Základem kvalitního tepelnětechnického řešení je správně navržený funkční detail

Jak je třeba postupovat, aby byla stavba správně navržena nebo obnovena z pohledu stavební tepelné techniky?

Základem ochrany budov z hlediska prostupu tepla je především správně tepelně izolačně navržená a provedená obálka budovy, a to včetně střechy a konstrukcí přilehlých k terénu. Tepelněizolační obálka budovy zajišťuje tepelnou pohodu a energetickou nenáročnost budov. S rostoucími požadavky na téměř nulovou energetickou náročnost se zkvalitňuje i tepelněizolační obálka budovy, což zároveň rozšiřuje oblast tepelné pohody až k vnitřním povrchům konstrukcí tvořících obálku budovy. Souběžně s její tepelnou izolací je třeba řešit její vlhkostní rizika a vzduchotěsnost.

U nových staveb jsme dnes schopni vhodnou skladbou a dobře řešenými detaily vše od počátku naplánovat tak, aby byly eliminovány tepelné mosty v jednotlivých konstrukcích obálky budovy a tepelné vazby mezi těmito konstrukcemi. Ty lze buď zcela vyloučit, nebo potlačit natolik, že se nepropíší do zvýšené spotřeby energie. Správné řešení těchto detailů je však často podceňováno a zůstává slabým místem výsledného provedení obálky budovy.

Objektivně horší je situace při změnách a úpravách staveb, kde je řešení tepelné ochrany obtížnější, neboť možnosti zásahů do obálky budovy bývají omezeny. Znamená to nutnost využití všech dostupných technických možností a projevit vůli k hledání specifických řešení pro výjimečné podmínky konkrétních staveb.

Při tepelnětechnickém návrhu stavby je tedy třeba dobře ovládat jednotlivé souvislosti a mít velmi dobré praktické znalosti, neboť existuje také řada netradičních řešení.

Můžete uvést konkrétní příklad?

Uvedu v tomto směru jednu ze zajímavých zahraničních zkušeností, kterou jsme převzali od severských států. Obvykle je u nás vyžadováno zakládání v nezámrzné hloubce, vnější stěny pod terénem jsou přitom tepelně izolovány až k základům. V severských státech mají často velmi pevné žulové podloží, kde nelze provádět hluboké základy. Zakládá se tedy velice mělce a tepelná stabilita základů se zajišťuje téměř vodorovnou tepelnou izolací, tzv. tepelněizolačním křídlem, s mírným spádem od budovy. Toto izolační křídlo je uloženo těsně pod upraveným povrchem, který jej chrání (např. chodníky). Tepelněizolační křídlo zajistí příznivé teploty v základové spáře. V našich podmínkách se toto řešení osvědčilo i v dalších případech. U skladových a průmyslových hal může nahradit jinak nutný lépe izolovaný pás vnitřních podlah podél obvodových stěn. Pomáhá řešit obtíže s překládáním inženýrských sítí podél budovy nahrazením hluboké svislé tepelné izolace. Tepelněizolační křídlo by mělo navazovat na svislou tepelnou izolaci obvodových stěn, čímž se vyřeší problém s energeticky výraznou tepelnou vazbou pod nosnou obvodovou stěnou při změnách staveb.

Kde se v obálce budovy nacházejí nejkritičtější místa vzniku tepelných mostů a tepelných vazeb?

Takových detailů je samozřejmě hodně. ­Riziko vzniku tepelných mostů a tepelných vazeb je zejména v místech styků stavebních konstrukcí. Na půdorysech všech podlaží a na všech svislých řezech budovy jsou tyto kritické detaily jasně zřetelné. Jejich výrazný nepříznivý vliv je obvykle způsoben absencí výkresů vhodného řešení kritických detailů. Improvizace na stavbě vede zpravidla k „jednoduchým“ a špatným řešením.

Nejkritičtějším místem jak výrazností, tak četností tepelných mostů a tepelných vazeb je vnější ostění po obvodě oken a dveří, kde tepelná izolace často chybí, nebo je poddimenzována.

Nejhorší v tomto směru bývá oblast u parapetů oken, která je často nesprávně provedena. Přitom u přilehlé spodní části zabudovaných oken bývá vlivem pomalejšího proudění největší problém s nejnižší povrchovou teplotou. Je tedy nutno parapetní tepelnou izolaci zesílit a provést co nejlépe z kvalitních izolačních materiálů. Tepelné izolace parapetu je třeba aplikovat ve sklonu. Následné oplechování musí být opatřeno po obvodě prvky bránícími podtékání větrem hnaného deště. Je přitom nezbytné respektovat specifické vlastnosti materiálů. Například oplechování z titanzinku při přímém kontaktu se silikátovými hmotami rychle koroduje, takže jej nelze lepit k podkladu silikátovým tmelem nebo ukládat přímo na silikátové omítky, ale musí se plnoplošně použít speciální separační tmel nebo jiná separační vrstva.

Horní vnější ostění (v nadpraží) bývá často tepelně znehodnoceno špatně izolovaným železobetonovým nebo ocelovým překladem, a to s nedostatečnou tepelnou izolací pouze v průčelí překladu, popř. zcela bez tepelné izolace. Běžně na nedostatečně izolované nadokenní překlady navazují obdobně špatně řešené železobetonové věnce v úrovni stropů, izolované opět jen v průčelí věnce. Tepelná izolace překladů i věnců by přitom měla přesahovat mimo tyto tepelné mosty nejméně 400 mm na každou stranu.

Navíc situaci komplikuje potřeba umístit v nadpražích vnější schránky pro žaluzie nebo rolety, potřebné k účinnému omezení přehřívání vnitřního prostředí v tropických dnech.

Na špatných řešeních má opět největší podíl absence nákresů detailů a chyby při improvizaci na stavbě. V prostorové nouzi je při současných úpravách často potřebné využít vysoce účinných tepelných izolací.

Zajímavé je, že výrazně vyšší tepelněizolační kvalitu vykazují původní nadpraží historických zděných budov s cihelnými klenbami nad otvory pro okna a dveře (běžné před rokem 1900), kde tato nadpraží mají stejnou tepelněizolační kvalitu jako zděné stěny.

Boční vnější ostění lze řešit snadno tepelně­izolačním obkladem, nejlépe po odstranění obvykle dožilé omítky. Při nedostatku místa, kdy není prostor pro použití alespoň 40 mm běžné tepelné izolace, je třeba využít tenčí, ale účinnější tepelněizolační ekvivalent (v praxi se často chybně používá menší tloušťka běžné tepelné izolace, která je nedostatečná).

V koutech ostění musí tepelné izolace na sebe navazovat. V případech, kde je to vhodné, lze doplnit předsazené vnější šambrány z tepelné izolace, navazující na provedené tepelné izolace v ostění. Tím se účinek tepelné izolace v oblasti ostění zvýší.

Doporučuje se zateplení okenního ostění také na vnitřní straně?

Zajímavé je, že toto dílčí vnitřní zateplení nemá problém s kondenzací v konstrukci, neboť tepelný a vlhkostní tok po tomto zateplení proudí převážně souběžně s tepelněizolačním obkladem jako v nenarušené stěně. Při vnějším i vnitřním zateplení ostění pak má stěna i těsně u okna téměř stejnou tepelněizolační schopnost jako uprostřed stěny.

Máme tím zajištěnu dobrou tepelněizolační funkci při zabudování oken a dveří?

Bohužel ne. Nesmíme zapomenout na správné provedení navazující připojovací spáry výplní otvorů mezi oknem (dveřmi) a stěnou. Připojovací spára po obvodě oken a dveří musí splňovat určité zásady. Je možno ji rozdělit do tří zón, a to vnější uzávěr, prostřední výplň a vnitřní uzávěr. Vnitřní uzávěr spáry by měl být z vnitřní strany hlavně paronepropustný (parotěsnicí). Prostřední výplň spáry má tepelněizolační funkci, měla by spáru dokonale vyplňovat a zároveň reagovat na dilatační pohyby přilehlých konstrukcí. Jako tepelná izolace se většinou používá speciální polyuretan do spár, který tyto podmínky plní. Je však třeba respektovat více či méně prudké rozpínání polyuretanu těsně po aplikaci – důsledkem je zvýšený tlak na okenní rámy. Z toho důvodu je nutné po dobu vytvrdnutí polyuretanové pěnové izolace tyto rámy napevno rozepřít, aby se při expanzi PUR pěny neprohnuly nebo jinak nezkřivily, tj. tak, aby se nezhoršilo jak zavírání okenních křídel, tak těsnost funkční spáry okna. Je také nutné citlivým a plynulým pěněním omezit výraznější přepěnění tepelného izolantu do stran. Přebytečná PUR pěna se po vytvrzení ořízne.

Vnější uzávěr musí být vodotěsný a paropropustný. To splňuje těžká komprimační páska, která ve spáře po adjustaci rovněž zvětší objem a spáru zcela vyplní. Vkládá se do hloubky cca 20 až 30 mm. Komprimační páska působí také jako akustická bariéra.

Tyto jednoduché úpravy při zabudování oken vždy sníží energetickou náročnost budov. Obvykle je lze provést u většiny budov stávajícího stavebního fondu, často i u historických budov.

Proč je, jak jste se zmínil, proudění vnitřního vzduchu u spodní části okna pomalejší?

Pokusím se to zjednodušeně vysvětlit. Okno je při vytápění otopným tělesem pod ním omýváno plošným proudem teplého vzduchu. Stoupající teplý proud ohřátého vzduchu přitom nedokáže těsně sledovat všechna zalomení v povrchu stěny a okna; při ostré změně tvaru teplovzdušný proud zalomení přeskočí a přimkne se ke konstrukci až zhruba ve stejné vzdálenosti, jako je hloubka zalomení. V přeskočené oblasti zalomení vznikne sekundární vzdušný válec, který je pomalejší než hlavní proud. Pomalejší proudění vzduchu má za následek vyšší vnitřní odpor při přestupu tepla R_si, a tudíž i sníženou vnitřní povrchovou teplotu θ_si stejné konstrukce. Pokud bychom chtěli teplotu v této oblasti zvýšit, pak by oblast s pomalejším prouděním měla mít lepší tepelněizolační vlastnosti, což není reálné. Snažíme se proto buď co nejvíce zmenšit oblasti s odtrženým vzdušným proudem potlačením ostrých tvarových přechodů nebo zmenšením těchto oblastí, nebo navrhujeme vzhledem k těmto kritickým oblastem kvalitnější okna.

V praxi to znamená, že při postupném ochlazování vnějšího vzduchu vzniká vnitřní orosování nejdříve v přeskočené oblasti. Takovou oblastí je spodní část okna. Uvedený jev je výraznější u otopných těles s vyšší provozní teplotou, při použití nízkoteplotního vytápění se vliv tohoto jevu snižuje, neboť proudění je pomalejší a přeskočená oblast se zmenšuje. To platí i pro podlahové vytápění.

Při nízkoteplotním a podlahovém vytápění však dochází k celkově pomalejšímu proudění vnitřního vzduchu podél stěn, proto by měl být zvýšen vnitřní tepelný odpor při přestupu tepla, a tudíž snížena vnitřní povrchová teplota. Při trendu zvyšování tepelných odporů konstrukcí obálky budovy by však změna návrhových hodnot R_si měla nepatrný vliv, proto se i nadále uvažují zavedenými hodnotami.

Jaké hlavní účinky na stavbu má prostup tepla?

Šíření tepla prostupem má více hlavních účinků, které se hodnotí. Historicky nejdéle ovlivňoval pohled na prostup tepla požadovaný stav vnitřního prostředí, jehož požadavek na tepelnou pohodu určoval v minulém století požadavky v tepelnětechnických normách na tepelný odpor konstrukcí R a následně součinitel prostupu tepla konstrukcí U (dříve k). Poté již v tomto století převážily svou přísností požadavky na energetickou náročnost budov podle zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, které v posledních dvaceti letech výrazně zpřísnily požadavky na součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí U zahrnující vliv tepelných mostů v těchto konstrukcích (požadavky jsou uvedeny v ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky; nyní v revizi).

Působení U-hodnot všech konstrukcí v rámci obálky budovy spolu s vlivem tepelných vazeb mezi těmito konstrukcemi se začala pro energetické účely souhrnně hodnotit průměrným součinitelem prostupu tepla U_em (aktuální požadavky jsou uvedeny ve vyhlášce č. 264/2020 Sb.,
o energetické náročnosti budov).

Všechna zatím uvedená hodnocení jsou založena na průměrných hodnotách – v prvním stupni průměrná vlastnost jednotlivých konstrukcí, v dalším stupni pak průměrná vlastnost celé teplosměnné obálky budovy.

Poslední hodnocení vlivu prostupu tepla je zaměřeno na minimální přípustnou vnitřní povrchovou teplotu θsi,min a vychází z hygienických předpisů požadujících vyloučení rizika růstu plísní na vnitřním povrchu konstrukcí a následně i orosování vnitřního povrchu konstrukcí.

Jedná se tedy o lokální nedostatek konstrukce, který způsobuje vadu a poruchu konstrukce. Požadavek směřuje k odstranění příčiny této vady či poruchy, která se vyskytuje obvykle v místě výraznějších tepelných mostů nebo tepelných vazeb.

Požadavky na vyloučení orosování při kritické vnitřní povrchové teplotě za normových podmínek jsou v tepelnětechnické normě ČSN 73 0540 již od roku 1977, přestože tehdy byla výpočetní technika potřebná k hodnocení teplotních polí teprve na počátku svého bouřlivého rozvoje. Když jsem nastupoval v roce 1975 do VÚPS Praha, už se zde sice řešila dvourozměrná teplotní pole, ale spíše výjimečně, s pomocí děrných štítků, kdy jedna krabice štítků odpovídala jednomu detailu. V současnosti jsou potřebné výpočetní nástroje dostupné všem zájemcům a kromě možnosti hodnocení vlastních detailů jsou od výrobců vydávány rozsáhlé katalogy s výsledky hodnocení detailů používaných v praxi. Od roku 2002 platí také u nás evropská a mezinárodní ČSN EN ISO 13788 s jasně formulovaným požadavkem na vnitřní povrchové teploty ve vztahu k plísním a orosování.

Podle evropských i našich norem plísně začínají při osmdesátiprocentní relativní vlhkosti. Tato hodnota se bude zřejmě časem inovovat. Plísně se adaptovaly a řada z nich je schopna se šířit již při sedmdesátiprocentní vlhkosti. Některé druhy plísní se dokonce objevují i při nižší relativní vlhkosti.

Pro konstrukce s velmi nízkou tepelnou akumulací, jako jsou okna a lehké obvodové pláště, je v evropské normě ČSN EN ISO 13788 požadavek změkčen na vyloučení orosování při mírnější teplotě venkovního vzduchu. Kritická relativní vlhkost vnitřního vzduchu při povrchu těchto konstrukcí podle tohoto mírnějšího požadavku je 100 %, což znamená kondenzaci vodní páry a vsakování zkondenzované vody do konstrukce nebo stékání kondenzátu po jejím povrchu.

Česká norma požadavků na tepelnou ochranu budov ČSN 73 0540-2 byla posledních dvanáct let v důsledku lobbingu výrobců oken a lehkých obvodových plášťů v rozporu s uvedenou evropskou a mezinárodní normou ČSN EN ISO 13788, neboť místo jasného požadavku bylo lobbisty do ČSN 73 0540-2 prosazeno pouhé doporučení. Odborná veřejnost se snaží toto pochybení napravit.

Dovolte mi ještě upozornění, které doplňuje požadavky na prostup tepla o výrazný vliv případného proudění tepla napříč konstrukcí. Jakmile se navrhuje a provádí konstrukce s otevřenou vzduchovou vrstvou, je třeba důsledně ohlídat, aby vnitřní část konstrukce na straně přilehlé ke vzduchové vrstvě byla opatřena účinnou zábranou proti pronikání větru, jinak se může stát, že budete vytápět donekonečna a dům nevytopíte.

Obdobně je třeba přistupovat k zajištění těsnosti obálky budovy – netěsnosti v obálce budovy jsou nežádoucí, neboť vedou k nekontrolovatelným tepelným ztrátám v zimním období či tepelným ziskům v letním období. Nepříznivě ovlivňují energetickou náročnost budov i potřebné zdravé vnitřní prostředí, včetně tepelné pohody.

Jakou pozici mají v rámci tepelnětechnických vlastností obálky budovy okenní rámy?

Okenní rámy jsou součástí výrobku „okna“, a proto nejsou v požadavkové tepelnětechnické normě samostatně hodnoceny. Nicméně ke stanovení vlastnosti okenních rámů se používá ČSN EN 10077-2 a výrobci tuto vlastnost obvykle dobře znají. Přesto je dobré vědět, že okenní rámy jsou nyní z hlediska součinitele prostupu tepla zabudovaného okna nejslabším článkem v posloupnosti zasklení – rám – stěna. Doporučuji proto ptát se výrobců oken na součinitel prostupu tepla rámem U_f, poněvadž vzhledem k velmi slušným hodnotám součinitele prostupu tepla zasklení U_g rámy zvyšují hodnotu součinitele prostupu tepla celého okna U_w. Další navýšení U_w o hodnoty 0,2 až 0,3 W/(m²·K) pak způsobuje tepelné vazby vznikající mezi rámem a zasklením, jejichž vliv se od roku 2001 do vlastností celého okna U_w započítává.

Tehdy se novým způsobem hodnocení tepelnětechnické parametry všech oken nejprve skokově zhoršily, výrobci však dokázali toto zhoršení konstrukčními úpravami zredukovat. Podařilo se nahradit distanční rámečky z hliníkové slitiny nebo nerezové oceli plastovými distančními rámečky s kovovým povlakem pro potřebný bezpečný kontakt se skly a tyto méně tepelně vodivé rámečky schovat do hlubšího osazení v rámu. Zároveň je optimalizována maximální hloubka tohoto osazení, aby sklo nepopraskalo v důsledku příliš hlubokého osazení. Distanční rámečky lze přitom požadovat v barevnosti blízké rámům.

Tyto zásady detailů optimálního konstrukčního řešení a výroby jsou dnes známy a výrobci je respektují. Je to příklad vlivu zpřesněných metod hodnocení na zkvalitnění výrobků.

Přesto je zřejmé, že tyto dílčí úpravy nestačí, zejména při dalším zlepšování vlastností izolačních dvojskel a trojskel, popř. zasklení Heat-mirror, kombinované s plastovou fólií. Další vývoj prověřuje možnosti zařazení vrstev účinných tepelných izolací do rámů oken. Jinou možností je skrývání rámů do navazující tepelné izolace stěny. Při vnějším pohledu se tak vytváří efekt tzv. bezrámového zasklení, který je optimální u jednokřídlových oken. Na vnitřní straně zůstává rám viditelný kvůli otevírání křídel.

A na závěr dvě „postesknutí“ k rámům oken. První nepříjemnost spočívá v jednotné dimenzi rámů pro všechny velikosti oken. Malá okénka s převažující plochou rámů působí groteskně. Neuvěřitelný je důvod, který tento stav podporuje, kromě silného obchodního zájmu výrobců na unifikaci rámových profilů. Připouští se totiž hodnocení vlastností všech oken s unifikovaným rámem jednotnou hodnotou Uw, stanovenou pro zástupce této skupiny, který má předepsané jednotné rozměry. Tento postup extrémně zkresluje skutečnost, že malá okna při stanovení součinitele prostupu tepla s reálnými plochami rámů a zasklení normovým postupem podle ČSN EN ISO 10077-1 a ČSN EN ISO 10077-2 mají ve skutečnosti vysoké hodnoty Uw, které nesplňují normový požadavek podle ČSN 73 0540-2. Postup, který umožňuje dodávat na trh výrobky s nereálně papírově „vylepšenými“ vlastnostmi, je vadný. Mimo jiné se tímto postupem zkresluje hodnocená energetická náročnost budovy, neboť skutečné tepelné ztráty okny s menšími rozměry, než je zástupná velikost, jsou výrazně vyšší. Zároveň zde nastává nepříjemný dvojznačný stav, kdy stejné okno může vykazovat dvě odlišné vlastnosti. Navrhuji proto sjednotit hodnocení na postupu, který odpovídá lépe realitě.

Pokud by byla snaha zachovat skupinové hodnocení oken, pak je třeba z této skupiny vyloučit okna, která mají výrazně odlišné vlastnosti. Nabízí se nejvyšší přípustná odchylka 5 %.

Druhá nepříjemnost souvisí s architekturou a výměnami oken. Současná okna mají odlišné proporce rámů, neboť mají často výrazně větší šířku rámů než ta původní. Tato skutečnost jde proti zájmům jak uživatele výrobku, tak většinou i estetiky. Při ponechané velikosti otvoru pro okna se nezanedbatelně zmenší plocha vizuálního kontaktu s okolím budovy a s tímto novým oknem se zhorší osvětlení vnitřního prostoru. Ještě horší je podle mého názoru vliv na vzhled budovy – původní okna se štíhlými rámy byla elegantní a budovu ozdobila, nová okna se širokými rámy často působí až nepatřičně humpolácky a vzhled stavby poškozují.

Problémy se statikou lze přitom řešit i se štíhlými rámy, a to jejich větší hloubkou.

Řada výrobců je přitom schopna na výslovné přání okna se štíhlými rámy dodat. Nedostatek tkví v tom, že taková okna výrobce nenabízí přednostně, jako tvarově nejbližší náhradu.

Jak zlepšit tepelnětechnické vlastnosti rámů u oken v historických budovách?

U historických budov samozřejmě není možné libovolně měnit rámy oken, to bychom zcela pozměnili tvářnost těchto staveb. U nich platí požadavek na okna s pohledově štíhlými rámy jednoznačně.

Zároveň je třeba vnímat, že většina historických budov má okna nepůvodní, v minulosti vyměněná spolu s přilehlou omítkou v ostění, což může mít vliv na rozhodování jak o repasi oken nebo jejich replikách, tak o často narušených omítkách v ostění.

Vzhledem k tomu, že omítky jsou v okolí rámů nejčastěji napadány vlhkostí, je podle mého názoru u řady památek v rámci jejich obnovy možné je v těchto místech zaměnit.

Dřívější užívání tlustostěnné omítky v tloušťce přibližně 15 až 25 mm ve vnějším okenním ostění dává při opravách tohoto ostění prostor pro optimální umístění tenké účinné tepelné izolace s tenčí omítkou. Pokud bychom použili jako tepelnou izolaci Aerogel, který má násobně nižší hodnotu součinitele tepelné vodivosti než standardní tepelné izolace, dostaneme se na tepelně technicky velice slušnou hodnotu.

Při jednání s pracovníky památkové péče je zřejmý jejich oprávněný obdiv ke starým vápenným omítkám. Ty mají úžasnou výdrž i v současné době, zpravidla proto, že jim bylo umožněno v době vzniku dobře vyzrát. Dnešní ovzduší a další nové zátěžové faktory (hluk, otřesy, klima aj.) však dokonalé vyzrání omítek zcela stejného složení neumožňuje, proto nové omítky mají životnost neúměrně kratší.

S tím souvisí představa, zda lze aplikovat stejné čistě vápenné omítky do nestejných podmínek pro jejich vyzrání, které způsobí jejich velmi krátkou životnost. Jinými slovy pokud již nemáme stejné vnější prostředí, které by umožnilo omítkám přirozeně stárnout do výdrže, koledujeme si o to, že budeme každé tři nebo čtyři roky tyto omítky vynuceně měnit.

Chápal bych jako problém, kdyby se na historických stavbách začaly uplatňovat nové, plně umělé omítky. Myslím však, že existuje určitý možný kompromis, kdy se použijí omítkoviny, které jsou téměř čistě vápenné (podle starých receptur), avšak s minimální přísadou, která by odblokovala negativní vlivy současné civilizační zátěže a umožnila lépe nastartovat jejich kvalitní přirozené stárnutí.

Nedoceněná jsou dvojitá okna, která navazují na stěnu příznivě širokou špaletou. Jejich změna na jednoduchá okna s izolačními dvojskly vede k výrazně horším tepelným vazbám, tuto změnu lze považovat za koncepční chybu. Nejvhodnější je revitalizace dvojitých oken náhradou jednoduchého skla ve vnějších křídlech za izolační dvojsklo (získáme vlastnost lepší, než má okno s trojsklem). Častá je snaha uplatnit izolační dvojsklo do vnitřních křídel, aby zůstalo zachované původní jednoduché zasklení vnějších křídel. Toto řešení vede ke zvýšenému vlhkostnímu zatížení chráněných vnějších křídel, které zkracuje jejich životnost, pokud se dokonale neutěsní vnitřní křídla (což vyžaduje instalaci novodobého celoobvodového kování, aby byl zajištěn požadovaný přítlak na těsnění, to se však neprovádí).

Kdy začaly vznikat první zateplovací systémy?

V prvorepublikových továrnách při horských říčkách pod Jizerskými horami a Krkonošemi byla často užívána vnější tepelná izolace ze španělských korkových desek kombinovaných s asfaltem, což lze považovat za kontaktní zateplovací systém. Když byl později tento materiál u nás nedostupný, začaly se vyrábět sklovláknité a minerálně vláknité izolace, a v sedmdesátých letech minulého století pak zahájila společnost Fatra Napajedla výrobu pěnového polystyrenu.

V sedmdesátých letech minulého století se u nás rozšířilo zateplování běžné výstavby Lignoporem, tj. vrstvou pěnového polystyrenu (tehdy označovaného PPS) vypěněného mezi dvě dřevocementové desky Heraklit tloušťky 5 mm z dřevité vlny z jehličnatého dřeva pojené cementem, popř. magnezitem. Tyto vrstvené desky Lignopor se často kotvily k podkladu hřebíky s širší podložkou, vnější souvrství odpovídalo běžným masivním vápenocementovým omítkám, jako výztuž bylo užíváno tenké ocelové pletivo. Tuto technologii lze považovat za zjednodušený kontaktní zateplovací systém postavený na starších technologiích.

Kontaktní zateplovací systém typu ETICS se vyvinul z technologie SAP užívané v padesátých letech 20. století ve Švýcarsku při zateplování obilných sil. Autentické zkušenosti s tímto systémem měl doc. Ing. Václav Hájek, CSc., z Fakulty stavební ČVUT v Praze, který byl pro provádění tohoto systému proškolen ve švýcarské rodinné firmě.

U nás se tento typ zateplení začal experimentálně používat koncem osmdesátých let minulého století spolu s vývojem českých systémů ETICS, které si v té době konkurovaly s tepelněizolačními omítkami.

Masivnější rozvoj aplikací s rakouskými a německými systémy začal počátkem devadesátých let minulého století jak na bázi samozhášivého pěnového polystyrenu EPS, tak na bázi tuhých minerálně vláknitých desek MW. Souběžně s tím se rozvíjely české systémy, např. STOMIX.

V té době také vznikl Cech pro zateplování budov (CZB), jehož jsem byl téměř po celou dobu členem. V září 2023 bude CZB slavit třicet let od svého vzniku.

Jaká je životnost a současná kvalita těchto zateplovacích systémů?

V Německu se životnost systémů ETICS dlouhodobě sleduje na vybraných zateplených domech. Základem správného užívání těchto systémů je dodržování předepsané pečlivé pravidelné údržby vždy po patnácti letech. Praxe prokázala, že po první patnáctileté periodě je údržba nejnáročnější, neboť se opravují i drobné nedostatky v prvotním provedení. Dále že údržby v dalších termínech jsou již výrazně méně pracné a ekonomicky nepříliš náročné. Jestliže se zateplovací systémy ETICS správně udržují, mají již v zahraničí prokázanou životnost přes šedesát let. Jejich kondice je stále velmi dobrá. Není prokázáno, kolik dalších patnáctiletých period údržby bude ETICS vykazovat dobrou kondici; je možné, že dojde k překročení stoleté hranice.

Dosažení stejných výsledků v české praxi naráží na zavedený zlozvyk nedostatečné údržby. Kromě uvedené technické životnosti je třeba zvážit energetickou a morální životnost. Energetická životnost spočívá v budoucí nedostatečnosti současné dimenze zateplení, která blokuje dosažení energetické soběstačnosti územního celku nebo samotné budovy. Morální životnost spočívá v budoucí potřebě úprav budovy pro jiné podmínky využití.

Současná kvalita systémů vyžaduje dodržování pravidel, technických a metodických podkladů dobré praxe Cechu pro zateplování budov, které jsou neustále doplňovány a rozšiřovány. Základními dokumenty jsou ČSN 73 2901 a ČSN 73 2902 pro provádění ETICS a navrhování i použití upevnění ETICS. Při výběru zhotovitele a zateplovacího systému se vyplatí vyžadovat systém kvalitativní třídy A podle metodiky CZB. Kvalitativní třída B plní základní úrovně požadavků, kvalitativní třída A však naplňuje jednotlivé požadavky lépe, s perspektivou lepší účinnosti systému a jeho delší životnosti. Požadování kvalitativní třídy CZB je užitečné při jednoznačně a odborně správné formulaci požadavků na výběr ETICS a jednoduché dosažení jednoznačných a úplných smluvních požadavků na provedení ETICS.

Současně však narážíme na jeden významný nedostatek. Vzhledem k tomu, že dnes již nemáme české firmy, které zateplovací systémy vyrábějí a rozvíjejí, vyvíjí se jejich výroba hlavně v zemích, kde je jejich mateřské sídlo. Informace se k nám tak dostávají s mírným zpožděním a často trochu zkresleně, jenom jako výsledek. Když se produkt vyvíjí, je třeba mít informace o tom, z jakého důvodu se tak děje a jaká je potřeba problémy vyřešit. Tato znalost je pro další vývoj každého oboru velmi důležitá.

Jaké jsou v současnosti nároky na tloušťky izolantů?

U malých tlouštěk izolantů nastává problém s kondenzací před vnějším povrchem obálky. Jakmile se tloušťka tepelné izolace začne zvedat, množství kondenzátu se sníží a při tloušťce izolantu kolem 140 až 160 mm kondenzace přestává. Vláknité materiály však mají při větších tloušťkách tendenci se svěšovat, hmoždinky toto svislé namáhání nepřenášejí. Polystyreny tloušťky 140 až 200 mm používané v současné době jsou z pohledu kondenzace bezpečné.

Při snaze o budoucí energetickou soběstačnost budovy je vhodná tloušťka tepelné izolace 240 až 300 mm, pasivní standard lze docílit s tepelnou izolací tloušťky 200 až 260 mm a téměř nulové budovy mohou být již s tloušťkami 140 až 200 mm (samozřejmě větší tloušťka tepelné izolace je vždy žádoucí).

V případech, kdy větší tloušťky tepelné izolace působí problémy, lze volit účinnější materiály, které splní požadovanou úroveň izolační schopnosti v menší tloušťce. Obvykle se však jedná o dražší řešení. S větším rozsahem užívání v praxi tyto materiály pomalu zlevňují.

Přichází se také na různá nová řešení, např. začaly vznikat zajímavé kombinace duosystémů, kdy se k silnějším deskám polystyrenu přidává 30 mm tuhé minerálně vláknité izolace, a tyto sendviče se pak připevňují k podkladu standardním lepením a mechanickým kotvením. Výhodou této kombinace je využití předností obou materiálů.

Při mechanickém kotvení je velmi vhodné provádět kotvení se zapuštěným talířkem hmoždinky 20 mm pod vnější líc tepelné izolace a doplněním tepelněizolační zátky, materiálově shodné s tepelněizolační vrstvou.

Co se nových stavebních materiálů týče, je patrné, že je dnes na trhu k dispozici stále větší výběr.

Je to tak, dnes máme obrovské možnosti v oblasti nových stavebních materiálů, ale současně velké neznalosti v jejich interakci. Vlastnosti materiálů jako takových známe, ale nejsou zatím prozkoumány jejich souvislosti ve vazbě na další materiály, popřípadě na konstrukční řešení nebo možná rizika. Pokud jde o omítky, tak u zateplovacích systémů je možno například použít omítky akrylátové, silikátové nebo silikonové. Akrylátové omítky jsou nejlevnější, nejměkčí, pružné, mají ostré barvy, ale nehezky stárnou. Ukázal nám to například hotel Don Giovanni na ulici Želivského v Praze-Vinohradech, na jehož oblých nárožích se projevila intenzita znečistění od prachu hnaného větrem zčernalými svislými pásy přecházejícími vlivem oblého tvaru stěn do ztracena. Důvodem byla, kromě extrémního působení větru na návrší, příliš měkká tenkovrstvá akrylátová omítka. Silikonová omítka je v tomto případě výhodnější. Silikátová, která je nejblíže historickým omítkám, je zase křehká, takže když přijdou kroupy, může nastat problém. V současné době se nejvíce používá směs silikátové a silikonové omítky, která je méně křehká a pružnější.

V rámci tepelné ochrany se hodnotí řada parametrů a samozřejmě se hlídá také průvzdušnost obálky budovy.

Postupně se ukazuje, že pouhou průvzdušností spárami, bez technických zařízení, nelze zajistit hygienický požadavek podle platné vyhlášky. Ne že by spáry byly nedostatečné, jejich netěsnostmi na základě přetlaku a náporu větru vzduch samozřejmě prostupuje neustále. Proudí ale přesně tak, jak si řekne příroda, nikoli podle potřeb uživatele, není ničím usměrněn. Např. na závětrné straně proto výměna vzduchu spárami za čerstvý vůbec neprobíhá.

Ve vysokých domech zhruba do 80 % výšky přichází čerstvý vzduch netěsnostmi z exteriéru dovnitř, avšak komínový efekt v prostoru schodiště způsobí, že nad touto úrovní se tlačí znečištěný vzduch ze spodních pater budovy zase zpět do exteriéru. V horních patrech tak nedochází k přirozenému větrání čerstvým vzduchem, ale vzduchem znečištěným.

Byty by proto měly být především odcloněny od schodišťového prostoru těsnými dveřmi, což se ne vždy sleduje a kontroluje. Často tak bývá těsnění pouze v nadpraží a bocích vstupních dveří do bytu, u prahu bývají spáry velmi netěsné, a pokud jsou těsněné, často nenavazují na svislé těsnění. V případě velkého přetlaku však musí být těsnost spár dokonalá.

V mnoha bytech je však výměna vzduchu založena pouze na přirozeném větrání.

V tomto případě není možno hovořit o zajištění potřebného dodání čerstvého vzduchu. Jedná se o větrání nahodilé, které nelze jakkoliv ovládat, výměna vzduchu v bytech potom bývá v době pobytu uživatelů, kdy není zajištěno zdravé vnitřní prostředí, nedostatečná. V době bez přítomnosti uživatelů je pak často větráno nadměrně, tedy energeticky nehospodárně.

Kvalitní a hospodárné přirozené větrání pak vyžaduje těsná okna i dveře a jejich cílené intervalové otvírání a zavírání. Problém je v tom, že současný uživatel očekává, že mu drahý byt bude sloužit, a ne naopak.

Bez součinnosti uživatele by řešením mohlo být automatické ovládání mechanického pohonu u větracích křídel oken, které by bylo řízeno vlhkostními čidly a čidly obsahu CO₂ ve vzduchu (reakce na vydýchaný vzduch). V tomto případě však asi bude jednodušší nucené větrání s rekuperací, jehož výhodou je předčištění čerstvého vzduchu (od civilizačních zplodin a prachových alergenů).

Jak se mění význam větrání po zateplení budovy?

Jestliže zateplíme obálku budovy, což je opti­mální a v řadě případů se to daří, je větrání největším spotřebičem energie. Vzrůstá tak význam úspor v této oblasti.

S nuceným větráním jsme schopni ušetřit více než 80 % energie na větrání, poněvadž je možné použít rekuperaci. Čerstvý vzduch se dodává přesně, když je třeba, a z odváděného vzduchu je dodáváno teplo přes stěny výměníku. Odváděný znečištěný a čerstvý vzduch se tak nepotkají. Nucenému větrání tak samozřejmě netěsnosti škodí – odvádějí bez využití teplý vzduch a narušují řízení přívodu čerstvého vzduchu. U nuceného větrání se proto vyžaduje, aby stavba byla maximálně těsná, potom je technický systém nuceného větrání nejvíce účinný.

Tento způsob větrání s rekuperací zajišťující zdravější vnitřní prostředí je současně podporován státem, takže je cenově dostupný a šetří provozní náklady.

Nedoporučuje se kombinovat rekuperaci vzduchu s regenerací znečištěného vzduchu a přimícháváním takto vyčištěného vzduchu do čerstvého, neboť regenerovaný vzduch má zdravotní rizika při onemocnění člena rodiny nebo vede k šíření jiných škodlivin z jediného zdroje.

Jak se však vypořádat s hlučností spojenou s provozem nuceného větrání, která bývá stinnou stránkou tohoto systému?

Největší hluk v tomto případě způsobuje turbulentní proudění. Doporučuje se proto provést potrubí, kterým se přivádí a odvádí vzduch, s profilem o dimenzi větším, než je jeho nejnižší návrhová hodnota. Zpomalením docílíme klidnějšího laminárního proudění vzduchu podél stěn potrubí a zamezíme tak vzniku vírů, které roztřásají stěny potrubí.

Hluk se dále snižuje kvalitní tlumicí komorou umístěnou mezi rekuperátorem a rozvodem.

Je třeba užívat speciální vzduchotechnické rozvodné potrubí, jehož vnitřní povrch, spoje a upevnění jsou realizovány s ohledem na tlumení hluku. Zároveň se doporučuje zvolit trasování vzduchotechnického potrubí tak, aby bylo co nejkratší a s minimem změn směru.

Vyplatí se řešení tzv. kaskádového větrání, kdy je čerstvý vzduch přiváděn do obývacích prostorů a odváděn bez potrubí kaskádovitě přes kuchyň, koupelnu a WC do odtahového potrubí. Z hlediska zdravotního se vyplatí řešit ložnice samostatnými okruhy s přívodem a odtahem.

Podmínkou účinnosti rekuperace, a tudíž i úspor energie při nuceném větrání je maximální těsnost obálky budovy. Splnění tohoto požadavku zároveň zajišťuje odhlučnění bytu od vnějšího prostředí.

Nucené větrání nevylučuje možnost větrání otevřenými okny, které by však mělo být v zájmu hospodárnosti krátké a intenzivní.

Jak je řešena výměna filtrů?

Filtry se čas od času měnit musí. Existují systémy, které vyžadují výměnu za přesně předepsaný filtr daného výrobce, a je pravdou, že jsou často předražené, což zvyšuje provozní náklady. Někteří výrobci však nabízejí možnost koupit si za nižší cenu větší desku filtračního materiálu, ze které lze filtry potřebné velikosti vyříznout.

Jak tepelnětechnické vlastnosti budov a jejich vnitřní prostředí ovlivňuje vlhkost?

Vlhkostní hodnocení spočívá v posouzení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce a na vnitřním povrchu konstrukce. Hodnocení kondenzace vlhkosti uvnitř konstrukce je pak podmíněno tím, že zkondenzované množství vlhkosti uvnitř konstrukce se musí během roku vypařit a zároveň ho nesmí být nikdy tolik, aby se kondenzát začal konstrukcí pohybovat. Zároveň nesmí množství kondenzátu v určitých materiálech, jako je dřevo a výrobky z něho, zvýšit vlhkost nad předepsanou mez.

Vlhkost na vnitřním povrchu konstrukce je vyjádřena kritickou relativní vlhkostí vzduchu při vnitřním povrchu konstrukce. Požadavek má podle ČSN EN ISO 13788 dvě úrovně. Méně přísná je podmínka vyloučení orosování, vyjádřená kritickou relativní vlhkostí 100 % vzduchu při vnitřním povrchu, která se uplatňuje pro konstrukce s malou tepelnou setrvačností, jako jsou například okna a jejich rámy nebo lehké obvodové pláště. Přísnější je podmínka vyloučení růstu plísní na vnitřním povrchu, vyjádřená kritickou relativní vlhkostí 80 % vzduchu při vnitřním povrchu ostatních konstrukcí.

Kdy jsou tedy z tohoto pohledu nejvhodnější podmínky pro výstavbu budov?

Výstavba je velmi náročná na ochranu proti vlivům nepředvídatelné povětrnosti.

V dávné minulosti se oprávněně stavělo podle ročních období. Pokud si např. vzpomeneme na knihu Cirkus Humberto, tak s cirkusem jezdili v zimě, protože přes léto dělali zedničinu. Stavařina byla skutečně sezonním povoláním. Poté se vždy korpus stavby nechal vymrznout, při zajištění ochrany stavby proti povětrnosti.

V současnosti se staví po celý rok. V nejlepším případě tak, aby hrubá stavba byla před podzimními plískanicemi pod střechou, s provizorní ochranou teras a s fóliovým překrytím svislých otvorů v obvodových stěnách.

Pokud dům promokne, zasněží a nenechá se vyschnout před provedením povrchových úprav, zbavuje se dům vlhkosti celá léta, protože povrchové úpravy ji uvnitř drží. Často je vysoká vlhkost pro ukvapeně provedené povrchové úpravy likvidační.

Je tedy důležité výstavbu organizovat tak, aby se riziko promočení stavby co nejvíce omezilo. Zejména je třeba velmi pečlivě zajišťovat hrubou stavbu před povětrností, to znamená mít velice dobře připravenou ochranu. Obvyk­lé zaplachtování bývá rizikové, protože je schopno vytvořit v plachtě obrovské jezero, které dokonce, když je plachta pevná, může prolomit strop stavby. Většinou k tomu ale nedojde, plachta povolí, voda proteče celou stavbou a vzniklé vlhkosti se následně špatně zbavujeme.

I dobře ochráněná stavba je kvůli mokrým procesům výstavby první rok vlhčí než následující léta, má se proto nechat rok vydechnout. První rok jsou tepelnětechnické vlastnosti stavby horší a spotřeba energie vyšší. V tomto období se doporučuje nechat stavbu s minimem nábytku, v každém případě dočasně ve větší vzdálenosti od stěn, zejména vnějších.

 

Ptala se: Ing. Hana Dušková

Foto: Tomáš Malý