Proč zateplovat stěny novostaveb? Nejčastěji uváděné výhody zateplených novostaveb.

Slovo zateplování v současném stavebnictví již zcela zdomácnělo. Pro běžného občana je zateplování spojeno hlavně s rekonstrukcemi a zlepšením tepelné ochrany starších staveb. To však není úplný pohled. Také u velkého množství nostaveb se dnes navrhují a realizují zateplené sendvičové obvodové stěny. Hlavní důvody zateplování novostaveb ukazuje tento článek na příkladu kontaktních systémů zateplení (ETICS) na bázi polystyrenu.

Obr. 1: Detail jednovrstvé konstrukce z cihelných bloků typu POROTHERM 44 Si zděné na maltu Porotherm TM (viz. skladba číslo 1 v dalším textu)

Obr. 2: Detail zateplené vrstevné konstrukce složené z cihel POROTHERM 24 P+D a fasádního polystyrénu EPS 70 F, tl. 100 mm (viz skladba č. 2 v dalším textu)

Shrneme-li nejčastěji uváděné důvody pro tvrzení, proč zateplovat také nové stavby, dostáváme se k argumentům z nejrůznějších oblastí stavebnictví. Těch základních je deset:

1. Možnost volby parametrů konstrukce

Každý investor uvítá možnost rozhodnout o vlastnostech budoucí, zejména obvodové, stěny. Jedná se především o úrovni její tepelné izolace, pevnosti a únosnosti, akustických parametrech apod. Při použití sendvičové zateplené konstrukce je pouze na volbě investora, který ve spolupráci s projektantem rozhodne o izolačních parametrech stěny a budoucích provozních nákladech stavby. Volba izolačních vlastností stěny není prakticky omezena, dnes se běžně provádějí stěny s tloušťkou tepelné izolace 10, 15 i 20 cm.

Nedávná minulost nás přesvědčila, že věřit „zaručeným" poznatkům, že je hloupost zateplovat silnější deskou než „pětkou", se rozhodně nevyplatí. V tomto duchu se před časem vyskytly zprávy, že stěny s lepším tepelným odporem než 2,0 m²K/W nemají smysl. Podobné nesmysly smetly ze stolu postupné deregulace elektřiny a plynu. Ti, již zateplovali „pětkou", si dnes často říkají: „že jsem si pět tisíc nepřiplatil a nezateplil alespoň „desítkou". Alespoň někteří se již ponaučili: pro dům o ploše fasády 120 m² stojí zvýšení tloušťky tepelné izolace o 50 mm cca 7 000,- Kč. Ostatní náklady na zateplení jsou konstantní a tak se jedná o 7 tisícovek velmi dobře investovaných pro budoucnost.

Další velkou skupinou zateplených novostaveb jsou nízkoenergetické a pasivní budovy. Také v ČR se stávají tyto stavby s minimálními provozními náklady stále žádanější a rozšířenější. Fasádní tepelně izolační desky u těchto staveb dosahují tloušťky větší než 20 cm.

Obr. 3: Příklad zateplené masivní stěny s deskami GreyWall 033 celkové tloušťky 400 mm s tepelným odporem R = 8,1 m².K/W, tj. součinitel prostupu tepla U = 0,121 W/(m².K). V kombinaci s trojitým zasklením se jedná o stěnovou konstrukci vhodnou pro nízkoenergetické a pasivní domy. O tepelně izolačních vlastnostech desek GreyWall 033, které jsou novinkou v sortimentu společnosti Rigips, s.r.o., se dočtete více v [6]

2. Odstranění typických tepelných mostů (přechod stěny na základ, maltové spáry, sekání cihel apod.)

Druhým vážným argumentem pro použití zateplené stěny u novostaveb je téměř dokonalé odstranění tepelných mostů. Různě velké tepelné mosty vznikají u jednovrstvých konstrukcí nejčastěji v oblasti přechodu stěny na základ a terén, v místech překladů, věnců, dozdívek silnějších maltových spár, dozdívání u krovu atd. Jen velmi málo stavebních firem má k dispozici pily na cihelné bloky, jen málo projektantů dokáže navrhnout stavby tak, aby nebylo nutno cihly sekat. Detaily, které jsou teoreticky na papíře vyřešeny, tak zůstávají v praxi v žalostném stavu. Výsledkem bývá zhoršení tepelně technických parametrů jednovrstvých stěn o desítky procent. Jednoduché řešení nabízí zateplená stěna. Nosnou konstrukci lze postavit rychle, bez starostí o správné provedení komplikovaných tepelně technických detailů, bez speciálního nářadí, při použití běžné, levné cementové malty. Může se zpracovat kdejaká plná cihla či půlka a „domalovat", co je třeba. Potom se vše jednoduše obalí tepelnou izolací beze spár a slabých míst a tak se vytvoří vlastní izolační obálka stavby.

Obr. 4: Ukázka stále se objevujících chyb při zdění

3. Jednoduché vyřešení ukončení hydroizolace nad terénem.

Jedná se o zdánlivou drobnost, nicméně často podceňovanou a u jednovrstvých stěn bez zateplení soklu velmi těžko řešitelnou. Není snadné ukončit hydroizolaci v soklu s klasickou vápenocementovou omítkou či obkladem tak, aby detail řešil dokonalou ochranu proti vlhkosti. Při běžném obkladu keramickými obkladačkami nám vlhkost s obsahem rozpuštěných solí vzlíná často až metr vysoko (nad obklad) a poté nám vytváří známé výkvěty a rozrušuje zdivo.

U zateplených soklů lepíme soklovou desku nad a pod hydroizolaci (hydroizolace je za deskou obnažena) a tak je transport vlhkosti dokonale a jednoduše přerušen, viz obr. 5. Pod hydroizolací také nedochází k velkému odpařování vody a tudíž je transport solí významně snížen. Soklová, či drenážní deska se speciálním povrchem zároveň narozdíl od používaných nopových fólií umožňuje spojité provedení omítky či obkladu.

4. Oddělení stavby nosné konstrukce a provádění zateplení

Další argument navazuje na předchozí, neboť běžného zedníka těžko donutíte ošetřit každý tepelně technický detail. Běžný zedník dokáže kvalitně a efektivně vyzdít stěnu bez speciálních detailů a poté přichází „zateplovací" firma, pro kterou je např. samozřejmostí, že spáry mezi izolačními deskami jsou nepřípustné. Každý tak vytvoří efektivně a kvalitně svoji část stěnové konstrukce a požadované izolační parametry jsou spolehlivěji dodrženy. Navíc provedení zateplení se i laikovi jednoduše kontroluje, neboť „díra v izolaci" je dobře vidět a jde dobře spravit.

Obr. 5: Řešení detailu ukončení hydroizolace pomocí drenážní desky DD Universal Rigips

5. Menší tloušťka stěny = větší interiér stavby

Zateplené stěny novostaveb dosahují průměrných izolačních parametrů s menší tloušťkou, než jednovrstvé stěny. Zmenšíme-li tloušťku obvodové stěny o 10 cm, získáme 0,1 m² vnitřního prostoru na 1 běžný metr obvodového zdiva. U jednopodlažní stavby s délkou obvodové stěny 40 bm získáme plochu 4 m² a u dvoupodlažní pak 8 m². Tento zisk podlahové plochy nás nestojí téměř žádné navýšení stavebních nákladů s výjimkou výdajů za nákup a realizaci podlahových krytin.

6. Menší riziko reklamací (praskání omítek)

Současnost přináší důrazné požadavky na velmi rychlé stavění. U rychlých staveb pozorujeme, že vysoký podíl reklamací souvisí s praskáním omítek. Důvodů je celá řada - používání nadměrně vlhkých staviv, snížení pevnosti zdiva v důsledku nemaltování styčných spár, dotvarování stavby, velmi tenké omítky apod. Všechny tyto „maličkosti" vytvářejí ve zdivu, maltě a omítce s výrazně odlišnými moduly pružnosti, součiniteli teplotní roztažnosti a odlišnými pevnostmi mechanické napětí, které se u fasád často projeví vlasovými trhlinami. Trhliny na fasádách, které se i po úpravě novým nátěrem po čase znovu objeví, se tak stávají jednou z hlavních příčin reklamačních řízení.

Pokud se však na pevnou stěnu nalepí mechanicky poddajná izolační vrstva, ta se následně vyztuží armovacím tmelem s vloženou sítí a poté nanese ušlechtilá a rovněž dostatečně poddajná omítka, riziko prasklin se odstraní nebo výrazně sníží.

7. Nižší kondenzace v konstrukci

Tento argument je pro mnohé laiky překvapivý, neboť se jim často na první pohled zdá, že v konstrukci zateplené polystyrenem bude kondenzovat více vlhkosti, než ve stěně nezateplené. Na pomoc si tentokrát vezmeme výpočetní program a zkusíme z hlediska množství zkondenzované vlhkosti porovnat základní používané stěnové konstrukce ve složení:

• Skladba 1:
  vnitřní omítka MVC tl. 5 mm; cihla typu THERM tl. 440 mm (uvažován POROTHERM 44 Si zděný na maltu Porotherm TM); venkovní jádrová omítka MVC tl. 20 mm; fasádní omítka tl. 2 mm.

• Skladba 2:
  vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní, tl. 100 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm.

• Skladba 3:
  vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní tl. 150 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2mm.

• Skladba 4:
  vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; cihla typu THERM tl. 240 mm (uvažován POROTHERM 24 P+D tř. 900); EPS 70 F fasádní tl. 200 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm.

• Skladba 5:
  vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; pórobeton Ytong tl. 400 mm; jádrová omítka MVC tl. 20 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm.

• Skladba 6:
  vnitřní omítka MVC tl. 15 mm; pórobeton Ytong tl. 300 mm; EPS 70 F fasádní tl. 100 mm; armovací tmel s výztuží tl. 3 mm; fasádní silikátová omítka tl. 2 mm.

Obr. 6: Příklad umístění oblasti kondenzace u jednovrstvé stěnové konstrukce, viz. skladba 1, při teplotě a tlaku 21 °C a 50 % relativní vlhkosti na vnitřní straně a -15 °C a 84 % na vendkovní straně.

Obr. 7: Příklad umístění oblasti kondenzace u zateplené vrstvené stěnové konstrukce, viz skladba 2, při teplotě o tlaku 21 °C a 50 % relativní vlhkosti na vnitřní straně a -15 °C a 84 % na venkovní straně.

Tab 1: Výsledky posouzení

Z uvedených výsledků je zřejmé, že všechny posuzované skladby (zateplené i nezateplené) splňují požadavek platné ČSN 73 0540-2. Dále je zřejmé, že u zateplených konstrukcí dochází dokonce ke snížení kondenzace a to v závislosti na tloušťce izolační desky z EPS. Čím silnější tepelná izolace z EPS je použita, tím méně vlhkosti v celé skladbě stěny kondenzuje. (Toto tvrzení nelze obecně uplatnit pro tepelné izolace z minerálních vláken, u nichž velikost kondenzace závisí na difúzní propustnosti fasádní omítky.)

Vlastní snížení množství a oblasti kondenzace se projeví dokonce výrazněji než v ploše u základních detailů – rohu místnosti, překladů, věnců a všude tam, kde je konstrukce nějak tepelně oslabena. Pro ilustraci vlivu zateplení jsme vybrali např. nejzákladnější detail rohu běžné místnosti. Ještě významnější rozdíly bychom nalezli např. u rohů místností s vestavěnou šatní skříní. Detail byl hodnocen s pomocí 2D analýzy teplotních a vlhkostních polí se zahrnutím stěn do vzdálenosti 1,5 m od rohu.

Pro roh stěn o skladbě 1 (Porotherm 44 Si) byla výpočtem stanovena nejnižší vnitřní povrchová teplota 16,1 °C. V detailu dochází jak při venkovní návrhové teplot -16 °C, tak během modelového roku ke kondenzaci vodní páry. Za zimní období v tomto lineárním detailu zkondenzuje 0,20 kg/m vodní páry – vzniklý kondenzát se nicméně může odpařit z detailu již do konce dubna. Detail rohu skladby 1 tedy splňuje požadavky ČSN 730540-2.

Na obr. 8a,b je vidět průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek) a rozložení teplotních polí v hodnoceném detailu. Na obr. 10a pak oblasti s relativní vlhkostí nad 90 %. Všechny grafické výstupy platí pro venkovní teplotu -16 °C.

Obr. 8a: průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek)

Obr. 8b: rozložení teplotních polí v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 1.

Pro roh stěn o skladbě 3 (Porotherm 24 P+D s vnějším zateplením EPS tl. 150 mm) byla výpočtem stanovena nejnižší vnitřní povrchová teplota 16,2 °C. V detailu dochází ke kondenzaci vodní páry pouze při venkovní teplotě nižší než –10 °C. Během modelového roku, který používá průměrné měsíční teploty venkovního vzduchu, proto ke kondenzaci vodní páry výpočtově nedochází a množství zkondenzované vodní páry nelze určit (tj. je tak malé, že ho výpočtová metodika ČSN EN ISO 13788 nepostihuje). Detail rohu skladby 3 tedy splňuje požadavky ČSN 730540-2.

Na obr. 9 je vidět průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek) a rozložení teplotních polí v hodnoceném detailu. Na obr. 10b pak oblasti s relativní vlhkostí nad 90 %. Všechny grafické výstupy platí pro venkovní teplotu –16 °C.

Pozn. Posouzení skladeb bylo posouzeno z [1].

Obr. 9a: Průběh izotermy 13,7 °C (normový požadavek)

Obr. 9b: rozložení teplotních polí v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 3.

Obr. 10a: Oblast s relativní vlhkostí 90 % v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 1

Obr. 10b: Oblast s relativní vlhkostí 90 % v hodnoceném rohovém detailu ve skladbě 3

8. Tepelná akumulace zatepleného zdiva – kratší topná sezóna

Platná stavební tepelná norma ČSN 73 0540-2 neuvádí konkrétní požadavek na velikost tepelné akumulace obvodových stěn. Ovšem pro stavby s lehkými obvodovými stěnami požaduje nižší součinitel prostupu tepla, než který je požadován pro těžké zdi.

Důvodem je malá schopnost lehkých stěn akumulovat teplo, což plyne z jejich malé tepelné kapacity. Při přerušení dodávky tepla nebo při prudkém poklesu venkovní teploty hrozí u staveb z lehkých stěn riziko poklesu vnitřní povrchové teploty pod požadovanou hodnotu, tedy riziko kondenzace. Vyšší tepelný odpor lehké stěny má zajistit, aby teplo, které je obsaženo v ohřátých místech obvodové stěny (a také ve vnitřním vzduchu) jen v malém množství, bylo co nejdéle uchováno uvnitř stavby a vnitřní stěny aby chladly pomaleji.

Veličina, která může být mírou tepelně akumulační schopnosti jednovrstvého zdiva, je uvedena v [3] a s odkazem na [3] je zmíněna ve [4]. Je zde analyticky počítán časový průběh chladnoucího teplotního pole v konstrukci, které je popsáno, citujeme "superpozicí nekonečné řady tlumených harmonických prostorových teplotních vln, z nichž každá je parciálním řešením rovnice vedení tepla aplikované pro tento případ"³. Fyzikální smysl nasazení harmonického modelu na ryze stagnační děj není diskutován. Konstanta v součinitelích útlumu těchto vln je v reciprokém vztahu k hledané veličině, která je ve [4] pojmenována jako ukazatel tepelné akumulace (UTA) a má rozměr času.

Jednoduchou a názornou úvahou byla v [5] definována relaxační doba τ₀, která je pro jednovrstvé zdivo polovinou UTA. V této úvaze byl spočítán pokles vnitřní povrchové teploty ze snížení obsahu tepla v konstrukci za krátkou dobu po přerušení toku tepla na vnitřním povrchu. Během této doby byl předpokládán nezměněný tok tepla na venkovním povrchu zdi a takové rozdělení teplot v konstrukci, které odpovídá ustáleným podmínkám. Počáteční rychlost chladnutí vnitřního povrchu je pak nepřímo úměrná relaxační době τ₀, pro kterou platí:

kde τ₀ = UTA/2 je relaxační doba. Název „relaxační doba" vznikl proto, že tato veličina má fyzikální rozměr času a také proto, že určuje dobu, po kterou stěna přechází do nových ustálených podmínek, tedy „relaxuje". Navíc i bez komplikované matematiky snadno spočítáme relaxační dobu pro vícevrstvé sestavy. Pro dvouvrstvou stěnu platí:

Z vysoké schopnosti obvodové stěny akumulovat teplo, tedy z její dobré teplotní setrvačnosti, plyne stabilizovaný výkon otopné soustavy, která nemusí reagovat na krátkodobé oscilace venkovní teploty (např. během dne a noci), ale jen dlouhodobý venkovní teplotní průměr. To jinými slovy znamená zbavení se či podstatné utlumení otopných špiček, reálné zkrácení topné sezony a celková úspora provozních nákladů za teplo. Jak je uvedeno např. v [2], u domu s vysokou tepelnou akumulací klesne za 12 hodin při nočním poklesu teplot na 7 °C vnitřní teplota z 21 °C na pouhých 20,4 °C. Takový dům překlene i několikadenní noční poklesy teplot nebo ranní mrazíky bez toho, aby se musel spouštět otopný systém. Vysoká tepelná akumulace umožňuje podstatně snížit topnou sezonu na 154 dny oproti 182 a více dnům topné sezony pro lehké neakumulující stavby (podle měření experimentálních domů v německém Darmstadtu, viz tab. v [2]).

Tab. 2: Tepelně akumulační vlastnosti výše posuzovaných stěnových soustav vyjádřené relaxačními dobami

9. Keramická cihla je chráněna před mrazem účinným izolantem

Z průběhu teplot zateplenou a nezateplenou konstrukcí je zřejmé, že jednovrstvá konstrukce je namáhána mrazem v části, kde kondenzuje vlhkost, viz obr. 6. Naproti tomu u zateplené konstrukce je celá cihelná část před mrazem chráněna a oblast, která v zimě promrzá, se nachází pouze v izolaci, viz obr. 7.

10. Ekonomická výhodnost

Posledním důvodem častých aplikací zateplených stěn novostaveb je jejich cenová výhodnost. Pro lepší představu uvádíme porovnání parametrů vybraného jednovrstvého a vrstveného zdiva, které bylo zpracováno pracovištěm CSI, a.s. Praha [7] v rámci publikace Snižování energetické náročnosti staveb.

Tab 3: Charakteristika vícevrstvé konstrukce

Uvedené ceny konstrukcí byly stanoveny jako agregované položky uváděné např. URS Praha či RTS Brno. Tyto položky již obsahují náklady na materiály, dopravu, mzdy a režii včetně zisku. Dále byl při výpočtech použit ceník společnosti Wienerberger 2006 platný od 15.1.2006 uveřejněný na internetových stránkách. Všechny uvedené ceny jsou bez DPH.

Tab 4: Charakteristika jednovrstvé konstrukce

Závěr

Z uvedeného porovnání vyplývá, že zateplená konstrukce není dražší, než jednovrstvá stěna, dokonce můžeme nějakou tu korunu ušetřit. Co se týče ekonomického, užitného a také bezpečnostního hlediska - při předcházení různých vlhkostních vad, je efekt ze zateplení větší při větších tloušťkách izolace. Naopak při malé tloušťce okolo či pod 5 cm je efekt malý, ne-li záporný kvůli horší bilanci kondenzované vlhkosti v konstrukci. Shrneme-li všechny uvedené argumenty, lze očekávat, že se zateplenými vrstvenými stěnami se budeme také u novostaveb setkávat stále častěji.

Literatura a zdroje:

[1] Svoboda, Zbyněk: Tepelně technické posouzení – vybrané skladby zděných konstrukcí, posouzení z hlediska požadavků ČSN 730540-2, zpracováno IV/2006 pro objednatele Rigips, s.r.o.
[2] Dudák, Marek: KMB SENDWIX - kouzlo tepelné akumulace, Stavebnictví a interiér č. 4/2006, str. 18.
[3] Řehánek, J.: Tepelná akumulace budov, ČKAIT, Praha 2002.
[4] Kučera, P.: Tepelný odpor a tepelná jímavost cihelného zdiva, příspěvek ve sborníku z celostátní odborné konference Zděné objekty v Hradci Králové, 23. - 24. května 2006, str. 21, vydal René Růžička - Stavokonzult, 2006.
[5] Hejhálek, J.: Setrvačnost vnitřní povrchové teploty obvodových konstrukcí, Stavebnictví a interiér 2/2001, str. 56.
[6] Hejhálek, J.: NEOPOR. Nová generace tepelné izolace, , Stavebnictví a interiér 9/2005, str. 42.
[7] Šafránek, J.: Izolační praxe 6 - Snižování energetické náročnosti staveb, vydalo Sdružení EPS

¹ Ing. Pavel Rydlo, člen technického oddělení Rigips, s.r.o., závod Česká Skalice
² část Tepelná akumulace zatepleného zdiva – kratší topná sezóna
² Když při ustálených teplotních podmínkách přerušíme dodávku tepla, tok tepla na vnitřním povrchu zdi se zastaví a povrch zdi i místa pod povrchem začnou chladnout. Chladnutí teplotního pole v jednorozměrném modelu (nekonečná stěna, kde se teplota i materiálové složení mění jen ve směru x), lze vyjádřit rovnicí

kde t je teplota, která závisí na čase τ a poloze x, dále t_e a t_si je venkovní resp. vnitřní povrchová teplota. Ve funkční řadě na pravé straně je d tloušťka vrstvy, a je součinitel teplotní vodivosti a konečně A_n a m_n jsou konstanty, které vyplývají z okrajových podmínek. Řada rychle konverguje, takže pro praxi většinou postačí pracovat s prvními dvěma až pěti členy. Z fyzikálního pohledu připomíná řada Fourierův rozklad teplotního pole na monochromatické prostorové teplotní vlny, jejichž amplituda A_n·exp (- µ_n²· ατ/d²) klesá s časem τ. Exponenciální výraz popisuje rychlost chladnutí n-té teplotní vlny, v něm se pak µ_n²· α/d² nazývá součinitel útlumu (n-té vlny) a výraz ατ/d² ve [3] se nazývá Fourierovo číslo. Konstantní parametr α/d², který se objevuje u všech členů rozkladu, je reciprokým vyjádřením ukazatele tepelné akumulace (UTA) podle [4].