vrstvou. Deformace prvotně probíhá u desek ve směru horizontálním (extruzním), avšak ta je omezena těsnou skladbou desek včetně pevného ohraničení např. atikou. Desky se pak mohou deformovat ve směru vertikálním, takzv. efekt zvlnění desek. Viz. obrázky. Dodržením vhodné geotextílie s nízkou hmotností do 180 g/m2 se světlou barvou lze výše popsanému efektu předejít. 

 

Také nenásákavost geotextílie s difuzní paropropustností je nezbytnou podmínkou pro správnou funkci střešního pláště. V případě nesplnění tohoto požadavku, bude geotextílie tvořit difuzně uzavřenou vrstvu v konstrukci střechy představující riziko zvýšené kondenzace vlhkosti v samotných deskách a to na pricipu, že vlhkost nemůže difundovat z mezivrstvy pod tepelnou a nad vodotěsnou izolací, kde lze očekávat relativní vlhkost a tedy i poměrně vysoký tlak vodní páry. Na vnější straně extrudovaného polystyrenu (XPS) je tlak vodní páry nižší, čímž vniká rozdíl tlaků a hnací mechanismus difúze vodní páry.
 
Jednovrstvá versus Dvouvrstvá instalace extrudovaných desek


Často kladenou otázkou je zda použít jednu vrstvu nebo dvě vrstvy XPS a v čem jsou možná rizika či rozdíly. V minulosti bylo dle platných požadavků na tlouštku tepelné izolace v konstrukci střechy zásadou vždy použít jednu vrstvu desek. Příznivci dvouvrstvé varianty poukazovaly na tepelné mosty, které jsou však řešeny polodrážkou po obvodě desky a propagovali tuto variantu víceméně z důvodu omezené možnosti nabízet XPS desky v tloušťkách 120 mm a více. Použití desek v jedné vrstvě je nejméně rizikové z hlediska difuze vlhkosti směrem ven z konstrukce, avšak s narůstajícími požadavky na tloušťku desek dle normových hodnot U (projekty s tloušťkou 200mm a více) a zejména pak dostupnost standardně vyráběných tlouštěk 160mm dává prostor použít dvouvrstvou XPS skladbu. U jednovrstvé koncepce je třeba brát v úvahu technologické možnosti výrobců ve vazbě na toleranci tlouštky a rovinnosti dle EN 13164 u desek nad 120mm (tolerance tloušťky -2/+8mm, rovinnost +7mm) a v porovnání s dvouvrtvou skladbou i vyšší výpočtovou hodnotu součinitele tepelné vodivosti. Obecně platí zásada: vždy použítí jednovrstvou skladbu v konstrukci s tepelnou izolací tloušťky min. 120 mm. Pro informaci, fy. Dow dodává standardně tlouštky do 160mm a na základě objednávky až do 200mm.


Dvouvrstvé řešení je dle Našich propočtů a zkušeností možné použít pro tloušťku od 140 mm, se spodní vrstvou XPS min. 80mm, tzn. kombinace 80+60mm. Nedostatkem tohoto řešení je možná dlouhodobá větší hodnota násákavosti spodních desek oproti deklarované hodnotě. Zvýšená násákavost je dána obdobným mechanismem jako u výše zmiňované nasákavosti v případě nesprávné geotextílie. Funkci vrstvy s vysokým difúzním odporem v tomto případě plní možný výskyt vodního filmu mezi spodní a vrchní vrstvou XPS desek. Při dodoržení min. 80 mm tloušťky spodní vrstvy je tento jev zvýšené nasákavosti desek podstatně redukován. Čím má spodní vrtsva větší tloušťku (100/120mm) tím je možnost zvýšené vlhkosti v deskách menší. Pro zachování navržených tepelně izolačních hodnot střechy doporučujeme započítat ve dvouvrstvé skladbě +10mm tepelného izolantu, který kompenzuje možné zvýšení vlhkosti v deskách resp. zvýšení součinitele tepelné vodivosti. Výpočtem bylo rovněž doloženo, že jednovrstvá skladba z xps o tloušťce 120 mm odpovídá 140 mm dvouvrtsvé skladbě (zadávací hodnoty výpočtu byly pro průměrné hodnoty nasákavosti po 40 letech a za předpokladu že mezi deskami uvažujeme stálý vodní film).


Obr.: porovnání R hodnot jedno versus dvouvrtsvé skladby inverzní ploché střechy


 

Obecně tedy platí:



  • jednoznačně nedoporučujeme dvouvrstvou skladbu v tloušťkách do 120mm,

  • v případě dvouvrstvé skladby je hodnota tepelného odporu 140mm srovnatelná s jednovrstvou kcí 120mm a to i přes lepší výchozí hodnoty součinitele tepelné vodivosti,

  • od tlouštěk 140mm je návrhová hodnota dvouvrstvé kce o 5% horší (-0,20m2K/W) než u jednovrstvé skladby, doporučujeme navýšit o +10mm,

  • u dvouvrstvé skladby vždy tloušťka dolní vrstvy min. 80/100mm.

Rovinnost a tolerance tloušťky desek, zejména pak možná nestabilita v případě dlažby na podložkách


Nejčastěji reklamovanou závadou je nerovnost podkladu a nestabilita povrchu dlažby v případě dlažby na podložkách. Tento jev ovlivňují faktory jako jsou nevhodně výškově provedené přesahy u hydroizolace, pokládka tepelně izolačních desek na průběžný spoj hydroizolace a samotné uložení dlažby. Tento jev se zejména váže na použití nerektifikačních podložek (plastové terče či pryžové prvky). Pro tloušťku nad 120mm doporučujeme jiné řešení, minimálně použít reftifikovatelné podložky z důvodu možných větších tolerancí tlouštěk desek, či řešení pomocí pokládky do štěrkového lože či betonové mazaniny.


Propálení desek XPS nedopalkem, únik ropných látek


Zmiňovaný jev se vyskytl v minulosti na veřejně přístupných střešních terasách krytých dlažbou na podložkách, v případě nedostatečného utažení dlažby. Ať již pomineme fakt, že se nejedná o chybu XPS, ale o špatně provedenou instalaci dlažby, je riziko propálení skrz celou tloušťku izolace velice malé. Odhozený nepodalek není zdrojem intenzivního ohně a extrudovaný polystyren navíc obsahuje retardér hoření, který eliminuje riziko vznícení v případě krátkodobého vystavení ohněm. Vezmeme-li i značně pesimistickou úvahu propálení až na samotnou hydroizolaci, jedná se v tomto případě o bodový úbytek tepelné izolace v porovnání s celoplošnou tepelnou izolací pod dlaždicemi v rámci střechy.


Únik ropných látek je spojován s parkovišti se zámkovou dlažbou či betonovými prefabrikáty, kde však samotná dlažba se zásypem, tak drenážní vrstva a separační geotextílie ochrání XPS v případě běžných úkapů oleje, benzínu či nafty od parkujících vozidel. 


Rozvoj kořenového systému ve vegetačním souvrství


V součastnosti je zcela běžné, že používané materiály ve skladbách střech jako jsou separační textílie či hydroizolace jsou odolné proti prorůstání kořínků. Samotný XPS je pro kořenový systém nepropustný, pouze u spojů mezi deskami je možné proniknutí kořínků pod desku. Jev prorůstání kořínku byl pozorován u dlažby na terasách pokládané do kamenné drtě či štěrkového posypu u nepochozích střech. Správným použitím frakce vymývaného kameniva společně s odolností separační textílie se tento jev eliminuje, nicméně se neubráníme možnému výskutu náletové vegetace či plevele přeneseného větrem. Ani ten by však díky resistentním vlastnostem výše uvedených vrstev neměl způsobovat poruchy ve střešním plášti. Zde bych rád upozornil, že u každé střechy je potřeba zajistit pravidelnou prohlídku střechy s údržbou, tzn. odstranění plevele a nechtěné náletové zeleně.


Podtékající srážková voda a její vliv na  tepelné ztráty


Evropská norma EN 6946 (Stavební prvky a stavební konstrukce – tepelný odpor a součinitel prostupu tepla – výpočtová metoda) udává přirážku 0,04 jako zhodnocení vlivu podtékající srážkové vody pod vrstvou tepelné izolace z extrudovaného polystyrenu u inverzních střešních konstrukcí. V tomto případě se jedná o zhruba 5% penalizaci k hodnotě tepelné propustnosti, která představuje pro návrh hodnotu +10 mm tepelného izolantu. Tato přirážka eliminuje možný problém v případě prudkého přívalového deště či tání velkého množství sněhu, který může vést k částečnému podtékání tepelné izolace skrz spoje desek a následnému ochlazování nosné konstrukce s možností kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu střešního pláště. K tomuto jevu může dojít především v případech objektů s větším vlhkým vnitřním prostředím a zejména v případech nosných konstrukcí s nižší tepelnou stabilitou, tzn. lehkých nosných konstrukcí. Zde platí již výše zmíněná doporučená hodnota pro nosnou konstrukci min. 250 kg/m2 s tepelným odporem R ³0.15 (m2K)/W zabezpečující dostatečnou tepelnou stabilitu a tím i zamezení možné kondenzaci vodních par. V případě, že nemůžeme dodržet tyto návrhové hodnoty či u provozů s velkou vnitřní vlhkostí, je možné použít variantu DUO střechy s kombinací teplené izolace pod a nad hydroizolací.
Zde bych rád upozornil na možnost použití separační membrány Rofmate MK, kterou vyvinula fy. Dow (viz. obrázek) a která eliminuje jak výše popsaný efekt možného průtoku srážkové vody skrz spoje desek, tak i možné problémy se vznikem konstatní parotěsné zábrany ať již nevhodně zvolenou separační geotextilií či konstatním vodním filmem ve dvouvrstvé konstrukci desek XPS.


Obr.: položení separační membrány Roofmate MK, zabraňující průsaku srážkové vody skrz tepelnou izolaci
    


Pro více informací o výrobcích STYROFOAM a jejich použití navštivte webové stránky www.styrofoam.cz, či kontaktujte distrubutora společnost RAVAGO RESINEX CZ s.r.o. (www.ravago.cz).