Vliv vnějšího zateplení na vznik a lokalizaci kondenzační zóny v konstrukci

29. 3. 2008

Jedním z velmi důležitých faktorů, který často ovlivňuje technické řešení rekonstrukce starších objektů, je snížení energetické náročnosti opravené stavby. Je zřejmé, že se nejedná o izolovanou, samostatnou dílčí část technického řešení, ale že jde o komplexnější technickou záležitost, která zasahuje do oblastí tepelné techniky, sanací z hlediska vlhkosti, návrhu TZB a ve svém důsledku i architektonického návrhu dispozice a funkčního využití objektu.

Tento článek vychází ze zkušeností a poznatků jeho autorů, kteří se zabývají na jedné straně diagnostickou činností na stavbách a na straně druhé uskutečňují návrhy a projekty řešení při dodatečném zateplení objektů. Článek se zabývá vlivem aplikace tepelného izolantu a jeho parametrů na vznik a pohyb kondenzační zóny v konstrukci zdiva. Předmětem zájmu je především zdivo z cihel plných pálených.

Terminologie a stanovení výpočtového modelu

Ke kondenzaci vodní páry v konstrukci dochází v případě, kdy skutečný částečný tlak vodní páry (p_dx) dosáhne hodnoty nasyceného částečného tlaku (p“_dx). Oblast v konstrukci, kde dochází ke kondenzaci, je ohraničena body dotyku tečen vedených z bodů p_di a p_de ke křivce částečného tlaku nasycené vodní páry.

V konstrukci mohou nastat následující případy:

● vodní pára nekondenzuje – nebyla naplněna výše popsaná podmínka,

● dochází ke kondenzaci v rovině – skutečný částečný tlak dosáhl hodnoty nasyceného částečného tlaku v jednom bodě,

● dochází ke kondenzaci v oblasti – body dotyku výše popsaných tečen jsou v různých místech.

V okamžiku, kdy v konstrukci ke kondenzaci dochází, je důležité stanovit její množství a tzv. roční bilanci zkondenzované a vypařené vodní páry, tj. je-li aktivní (množství vypařitelné vodní páry je větší než množství zkondenzované vodní páry kg.m^–2.rok^–1), či pasivní (množství vypařitelné vodní páry je menší než množství zkondenzované vodní páry kg.m^–2.rok^–1). Projektant tedy stojí před rozhodnutím, do jaké míry připustí svým návrhem vznik kondenzace a v jakém místě ji umožní. V tomto okamžiku je nutné říci, že u rekonstrukcí může nastat situace, kdy přísné dodržení požadavků norem nemusí být nejoptimálnějším technickým řešením sanace. Jde zejména o kombinaci požadavků na součinitel prostupu tepla, teplotu vnitřního povrchu a bilanci zkondenzované a vypařené vodní páry s požadavky včasného a bezpečného odvlhčení konstrukce.

Vznik a pohyb kondenzační zóny je možno předvést na obvodové stěně nějakého staršího objektu, která byla vyzděna z cihel plných pálených v následující skladbě:

1. vnitřní omítka vápenná 15 mm,

2. zdivo z cihel plných pálených na vápenocementovou maltu 590 mm,

3. vnější omítka vápenocementová 15 mm.

Zateplení této konstrukce lze provést vnějším kontaktním zateplovacím systémem ve skladbě:

1. lepidlo tepelného izolantu 10 mm,

2. tepelný izolant – variantně polystyren či desky z minerální vlny,

3. armovací stěrka s vloženou sítí 3 mm,

4. silikonová omítka 3 mm.

Tepelnětechnický výpočet provedený na výše popsaném modelu si klade za cíl poukázat na faktory, které mají vliv na vznik a lokalizaci kondenzační zóny. Základními faktory byly zvoleny:

● tloušťka tepelného izolantu,

● materiálová volba tepelného izolantu (polystyren či minerální vlna),

● relativní teplota vnitřního prostředí.

V případě prvních dvou variant byly zvoleny extrémní okrajové podmínky předepsané ČSN 730540. V případě třetí varianty byl proveden výpočet pro tloušťku tepelného izolantu, která splňuje požadavek na předepsanou hodnotu součinitele prostupu tepla 0,38 W/m².K.

Výsledky výpočtů

Vliv tloušťky tepelného izolantu

Výpočty byly provedeny pro standardní (extrémní) okrajové podmínky předepsané normou ČSN 730540-2/Z1 (2005).

Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru R_si: 0,13 m².K/W.

Tepelný odpor pro výpočet kondenzace a povrch. teplot R_si: 0,25 m².K/W.

Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru R_se: 0,04 m2.K/W.

Tepelný odpor pro výpočet kondenzace a povrch. teplot R_se: 0,04 m².K/W.

Návrhová venkovní teplota T_e: –13,0 °C.

Návrhová teplota vnitřního vzduchu T_ai: 21,0 °C.

Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu R_He: 84,0 %.

Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu R_Hi: 55,0 %.

Lokalizace kondenzační zóny je v tabulce 1.

Tabulka 1: Lokalizace kondenzační zóny v závislosti na tloušťce tepelného izolantu

Z výsledků lze učinit následující závěry:

● v případě zateplení výše popsaného zdiva dojde za normových extrémních podmínek při výše popsané skladbě k výraznému snížení množství zkondenzované vody;

● kondenzační zóna se po zateplení přesouvá z oblasti jádra zdiva směrem k exteriéru;

● při výše popsané skladbě tepelněizolačního souvrství s polystyrenem dochází ke vzniku kondenzační zóny v oblasti tepelného izolantu při tloušťkách izolantu nad 160 mm;

● při výše popsané skladbě tepelněizolačního souvrství s deskami z minerální vlny dochází ke vzniku kondenzační zóny na rozhranní tepelného izolantu a vnějšího souvrství při tloušťkách izolantu nad 27 mm;

● s rostoucí tloušťkou izolantu dochází ke snižování množství odpařitelné vody a ke zvyšování množství kondenzátu (viz tab. 1);

● ve všech případech je celoroční odpar z konstrukce zateplené minerální vlnou několikanásobně větší než u konstrukcí zateplených polystyrenem;

● v případě daného modelu zdiva a materiálové skladby tepelněizolačního souvrství nedochází, v případě běžně používaných tlouštěk tepelných izolantů, k pasivní bilanci zkondenzované a vypařené vodní páry.

Vliv relativní vlhkosti vnitřního prostředí – interiéru

V případě této varianty byl proveden výpočet pro neizolované zdivo a zdivo zateplené s tloušťkou tepelného izolantu, která splňuje požadavek současných platných norem na součinitel prostupu tepla a povrchovou vnitřní teplotu. Proměnnou hodnotou byla relativní vlhkost vzduchu v interiéru. Lokalizace a pohyb kondenzační zóny jsou patrné z tabulky 2.

Tabulka 2: Lokalizace kondenzační zóny v závislosti na tloušťce tepelného izolantu

Z výsledků lze učinit následující závěry:

● v případě zateplení výše popsaného zdiva a dodržení skladby tepelněizolačního souvrství dochází k výraznému snížení množství zkondenzované vody;

● dochází k „roztržení“ spojité kondenzační zóny a jejímu přesunu k oblastem blízkým povrchu zdiva;

● v případě nezatepleného výše popsaného zdiva dochází ke vzniku kondenzace již při 34% rel. vlhkosti v interiéru;

● v případě zateplení minerální vlnou vzniká kondenzační zóna ve zdivu při 42% vnitřní rel. vlhkosti a je lokalizována na rozhranní tepelného izolantu a vnějšího souvrství;

● v případě zateplení polystyrenem vzniká kondenzační zóna ve zdivu při 54% vnitřní rel. vlhkosti a je lokalizována v tepelném izolantu;

● v případě rel. vlhkostí v interiéru do 70 % vzniká pouze jedna kondenzační zóna v blízkosti vnějšího povrchu, a lze tedy konstatovat přesun kondenzační zóny od interiéru směrem k exteriéru v případě provedení zateplení;

● v případě daného modelu zdiva a materiálové skladby tepelněizolačního souvrství nedochází v rozmezí počítaných rel. vlhkostí v interiéru do 70 % k pasivní roční bilanci zkondenzované a vypařené vodní páry;

● v případě 80% rel. vlhkosti v interiéru při dané skladbě zdiva a zateplení polystyrenem může při skutečném naplnění přísných normových kritérií dojít k pasivní celoroční bilanci vlhkosti.

Závěr

Závěry odvozené pro stanovenou konstrukci zdiva a její izolaci byly odvozeny z výsledků výpočtů, které počítají s velmi přísnými okrajovými podmínkami předepsanými v ČSN 730540. Je zřejmé, že závěry učiněné s použitím průměrných měsíčních teplot a vlhkostí by vyšly značně příznivěji.

Na základě získaných poznatků a zkušeností lze definovat základní pravidla vedoucí k optimálnímu návrhu zateplení zejména u vlhkého zdiva.

1. Podkladem pro návrh zateplení je nejen znalost skladby dané konstrukce, ale také znalost její vlhkosti, lokality, ve které se vyskytuje, umístění vůči okolnímu terénu a budoucího funkčního využití interiéru.

2. Návrh by měl zvážit prioritní požadavek na účel budoucích opatření. V jistých situacích a za určitých podmínek je rozhodujícím kritériem maximální urychlení vysušení zdiva. Z tohoto hlediska se jeví lepší řešení s použitím materiálů na zateplení s nižším faktorem difuzního odporu m (např. minerální vlny).

3. Optimálním řešením pro zateplení vlhkého zdiva je návrh vylučující kondenzační zóny z konstrukce. Ve výše uvedených případech, při standardním normovém zatížení, lze velmi efektivně eliminovat kondenzační zónu na rozhranní tepelného izolantu a vrchního souvrství použitím finální omítky s nižším m (např. výměnou silikonové omítky za omítku minerální). V případě značného zatížení vysokou relativní vlhkostí z interiéru je nezbytná kombinace výše zmíněného způsobu s umístěním materiálů s vysokým m do oblasti vnitřního povrchu konstrukce.

4. Pokud není možnost eliminace kondenzační zóny z konstrukce, je nezbytná její lokalizace v místě, kde nedochází k promrzání v zimních měsících a kde nepoškodí danou konstrukci.

5. Velkou pozornost je nutno věnovat případům, kdy voda kondenzuje ve vrstvách (např. na vodorovné izolaci), odkud existuje možnost jejího šíření pórovou strukturou nasákavých materiálů (např. vnitřních omítek).

6. Zásadní rozdíly mezi použitím polystyrenu a minerální vlny v případě zateplení jsou:

– v lokalizaci kondenzační zóny za obdobných okrajových podmínek (polystyren – zóna vzniká uvnitř struktury; minerální vlna – zóna vzniká na rozhraní tepel. izolantu a vrchního souvrství),

– v umožnění odparu vodní páry (u minerální vlny je odpar značně vyšší),

– v manipulaci s kondenzační zónou formou volby materiálů (u minerální vlny je variabilnější).

7. Minerální vlna je materiál značně nasákavý a jakákoli vlhkost přítomná v její struktuře ovlivňuje její tepelněizolační schopnosti.

LUKÁŠ BALÍK, MICHAELA IBEHEJOVÁ

Literatura:

1) ČSN 73 2901 – Provádění vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů, ČNI, 2005.

2) ČSN 73 0540 – části 1 až 3 Tepelná ochrana budov, ČNI, 2005.

3) Machatka, M. – Šála, J.: Technická pravidla CZB 2001. 1. vyd., Cech pro zateplování budov, Praha 2001.

4) Blaha, M.: Omítky. 1. vyd., Grada Publishing, Praha 2004.

Ing. Lukáš Balík, Ph.D. (*1973)

se zabývá diagnostikou staveb, stavebními dozory a poradenskou a vědeckou činností. Je zaměstnancem Experimentálního oddělení Kloknerova ústavu ČVUT.

Ing. Michaela Ibehejová (*1978)

je postgraduální studentkou Kloknerova ústavu v oboru „Nauka o nekovových materiálech a stavebních hmotách“.