Konstrukce dřevostaveb s difúzně otevřeným stěnovým systémem

Kvalitu vnitřního prostředí můžeme pozitivně ovlivnit použitím konstrukce s difúzně otevřenou skladbou obvodového pláště, která umožní transfer vodních par (stejně, jako tomu bylo u starších staveb zděných nebo u dřevěných srubových staveb).

Difúzně otevřené konstrukce
U difúzně otevřeného systému je obvodový plášť domu navržen tak, aby umožnil volný prostup plynů a vodních par mechanizmem molekulárního přenosu směrem do exteriéru. Toho je s výhodou využito u novodobých masivních dřevostaveb, kde je konstrukce obvodového pláště tvořena vrstvou masivního dřeva, buď lepeného nebo mechanicky spojovaného. Tato vrstva je doplněna z exteriérové strany vrstvou tepelné izolace s nízkým difúzním odporem. Dřevo dokáže vlhkost z okolního prostředí pojmout, nebo ji v opačném případě do prostředí uvolnit - a díky těmto svým vlastnostem vnitřní prostředí příznivě ovlivňuje. U rámových dřevostaveb, kde je obvodový plášť vytvořen z více vrstev, musí být zaručeno nejenom použití vhodných materiálů, ale především musí být jednotlivé materiály (vrstvy) v konstrukci správně poskládány, aby zvýšené množství difundující vodní páry nebylo příčinou znehodnocení dřeva a ostatních přírodních materiálů v konstrukci použitých. Ve skladbě takovéto konstrukce není použita parozábrana, ze strany interiéru však musí být vrstva s přesně definovaným difúzním odporem, omezující jednak difúzi vodních par na minimální přijatelnou mez a zároveň zamezující konvekci teplého vlhkého vzduchu do konstrukce. Směrem k exteriéru musí být dále vrstvy řazeny tak, že faktor difúzního odporu v konstrukci tímto směrem klesá. Správnost skladby ovlivňuje ještě řada dalších faktorů, především vlastnosti použitých materiálů v jednotlivých vrstvách. V konstrukci se neuplatňuje klasická folie jako parozábrana, její funkci zde přebírá tzv. parobrzdící vrstva. Jedná se o vrstvu materiálu s vysokým difúzním odporem, s dokonale vzduchotěsným napojením v místě spojů. Pro tuto vrstvu jsou používány velkoplošné materiály, které současně plní v rámové konstrukci dřevostaveb funkci výztužného opláštění. Nejčastěji jsou používány OSB desky spojované na pero a drážku s lepenými spoji, sádrovláknité desky lepené ve spárách v kombinaci s parobrzdnou folií, nově se objevují například konstrukce s použitím parobrzdné sádrovláknité desky FERMACELL VAPOR. Při navrhování takovéto konstrukce vždy platí zásada minimalizovat počet spár a prostupů, proto se v těchto případech většinou používá z interiérové strany před parobrzdnou vrstvu předsazená stěna pro vedení instalací. Z exteriérové strany se u těchto konstrukcí používají certifikované fasádní zateplovací systémy s nízkým difúzním odporem, například systémy s použitím měkkých dřevovláknitých desek. Zateplovací systém je nedílnou součástí obvodové stěny, musí proto být posouzen v rámci celé skladby obvodového pláště, včetně všech vrstev použitých nátěrů a lepidel, které mohou významnou měrou ovlivnit celkovou vlhkostní bilanci. Skladba obvodového pláště musí být při návrhu posouzena výpočtem podle ČSN 73 0540-2:2007, kdy se provádí celoroční bilance kondenzace vlhkosti uvnitř konstrukce.

Hodnocení konstrukcí podle ČSN 73 0540-2:2007
Povinnost hodnotit stavební konstrukce z hlediska difúze a kondenzace vodní páry a šíření vlhkosti v konstrukcích je v podstatě zakotvena v ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky čl. 6. 1. Pro stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce mohla ohrozit její požadovanou funkci, se kondenzace uvnitř konstrukce nepřipouští, tedy:

Mc,a = 0

kde Mc,a je roční množství zkondenzované vodní páry.
Pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry neohrozí její požadovanou funkci, se požaduje omezení ročního množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce tak, aby splňovalo podmínku:

Mc,a ≤ Mc,N

kde Mc,a je roční množství zkondenzované vodní páry;
Mc,N je limit pro maximální množství kondenzátu odvozený z minimální plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně.
Rozhodnutí, kdy kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce ohrozí nebo neohrozí její požadovanou funkci, je ponecháno na projektantovi. Příslušná ČSN žádné přesnější postupy pro jeho kvalifikované rozhodnutí neuvádí (viz tab. 1).

Hodnocení výsledků podle kritérií ČSN 73 0540-2:2007
Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2).
Požadavky:
1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce.

Mc,a < Mev,a

kde Mev,a je roční množství odpařitelné vodní páry.

2. Roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu.

3. Roční množství kondenzátu Mc,a musí být nižší než 0,1 kg/m2.rok, nebo 3 % plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot).

Vyhodnocení:
Vyhodnocení prvního požadavku musí provést projektant.

Mc,a < Mev,a

2. Požadavek je splněn.

Mc,a < Mc,N

3. Požadavek je splněn.

Ve většině případů je v běžné stavební praxi projektanty za vyhovující konstrukci považována každá konstrukce splňující požadavky 2 a 3. Tyto požadavky 2 a 3 jsou ovšem požadavky doplňkovými při splnění požadavku 1, jehož vyhodnocení je v podstatě ponecháno pouze na projektantovi.

Měření rovnovážné vlhkosti dřeva v rámové konstrukci obvodových stěn
V rámci řešení dílčího úkolu výzkumného záměru se na Lesnické a dřevařské fakultě MENDELU v Brně dlouhodobě zabýváme právě hodnocením teplotně vlhkostního chování konstrukcí obvodového pláště staveb na bázi dřeva. Hodnocení se provádí pomocí teoretického výpočetního modelu a v návaznosti na tento model ověřujeme získané veličiny měřením na reálných konstrukcích nebo na vzorcích konstrukcí. Jedno z měření rovnovážné vlhkosti dřeva právě v difúzně otevřených konstrukcích obvodového pláště bylo provedeno v klimatizačních komorách akreditované zkušebny Centra stavebního inženýrství a.s. Praha. Pro účely měření byl vyroben zkušební vzorek rozměru 2100x2500 mm, do něhož byla osazena čidla pro měření vlhkosti dřeva s teplotní kompenzací WS-16T, která byla následně stíněnými kabely připojena na ústřednu pro sběr dat Elbez MS3+ (obr. 1, 2).
Rozměry a rámová dřevěná konstrukce zkušebního vzorku byly přizpůsobeny požadavkům měření, tedy rozměrům klimatizační komory a potřebám umístění měřicích čidel (obr. 3).
Měření byla provedena na dvou různých skladbách difúzně otevřené konstrukce obvodových stěn. Skladba nosné části obvodové stěny a rozmístění měřicích čidel je na obr. 4 a 5.
Zkušební vzorky byly v klimatizační komoře po dobu cca čtrnácti dnů vystaveny teplotně vlhkostním podmínkám obvyklým v zimním období v obytných místnostech. Kontrola výsledků měření vlhkosti materiálů v jednotlivých vrstvách konstrukce byla provedena ještě pomocí váhové metody na vyříznutém vzorku ze zkušebního dílce (obr. 7, 8). U zkušebního vzorku s opláštěním sádrovláknitými deskami byly sondy (obr. 5) umístěny v tzv. kompenzační zóně. Hodnoty naměřené těmito sondami byly z dalšího hodnocení vypuštěny.

¤ Obr. 1, 2. Vyroba zkušebniho vzorku obvodove stěny se zabudovanymi čidly pro měřeni vlhkosti dřeva

¤ Obr. 3. Zkušebni vzorek obvodove stěny: zona A - měřena zona pro tepelně technicke vyhodnoceni, zona B - kompenzačni zona. V zoně A je vložena vodorovna přičel pro připevněni měřicich čidel.

¤ Obr. 4. Skladba vrstev pro zkušebni vzorek obvodove stěny s použitim OSB desek pro vnitřni oplaštěni a rozmistěni čidel pro měřeni vlhkosti

¤ Obr. 5. Skladba vrstev pro zkušebni vzorek obvodove stěny s použitim sadrovlaknite desky pro vnitřni oplaštěni a rozmistěni čidel pro měřeni vlhkosti

Vyhodnocení výsledků měření
Z naměřených hodnot rovnovážné vlhkosti dřeva v dřevěné rámové konstrukci je zřejmé, že u obou těchto difúzně otevřených konstrukcí i za velmi nepříznivých podmínek vnitřního a vnějšího prostředí nebude překročena rovnovážná hodnota vlhkosti jehličnatého dřeva 20 %. Pro hodnocení byly z celého souboru naměřených hodnot vybrány časové úseky cca 36 až 48 hod., které bylo možné považovat za kvazi ustálený stav vlhkostní rovnováhy v dřevěné konstrukci. Hodnoty naměřené na konci tohoto kvazi ustáleného stavu pak byly využity pro vlastní výpočet průběhu teplot a parciálních tlaků vodní páry v konstrukci a k následnému stanovení odpovídající rovnovážné vlhkosti dřeva příslušné rámové konstrukce. Pro vlastní posouzení skladby konstrukcí obvodových stěn dle požadavku 1, viz čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky (tab. 1), je nutné přepočítat průběhy teplot, parciálních tlaků vodní páry a odpovídajících rovnovážných vlhkostí dřeva na okrajové podmínky vnitřního a vnějšího prostředí dle uvedené normy. Z výpočtů dle okrajových podmínek ČSN 73 0540 je zřejmé, že u obou konstrukcí nepřekročí rovnovážná vlhkost dřeva wm > 20 %.

¤ Obr. 6. Osazeni zkušebniho vzorku v klimatizačni komoře CSI a.s. Praha

¤ Obr. 7, 8. Odebrani vyřezu z panelu pro určeni vlhkosti jednotlivych materialů vahovou metodou

Závěr
Životnost a funkční spolehlivost staveb a konstrukcí ze dřeva a z materiálů na bázi dřeva je výrazně ovlivňována vlhkostí těchto materiálů. U dřevostaveb s rámovou konstrukcí mění dřevo zabudované v konstrukci obvodového pláště svoji vlhkost v závislosti na teplotních a vlhkostních podmínkách prostředí, ve kterém je zabudováno. To znamená, že k tomu, aby rovnovážná vlhkost dřeva v konstrukci překročila hodnotu přípustnou pro spolehlivou funkci dané konstrukce, nemusí bezpodmínečně docházet ke kondenzaci vodních par v obvodovém plášti přímo v místě rámové konstrukce. Konstrukce dřevostaveb s difúzně otevřenou skladbou umožňuje volný prostup plynů a vodních par mechanizmem molekulárního přenosu přes konstrukci obvodového pláště. Měřením na zkušebním vzorku bylo prokázáno, že u konstrukcí s difúzně otevřenou skladbou obvodového pláště nedojde k ohrožení funkční spolehlivosti a životnosti konstrukce vlivem nárůstu rovnovážné vlhkosti zabudovaného dřeva.

Poděkování
Práce byla uskutečněna za finanční podpory výzkumného záměru MSM 6215648902.

Autorka:
doc. Dr. Ing. Zdenka Havířová,
Lesnická a dřevařská fakulta Mendelovy univerzity v Brně
E-mail: zdenka.havirova@mendelu.cz