Články, Technologie, Zděné konstrukce

Inovativní řešení detailu uložení stropní konstrukce

Na mnoha stavbách bylo prokázáno, že jednovrstvé zdivo je vhodné pro výstavbu budov s nízkou energetickou náročností. Výrazné zvýšení tepelného odporu zdiva, zejména z cihel s integrovaným polystyrenem, přináší další výzvy, jak zdokonalovat konstrukční detaily. Jedním z hledisek je přínos k tepelné technice – snížení hodnoty Ψ a zvýšení povrchových teplot, další pak souvisí se statikou a proveditelností detailu na stavbě.

Jako výchozí konstrukce je zvolena zeď z cihel HELUZ Family 50 2in1 s λdesign,mas = 0,058 W/m.K (návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti zdiva dle ČSN EN 1745:2012), resp. s U = 0,11 W/m².K. Typ cihel je zvolený záměrně. Nejenže má zdivo nízký součinitel prostupu tepla, ale především provedení jednotlivých detailů z pohledu tepelné techniky je u konstrukcí s velmi nízkými hodnotami U někdy poměrně náročné. 

Řešený detail se vyskytuje prakticky na každé stavbě o více než jednom nadzemním podlaží. Nelze říci, že je prováděn chybně, ale v současnosti díky zavedení nových výrobků je možné konstrukční detail uložení stropů technicky vylepšit. Z obr. 1 a 2 je jasně patrné o jaký detail se jedná. Detail je nutné řešit i z pohledu tepelné ztráty objektu, neboť příslušná délka pro stanovení měrné tepelné ztráty z hodnoty lineárního činitele prostupu tepla je značná – rovna délce obvodu obálky budovy.

Obr. 1 a 2: Detail uložení stropní konstrukce – založení první řady paty stěny 2. NP je provedeno na výrazně větší tloušťku cementové malty (20–30 mm, λ = 1,00 W/m.K) na rozdíl od ložných spár s tenkovrstvou maltou (1 mm, λ = 0,25 W/m.K v případě tenkovrstvé malty HELUZ nanášené celoplošně)Obr. 1 a 2: Detail uložení stropní konstrukce – založení první řady paty stěny 2. NP je provedeno na výrazně větší tloušťku cementové malty (20–30 mm, λ = 1,00 W/m.K) na rozdíl od ložných spár s tenkovrstvou maltou (1 mm, λ = 0,25 W/m.K v případě tenkovrstvé malty HELUZ nanášené celoplošně)

Obr. 3: Běžně používané řešení detailu s věncovkou a zakládací maltouObr. 4: Inovativní řešení detailu s cihlami HELUZ Family 25 2in1 a s tepelněizolační maltou se zvýšenou únosností

Jednotlivá konstrukční schémata detailů jsou uvedena na obr. 3 a 4. Inovativní řešení spočívá v použití cihel HELUZ Family 25 2in1 s λdesign,mas = 0,083 W/m.K a s využitím tepelněizolační malty se zvýšenou únosností s λmor = 0,25 W/m.K, pevnost v tlaku malty je 8 MPa. Díky těmto prvkům je detail jednodušší na provedení – např. nemusíme zakládat pomocí zakládací soupravy první vrstvu zdiva 2. NP, zdivo je již vyrovnané. Zdivo 2. NP je celoplošně uloženo od vnějšího líce zdiva v šířce 250 mm na rozdíl od běžně používaných věncovek šířky 80 mm. Proto je tlakové napětí ve zdivu menší, zdivo je v tomto detailu stabilnější. Někdy se setkáváme s řešením, kdy je místo věncovek do líce zdiva použit polystyren (obr. 7) a zdivo 2. NP je překonzolováno, což vede ke zmenšení únosnosti paty zdiva 2. NP a v ojedinělých případech může dojít k problémům – např. k vývoji trhlin v omítkách v místě první ložné spáry zdiva 2. NP. Přínos z hlediska tepelné techniky je zásadní – malta pro založení paty zdiva neprobíhá přes celou tloušťku zdi a má výrazně nižší λmor. Běžně používaná malta pro zakládání má λmor = 1,00 W/m.K a funguje v detailu jako výrazný vodič tepla. Na obr. 8 a 9 je vidět porovnání termogramů vnější fasády z tepelněizolačních cihel Family 50, kde byla použita běžná zakládací malta, na druhém obrázku je, resp. není, vidět tepelněizolační zakládací malta. Termovizní snímky byly pořízeny za obdobných podmínek.

Obr. 5: Cementová zakládací maltaObr. 6: Tepelněizolační zakládací malta

Obr. 7: Použití EPS do vnějšího líce zdiva není vhodné řešení kvůli oslabení únosnosti paty stěny zdiva 2. NP. Platí to jak v případě zdiva se zateplením, tak i pro jednovrstvé zdivo, kde dochází i k odlišnému vlhkostnímu transportu, projevujícímu se odlišným odstínem zabarvení fasády. Další negativní jevy jsou spojené s odlišným chováním materiálů, kdy v důsledku rozdílných objemových změn je třeba omítky vyztužovat sklotextilní síťovinou.

Vyhodnocení detailů ve stacionárním teplotním poli
Konstrukční detaily byly porovnány při shodných okrajových podmínkách, Ti = 20 °C, Te = –15 °C, součinitele přestupu tepla byly uvažovány dle tabulky J.1 technické normy ČSN 73 0540-3:2005.

V tabulce 1 jsou uvedeny hodnoty Ψ, fRsi a nejnižší povrchová teplota konstrukce na straně interiéru při Te = –15 °C.

Tabulka 1: Vyhodnocení konstrukčních detailů

Detail

Ψ [W/m.K]

fRsi

Tmin (Te = –15 °C) 

Standardní řešení

0,08

0,911

16,89

Inovativní řešení

0,05

0,922

17,25

Rozložení teplotního pole pro jednotlivé detaily je na obr. 8 a 9.

Obr. 8 Rozložení teplot u běžného řešení detailuObr. 9: Rozložení teplot u inovativního řešení detailu

Vyhodnocení detailu v nestacionárním teplotním poli
Konstrukční detail byl dále podroben simulaci šíření tepla v nestacionárním teplotním poli. Materiálové vlastnosti byly zvoleny dle obvyklých hodnot s využitím ČSN 73 0540-3:2005. Okrajové podmínky byly zvoleny následovně: teplota na straně interié-ru 20 °C, ze strany exteriéru byl detail zatěžován nestacionárním průběhem teplot v měsíci lednu dle TRY pro České Budějovice. Při simulaci nebylo uvažováno s osluněním fasády. Délka kroku výpočtu byla zvolena na 60 s. Vyhodnocení výpočtů je uvedeno v grafech 1–6. Rozložení teplot v čase 2030400 s (= 23. 1. ve 12.00 h) je zachyceno na obr. 10 a 11.
Obr. 10: Rozložení teplot při dynamické simulaci – standardní řešeníObr. 11: Rozložení teplot při dynamické simulaci – inovativní řešení
Obr. 12: HELUZ Family 25 2in1

Závěrečné hodnocení
Inovativní řešení detailu v místě uložení stropní konstrukce má několik výhod:
– zvýšení povrchových teplot na vnitřní straně konstrukce (prokázáno při ustáleném vedení tepla i při dynamické simulaci);
– snížení tepelného toku detailem – při ustáleném vedení tepla cca o 30 %, při dynamické simulaci přibližně o 10 % (při hodnocení detailu hraje významnou roli také tloušťka kročejové izolace v podlaze – např. při tloušťce izolace 60 mm, např. kvůli vedení rozvodů vzduchotechniky, je rozdíl větší ve prospěch inovativního řešení detailu);
– zvýšení únosnosti zdiva v patě stěny;
– zjednodušení proveditelnosti detailu;
– rovnoměrné rozložení teplot při vnějším líci zdiva; výrazné potlačení rizika vniku jiného zbarvení pohledové vrstvy, popř. rozvoje trhlin v omítce v důsledku stabilního vlhkostního režimu při vnějším povrchu detailu, na rozdíl od standardně používaného řešení detailu.

Graf 1: Celkový tepelný tok z vnitřního prostředí do konstrukceGraf 2: Tepelný tok stěnou z vnitřního prostředí do konstrukce

Graf 3: Tepelný tok podlahou 2. NP z vnitřního prostředí do konstrukceGraf 4: Tepelný tok stropem 1. NP z vnitřního prostředí do konstrukce

Graf 5: Průběh teplot na styku stěny a podlahy 2. NPGraf 6: Průběh tepot v koutu mezi stěnou a stropem 1. NP

Závěr
Článek přinesl komplexní hodnocení jednoho z nejčastěji se opakujících řešení detailu v místě uložení stropní konstrukce. Při návrhu a realizaci budov s nízkou energetickou náročností přináší inovativní řešení konstrukčního detailu vylepšení obálky budovy s dalšími příznivými vlivy na kvalitu konstrukce. To je dosaženo díky jednoduchému použití cihel s integrovaným polystyrenem šířky 250 mm a tepelněizolační malty se zvýšenou únosností. Na závěr je vhodné připomenout, že i samotné nahrazení cementové malty tepelněizolační maltou v kombinaci s novým druhem věncovky s integrovanou izolací má na rozložení teplot při vnějším líci zdiva v detailu velmi příznivý vliv.

Hodnota lineárního činitele pro toto řešení je Ψ = 0,031 W/m.K, tedy ještě lepší než pro navrhované řešení. Nelze však opomenout další výhodné vlastnosti, které jsou zmíněny výše. Slabým článkem v detailu zůstává běžně používaná věncovka, která svými materiálovými parametry neodpovídá zdivu z vysoce tepelněizolačních cihel (porovnej obr. 10 a 11). Předložené řešení detailu je optimální volbou mezi jednotlivými požadavky na konstrukční detail.

PAVEL HEINRICH

Ing. Pavel Heinrich 
je produktovým manažerem firmy HELUZ cihlářský průmysl, v. o. s.