Masivní střecha pro celoroční pohodlí

Střecha je na domech nejvíce zatěžována extrémními teplotami. V létě se může na slunci rozpálit až k 70 °C, v zimě zas ochladit o desítku i více stupňů pod teplotu vzduchu. Pro celoroční příjemné bydlení je vhodná těžká, masivní střecha s vysokou schopností akumulovat teplo i chlad. Typicky ji vídáme v horkém podnebném pásmu. V našich podmínkách je doplněna silnou tepelnou izolací.

Zájem o masivní střechy, které výrazně přispívají k příjemnému bydlení, roste a ten, kdo se pro takovou střechu rozhodne, nemusí klestit žádné vlastní a nevyzkoušené cesty.

Dlouhodobě nejvyvinutější systém masivních střech nabízí společnost Xella. Jeho základem byly a i dnes jsou stropní dílce Ytong. Pro jejich montáž platí všechny přednosti známé pro pórobetonový systém Ytong, tzn. jednoduché řešení detailů a rychlost výstavby.

Nový impulz

Nový impulz dostaly masivní střechy poté, co Xella uvedla na trh pórobetonové termoizolační bloky Ytong Multipor. Ty se „lepí” na nosné dílce shora, tedy z venkovní strany. Tento krok dál zásadně zbrzdí nežádoucí toky tepla střechou ven (v zimě) či dovnitř (v létě). Především se však zesílí tepelně akumulační potenciál vnitřních masivních dílců. Velké množství tepla (v létě pak „chladu”), které dílce pojmou, je tak plně využito pro ustálení příjemné vnitřní teploty. Podle střechařských pravidel se na desky Ytong Multipor dává pojistná hydroizolace (ta se někdy klade na kontralatě), následují latě a nakonec krytina, v zásadě libovolná. Jde v podstatě o difúzně otevřenou střechu.

Teplotní chování lehké a masivní střechy

Tradiční lehké střechy jsou tvořeny z izolace, většinou z minerální vlny, a nosných dřevěných trámů; z interiérové strany je pohledová deska. Navrhují se tak, aby vedly co nejméně teplo. Postupující teplotní vlna – ať kladná nebo záporná – však kvůli malé hustotě prostředí rychle ohřívá či chladí místa, kterými postupuje.

V případě těžké, tj. masivní střechy, teplotní vlna také ohřívá či chladí místa, kterými postupuje, avšak protože těžký materiál střechy má velkou tepelnou kapacitu, trvá ohřev daného místa i celé střechy až několikanásobně déle. To přispívá k dalšímu zbrzdění a útlumu teplotní vlny.

Lze to shrnout tak, že teplotní vlna postupuje v lehké střeše mnohem rychleji než v masivní, v níž vlna spotřebuje velkou část své energie na ohřev těžké hmoty, což ji významně vyčerpává a „zdržuje”.

Reálné teplotní podmínky střech

Střecha je nejen teplotně nejvíce exponovanou částí obálky budovy, ale zaujímá také její podstatnou část; u domů typu bungalov převyšuje často plochu obvodových stěn. Vliv střechy na vnitřní teplotu tedy nelze přehlížet. K tomu je třeba dodat, že třeba v létě bývá osluněna nejen jižně, východně a západně orientovaná střecha: Při sklonu 45° je to i severní střecha, a to dokonce po celou dobu, kdy je slunce nad obzorem. Ukazuje to graf na obr. 1.

Z výpočtů [1] i zkušeností plyne, že se na přímém slunci může střešní krytina rozpálit až k teplotě 70 °C (a sálat tak na izolaci podle Stefanova - Boltzmannova zákona tok 800 W/m²!). Naopak v zimě při jasné noční obloze se střešní krytina může ochladit hluboko pod teplotu vzduchu. Při teplotě –10 °C by stejně teplá střecha sálala teplo s intenzitou 272 W/m². Pokud střecha tentýž energetický výkon nepřijme, nutně se musí ochladit. To nastává u silně izolovaných střech, kdy střecha není ohřívána zevnitř, a tehdy, je-li bezvětří (přestup tepla ze vzduchu do střechy je malý) a jasná obloha (záření oblohy má velmi nízkou teplotu). Pak může teplota povrchu střechy klesnout k cca –20 °C, kdy je její vlastní záření už jen ca 233 W/m².

Slabá místa běžných střech

Ukážeme si je na letních teplotních extrémech, které většinou jsou nejvíc nepříjemné. Za extrémních mrazů je situace podobná s tím, že tepelné izolace vykazují v mrazech lepší vlastnosti.

Je-li horkému dni vystavena lehká střecha, potom se od rozpálené krytiny rychle ohřeje povrch izolace a vznikne jakási „teplá fronta”, která se šíří izolací dovnitř. Jejímu šíření brání hlavně nízká tepelná vodivost izolace, která brzdí difúzi tepla. Nikoliv fakt, že by izolace ve větší míře pohlcovala šířící se teplo.

Lehká vzdušná izolace má navíc vlastnost, že se v ní teplo šíří částečně sáláním a že jeho podíl s teplotou roste. To způsobuje citelnou teplotní závislost její celkové tepelné vodivosti λ. Ukazuje to tab. 1. Má-li vzdušná izolace při teplotě +2,5 °C součinitel tepelné vodivosti λ = 0,036 W/(mK), pak při teplotě 70 °C je to už λ = 0,052 W/(mK). Čím je venku vyšší teplota a čím víc a déle svítí slunce, tím hůře střecha chrání.

Etablované výpočty pracující s ustálenými podmínkami přehlížejí i jinou podstatnou věc. Šíří-li se teplo vzduchopropustnou izolací, (například minerální vatou), musí se v ní při změně teploty šířit teplo i prouděním s tím, jak se v ní rozpíná či stlačuje vzduch. To může vysvětlit i nečekané výsledky srovnávacích testů na skutečných stavbách, které pod dohledem evropské instituce NORMAPME provedla přední evropská pracoviště zabývající se stavební fyzikou [2]. Ani velmi silná tepelná izolace z minerální vaty se v neustálených podmínkách neprosadila před mnohem tenčími, ale vzduchotěsnými fóliovými izolacemi.

Výhody masivní střechy

Masivní střechy a zejména systémové masivní střechy Ytong/Ytong Multipor všechny uvedené nepříjemnosti lehkých střech řeší.

Základem je jejich vysoký tepelně absorpční neboli akumulační účinek. I při extrémních venkovních teplotních změnách prochází izolací Ytong Multipor jen velmi malý difúzní tok tepla – totožný s ustálenými hodnotami pro běžné izolace. Ovšem bez nevítaného příspěvku proudění a s tím, že cca 3× hustší izolant Ytong Multipor akumuluje 3× více tepla. Také teplo, které doputuje do masivních panelů, je jimi v prvé řadě účinně akumulováno; akumulační schopnost masivních panelů Ytong je ca 15× větší než u minerální vlny a ca 40× větší než u pěnového polystyrénu. Akumulace přispívá k podstatnému utlumení venkovních teplotních změn, které se projeví na vnitřním povrchu.

Teplotní odezvu masivní střechy Ytong, sestavené z panelů Ytong tloušťky 200 mm a stejně silných desek izolace Ytong Multipor, na teplotní zátěž v podobě harmonického střídání venkovní povrchové teploty ukazuje graf na obr. 2. Je z něj patrné, že se odezva na vnitřní straně projeví až za cca 14 hodin po spuštění zátěže s maximem na úrovni jen 1/60 venkovní amplitudy.

Pro porovnání: stejně silná vrstva izolace minerální vlny, která reprezentuje lehkou střechu s o dost vyšší, výpočtovou tepelnou izolací, má za stejných podmínek odezvu cca jen za 8 hodin s maximem na úrovni 30 % venkovní amplitudy.

Graf na obr. 3 ukazuje extrémní, avšak reálný případ, kdy průměrná denní teplota venkovního povrchu střechy vzroste v období veder na 32,5 °C s nočním minimem 15 °C a denním maximem +50 °C, kdy je střecha rozpálená sluncem. Výchozí stav je stejná vnitřní a stejná průměrná venkovní teplota na úrovni 20 °C, což může prezentovat oblačnou letní oblohu. Typ masivní střechy je také stejný, její fázový posun je 14 h 24 minut a útlum 60. Závěr výpočtu je, že za 4 dny po nástupu uvedených tropických veder vzroste vnitřní teplota z 20 °C jen na 27 °C. Ve všech případech jsme pro jednoduchost neuvažovali vliv větrání a odlišných tepelných parametrů otvorových výplní.

Úspory za vytápění a chlazení

Vysoká a dlouho trvající stabilita vnitřní teploty, která je u domů postavených z těžkých stěn a zejména těžkých střech typická, významně přispívá k úsporám energie za vytápění a chlazení. Je-li průměrná, 24-hodinová denní teplota mezi 15 až 25 °C, není většinou třeba tyto domy vytápět ani chladit, i když denní extrémy vzrostou nad 30 °C nebo spadnou pod 10 °C. Stejně tak mohou bez temperování přečkat i několikadenní extrémní výkyv průměrné celodenní teploty.

Závěr

Masivní střecha systému stropních panelů Ytong / izolace Ytong Multipor je vítaným produktem, který zpestřil běžně dostupnou nabídku na trhu v České republice o masivní typ střechy s výjimečnými užitnými vlastnostmi, které zajišťují celoroční příjemné bydlení a významné úspory energie za vytápění či chlazení.

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek Jiří: Tepelné izolace ve střechách a jejich chování, Stavebnictví a interiér č. 5/2011, str. 44, www.stavebnictvi3000.cz/c3847.

[2] NORMAPME: Oficiální výsledky srovnávacího měření účinnosti minerálních a fóliových tepelných izolací na hotových domech, www.normapme.com/docs/tmip/synthese_des_tests_in_situ.pdf.