Navrhování a provádění vnitřního zateplení při rekonstrukci budov

Úvodem

V rámci Evropské unie byla schválena přepracovaná směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD4), která přináší další zpřísnění energetických požadavků, a to především v souvislosti s cílem dosáhnout bezemisního fondu budov v EU do roku 2050. Lze tedy očekávat, že bude přibývat stavebních úprav renovací historických budov, u kterých nebude – z důvodu památkové ochrany či případně jiného omezení – možné rea­lizovat vnější zateplení. Přichází tak na řadu vnitřní zateplení, které je z pohledu stavební fyziky v našich geografických podmínkách méně vhodné a pro stavby na našem území v mnohém rizikové. O tématu vnitřního zateplení se v odborné veřejnost již delší dobu diskutuje a jsou známa stavebně fyzikální omezení jeho fungování, možná řešení a podobně. Reálné aplikace ve větším rozsahu na velkých budovách, a to jak veřejného, tak soukromého sektoru, se začaly objevovat až v posledních letech a jsou tak získávány první reálné zkušenosti z průběhu přípravných prací před zahájením stavby a z realizace stavby samotné.

Obnova Winternitzových automatických mlýnů

O projektu

Jedná se o konverzi historické stavby hlavní budovy bývalého mlýna, která je součástí areálu Národní kulturní památky Winternitzovy automatické mlýny v Pardubicích, na nové využití jako galerie výtvarných umění. Vzhledem k tomu, že jde o památkově chráněnou budovu, není možné navrhnout vnější zateplení, a tak bylo v rámci projektu navrženo několik ploch s vnitřním zateplením. Konkrétně se jedná o zateplení původních jižních sil, výstavních sálů a depozitářů a kompletní zateplení stěn v posledním podlaží. Vše bylo navrženo s použitím minerálních nevláknitých silikátových desek, tj. výrobků od firmy Xella s obchodním označením Multipor.

Návrh řešení

Jak bylo zmíněno, celý projekt byl postaven na vnitřním zateplení, které umožňuje průnik vodní páry a připouští kondenzaci na rozhraní původního zdiva a vnitřního zateplení. Aplikace toto systému v běžné ploše, tj. ve stěnách v posledním podlaží a v silech, nepředstavovala v rámci návrhu žádná větší rizika.

V rámci činnosti útvaru, který se zaměřuje na kontrolu předané projektové dokumentace, jsme se soustředili na zateplení stěn ve výstavních sálech a depozitářích, v nichž jsou původní trámové stropy uloženy. V místě zhlaví trámů návrhem dochází k významné změně teplotního a vlhkostního pole a vznikají tak značná rizika. Po převzetí staveniště se uskutečnilo místní šetření skutečného stavu způsobu uložení trámu, které se odlišovalo od předpokladů v projektové dokumentaci, a následně se provedla analýza samotného návrhu včetně kontrolního 3D výpočtu teplotně-vlhkostního rozložení. Na základě toho byl veřejný zadavatel a jeho zpracovatel stavební dokumentace upozorněn na zjištěné rozpory a možná rizika s ohledem na přítomnost významného tepelného mostu v místě dubové podložky a především na problematiku vlhkostního chování zhlaví a s tím spojeným rizikem kondenzace v oblasti zhlaví s možnými důsledky degradace dřevěného trámu, které by mohlo vést až k fatálnímu následku ztráty únosnosti stropu. V připravené analýze byla nejen pojmenována možná rizika, ale s využitím různých veřejně dostupných podkladů k danému tématu jsem dohledal možná řešení úpravy daného řešení, prezentovaného v projektové dokumentaci. Ze zkoušených a numericky simulovaných řešení prováděných před několika lety na pracovišti UCEEB při ČVUT byla vybrána varianta instalace topného kabelu kolem zhlaví trámů.

Úprava projektového návrhu

Tato varianta by však byla významnou změnou projektové dokumentace a bylo tedy nutné nalézt co nejvíce obdobný návrh k původnímu řešení, který by bylo možné obhájit u zadavatele. Architekt a jeho tým ve spolupráci se specialistou, jenž prováděl podrobné nestacionární výpočty v programu WUFI, který dává nejlepší představu o teplotněvlhkostním chování ve stavební konstrukci, nakonec došel k finálnímu návrhu. V ploše stěn bylo zachováno difuzně otevřené řešení díky vnitřnímu zateplení Multipor, ale celé zhlaví bude obaleno difuzně uzavřeným systémem z desek z pěnového skla, spojovaných horkým asfaltem. Vzhledem k tomu, že jde o prostor výstavních sálů a depozitářů, které mají řízené vnitřní prostředí s možností přesné regulace teplotních a vlhkostních podmínek, byla součástí upraveného zadání i změna vnitřních podmínek, jež byly pro zimní období upraveny tak, že vlhkost nesmí překročit výpočtem dané parametry. Tento návrh byl po kontrole vyhodnocen jako možný a změna byla nově oceněna. Návrh schválil zadavatel a následně byly zahájeny přípravné práce a samotná realizace.

Provádění zhlaví trámů

V průběhu výrobní přípravy bylo nutné promyslet samotnou proveditelnost daného řešení. Z prvotního místního šetření bylo zjištěno, že téměř 12 m dlouhé trámy naši předkové do stavby zabudovali v jednom kuse do připravených kapes a až následně vyzdili stěny dalšího patra. Demontáž trámů pro přípravu upraveného zhlaví nebyla tedy bez jejich porušení možná. Vzhledem k tomu, že objekt byl původně mlýnem a stavba byla do zahájení rekonstrukce velmi dobře chráněna proti povětrnosti, byly trámy ve velmi dobrém stavu a nepřicházelo v úvahu je měnit či zkracovat. Bylo proto nutné vymyslet jiné řešení, které nebude v dokončeném stavu viditelné – a to ubourání částí stěn. Byl tedy navržen postup vybourání prostoru nad zhlavím trámů a následné celkové provizorní postupné zvednutí trámů. Poté byl prostor připravených kapes zvětšen tak, aby bylo možné kolem zhlaví trámů provést vnitřní zateplení pěnovým sklem. To se uskutečnilo ve dvou fázích. V první fázi se osadila do asfaltového lože deska z únosnějšího pěnového skla a následně se po zpětném uložení trámu osadily slepené desky z pěnového skla. Tyto desky trám obalily ze všech stran a přes asfaltové lože se propojily s podkladní deskou. Před osazením byly skryté části trámu ošetřeny a výsušné trhliny ve dřevě ošetřeny pro minimalizaci vnikání vlhkosti do místa zhlaví skrze dřevní hmotou. Zhlaví trámů nebylo po bocích a v horní části v přímém kontaktu s pěnovým sklem, aby okolí trámů bylo blízké vnitřnímu prostředí, a tím se dále snižovalo riziko vysoké vlhkosti v místě zhlaví. Oproti původnímu řešení bylo provádění časově náročnější, ale významně bezpečnější pro další fungování nosné stavební konstrukce a věříme, že návrh a provedení zajistí dlouhou životnost trámů, které bez významného poškození přečkaly již 130 let a jistě je další stovky čekají.

Užívání stavby

Stavba byla v roce 2022 dokončena a v současnosti je již užívána k navrhovanému účelu galerie. Součástí předaného manuálu na užívání stavby je požadavek na trvalý monitoring vnitřního prostředí a zjišťování skutečného teplotněvlhkostního stavu v místě zhlaví trámů. V rámci diskusí během provádění stavby byl rovněž vznášen požadavek na osazení měřidel, který se nakonec – bohužel – v rámci veřejné zakázky nepodařilo prosadit. Je to velké škoda, protože získaná data by byla jistě cenná pro další simulace v průběhu navrhování obdobných stavebních úprav budov. Věřím, že se touto zkušeností budou ostatní zadavatelé a projektanti inspirovat, a případně návrh takovéhoto monitoringu zahrnou do projektové dokumentace jiné významné budovy a měření se stane součástí MaR daného objektu. Avšak i bez trvalého monitoringu zatím první zima 2023/2024 při plném užívání ukázala, že dané řešení je funkční, neboť nebyl zjištěn žádný projev kondenzace či začínající degradace zhlaví trámů.

Hotel InterContinetal

O projektu

Jedná se o projekt v samém centru Prahy, jehož kompletní rekonstrukce se nazývá Staroměstská brána. Jde o významnou budovu z období komunismu s významnými brutalistními prvky na fasádě. Fasáda je kombinací betonových žiletek, skládané keramické fasády a lehkého obvodového pláště. Budova samotná měla být podle zadání zbavena celé původní fasády, uvnitř vyčištěna na nosnou konstrukci, následně nově vybavena v nejvyšším hotelovém standardu a fasádě měl být navrácen původní vzhled s moderními parametry.

Projektový návrh

Prvotní projektová dokumentace byla spíše koncepčního a parametrického charakteru. Konkrétní návrh řešení dokončovaný v průběhu výstavby zpracoval projektant od investora ve spolupráci s technickým oddělením zhotovitele a projektového týmu. Výsledný návrh je nakonec kombinací různých technických řešení, jež tvořila jeden celek. Na novou hliníkovou fasádu s neprůhlednými výplněmi, které navrhlo fasádní středisko Metrostavu, navazovaly nové železobetonové prefabrikované žiletky, které byly přes Isokorb napojeny na stávající konstrukci. K té byla dotažena vyzdívka a na ni vnější zateplení s větranou mezerou a obnoveným původním keramickým obkladem.

Vzhledem k tomu, že železobetonové prefabrikáty musely být pohledové, bylo nutné část mezi Isokorbem a LOP realizovat s vnitřním zateplením. V daném místě se jevilo jako nejvhodnější řešení z minerální nevláknité silikátové desky, tj. výrobku od firmy Xella s obchodním označením Multipor. Z důvodu rekonstrukce a maximálního možného zachování pohledových rozměrů a maximalizace využití vnitřních ploch bylo možné provést zateplení maximálně 50 mm s tím, že v místech detailů bylo sníženo až na 20 mm. Všechny uvedené detaily návazností byly posouzeny ve 2D a 3D teplotním poli a pro snížené podmínky hotelového vnitřního prostředí vyhověly, vyjma prostoru koupelen, kde byla dodatečně navržena topná rohož, která kritická místa a plochy prohřívá. Na těchto předpokladech je postaveno projektované řešení a následně byly zadány jednotlivé prvky do výroby.

Provádění vnitřního zateplení

Po obnažení celé nosné konstrukce a zjištění jejího statického stavu a pro potřeby fasády především geometrického stavu konstrukce, tj. zjištění skutečných odchylek stavby, se ukázalo, že bude nutné návrh průběžně upravovat vždy v daných podmínkách místa stavby. Další komplikace se ukázaly při aplikaci prvních desek oslabených nižší tloušťkou. Desky se vyrábějí v tloušťkách min. 50 mm; na místě se následně řezaly na polovinu a případně obrušovaly podle potřeby. Materiál Multipor dosahuje sice skvělých tepelnětechnických vlastností, avšak vlivem toho je velmi křehký. Provádění ukázalo, že desky tenčí než 35 mm jsou natolik křehké, že je velmi obtížné je osadit podle předepsaného technologického postupu, tj. po aplikaci lepidla zubovým hladítkem provést přitlačení a následný posun desky, aby došlo k celoplošnému nalepení a tím k eliminaci nežádoucích vzduchových dutin v rovině lepidla. To se ukázalo, v kombinaci s přesným přisazením k rámu okna a zajetím za omítací hranu a v kombinaci s geometrickými nepřesnostmi původní stavby, jako neproveditelné. Zkoušelo se také použít i desky určené pro detaily, které mají horší tepelněizolační vlastnosti a vyšší tuhost, ale ani je na dané stavbě nebylo možné využít – také se lámaly a vznikal by tak nepřiměřeně velký odpad materiálu. Z této praktické zkušenosti doporučujeme u rekonstrukcí vždy navrhovat minimální tloušťku 50 mm, aby při zohlednění geometrických nepřesností stavby bylo prováděno minimálně 35 mm.

Z toho důvodu došlo v průběhu provádění k úpravě návrhu a v místech, kde by nebylo možné provést vnitřní zateplení z desek Multipor, byla navržena tepelněizolační omítka. V 2.NP se navíc vyskytl detail v nadpraží, kde nešlo použít ani jednu z těchto technologií a je zde realizován poslední typ vnitřního zateplení, a to minerální tepelné izolace s vnitřní parotěsnou fólií a samonosně vyneseným sádrokartonovým obkladem, aby nedocházelo k perforacím fólie. Stavba tedy nakonec obsahuje všechny tři druhy možného vnitřního zateplení. Na některých stěnách je v důsledku geometrických nepřesností část stěny opatřena tepelněizolační omítkou, která následně přechází do zateplení Multipor.

Posledním úskalím, které provádění stavby zkomplikovalo, byly aplikační klimatické podmínky. Z důvodu změn návrhu a dalších souvislostí se nakonec práce posunuly do zimního období. V rámci přípravy podrobného technologického postupu se narazilo na limity teploty lepení tepelněizolačních desek Multipor. Lepidlo musí být nejen aplikováno za teplot nad 5 °C, ale je také nutné, aby uvedená teplota neklesla ani v době zrání lepidla po dobu cca jednoho týdne. Vzhledem k tomu, že vnitřní zateplení začne plnit svou funkci v řádu hodin, je v místě lepidla na železobetonové žiletce obdobná teplota jako ve vnějším prostředí. Za tímto účelem byl zpracován nejen výpočtový model tepelného chování konstrukce, ale především byla provedena vzorová montáž. V lepidle bylo osazeno teplotní čidlo, skutečné chování verifikovalo výpočtový model a podle toho bylo následně vyhodnoceno, za jakých limitních vnějších podmínek na základě předpovědi počasí je možné provádět plochy či různé detaily. Tím se celý proces provádění značně zkomplikoval, ale byly tak splněny podmínky výrobce, který nad stavbou vykonával průběžnou kontrolu k zajištění kvality provedení a spolehlivosti daného systému. Objekt je zatím stále ve fázi realizace, takže fungování systému zatím není prověřeno plným provozem.

Závěrem

První získané poznatky z navrhování vnitřního zateplení jasně ukazují, že každá stavba potřebuje individuální přístup a musí respektovat nejen stavebně fyzikální podmínky, tj. především vnitřní návrhové podmínky budoucího užívání, ale také dobrou znalost teplotně-vlhkostního chování uvnitř konstrukce. Dále je nutné znát a respektovat technologické podmínky daného materiálu a geometrické parametry daného renovovaného objektu. Základním úspěchem budoucího bezproblémového provozu stavby s vnitřním zateplením je kvalitní stavebně-technický průzkum. Návrh je nutné vždy konzultovat se specialistou na stavební fyziku, který je vybaven patřičným softwarem či aplikačními zkušenostmi, a provádění svěřit dodavateli, který má v dané věci zkušenosti nebo je patřičně na provádění zaškolen. Pokud tyto podmínky nebudou splněny, je zde velké riziko, že budoucí energetické renovace s využitím vnitřního zateplení mohou významně poškodit dokončené stavby, což si především u významných budov s historickou hodnotou nemůžeme dovolit.