Faktor difuzního odporu smrkového dřeva v závislosti na objemové hmotnosti

Datum: 25.7.2016  |  Autor: Ing. Jakub Šlik, Ing. et Ing. Richard Hlaváč, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních staveb  |  Recenzent: prof. Dr. Ing. Petr Horáček, Mendelova univerzita v Brně, Ústav nauky o dřevě (LDF)

Tato práce se zabývá problematikou propustnosti vodní páry dřevní hmotou u nejpoužívanější dřeviny pro stavební činnost – smrku ztepilého (Picea Abies). Difuze vodní páry je řešena v závislosti na hustotě materiálu, která je různá dle klimatických podmínek růstu stromů. Tyto rozdílné podmínky jsou v České republice charakterizovány zejména rozdílnou nadmořskou výškou pěstebního pásma. Propustnost vodní páry je v práci řešena pomocí metody pro měření difuzního odporu materiálů. Konkrétně se jedná o metodu mokré misky (wet–cup) a suché misky (dry-cup), která je provedena s využitím poznatků z normy s využitím rad předešlých řešitelů této metody. Výsledné závěry byly konfrontovány s hodnotami uvedenými v české normě a posléze využity do typické skladby roubené stavby s ohledem na dnešní legislativu.

Úvod

Dřevo mělo v minulosti význam jako stavební materiál a v dnešní době se dostává opět do popředí z mnoha důvodů. Největší z nich je spojován s udržitelnou výstavbou, jelikož se jedná o přírodní materiál, který lze snadno recyklovat. Vlastnosti dřeva jsou ovlivněny zejména jeho stavbou a biochemickým složením. Tyto vlastnosti jsou závislé na lokalitě, odkud dřevo pochází.

U nás je nejvýznamnějším klimatickým faktorem zejména nadmořská výška. Ta je charakterizována určitými klimatickými podmínkami, které vytvářejí různorodou strukturu stavby dřeva a odlišnou objemovou hmotnost u jednotlivých dřevin.

Cílem článku je přiblížit vliv rozdílné objemové hmotnosti smrku ztepilého (picea abies) na propustnost vodní páry ve směru kolmém na vlákna a vyšetření těchto hodnot na chování dřeva při zabudování do konstrukce roubené stavby. Měření bylo provedeno v rámci zadání diplomové práce na stavební fakultě ČVUT.

Popis vzorků

Pro porovnání objemové hmotnosti bylo vybráno několik vzorků dřeva ze tří lokalit s odlišnou nadmořskou výškou pro deklarování různých klimatických a růstových podmínek. Výchozím materiálem byl čerstvě poražený strom, který se zpracoval na vzorky pro měření propustnosti vodní páry miskovou metodou a na vzorky pro vyjádření objemové hmotnosti.

Obr. 1 – Odběrná místa jednotlivých stromů a jejich zpracování na vzorky
Obr. 1 – Odběrná místa jednotlivých stromů a jejich zpracování na vzorky
Obr. 1 – Odběrná místa jednotlivých stromů a jejich zpracování na vzorky
 

Obr. 1 – Odběrná místa jednotlivých stromů a jejich zpracování na vzorky

Metody měření

Propustnost vodní páry na jednotlivých vzorcích byla měřena metodami suché a mokré misky umístěných v provizorní klimakomoře. Pro měření bylo využito nasycených vodních roztoků, které se vždy obměnily při skončení jednotlivých metod. Měření probíhalo dle České technické normy ČSN EN ISO 12572.

Obr. 2 – Box pro měření jednotlivých metod s uložením vzorkůObr. 2 – Box pro měření jednotlivých metod s uložením vzorkůObr. 2 – Box pro měření jednotlivých metod s uložením vzorků

Výsledky měření

Graf 1 – Porovnání hodnot difuzního odporu a difuzní vodivosti u naměřených hodnot
Graf 1 – Porovnání hodnot difuzního odporu a difuzní vodivosti u naměřených hodnot

V České republice je difuzní faktor dřeva řešen při výpočtech tepelnětechnickou normou ČSN 73 0540-3 hodnotou μ = 157 ve směru kolmém na vlákna pro celé spektrum relativních vlhkostí prostředí a pro všechny dřevěné materiály. Rozdíl naměřených a normových hodnot není zanedbatelný.

Normové hodnoty neuvažují rozdíly při různých relativních vlhkostech, které jsou zejména při vyšších hodnotách této vlhkosti několikanásobně menší.

Graf 2 – Porovnání provedeného měření s normovými hodnotami
Graf 2 – Porovnání provedeného měření s normovými hodnotami

Vliv v konstrukci roubené stavby

Současné požadavky, ať už na součinitel prostupu tepla, teplotní faktor vnitřního povrchu, vzduchotěsnost konstrukce apod. jsou stále přísnější. Roubené stavby tedy již nelze realizovat pouze ze samotného roubení, ale je nutné tuto konstrukci opatřit dalšími vrstvami pro splnění zmíněných požadavků. To je většinou řešeno zateplením konstrukce ze strany interiéru, kvůli zachování žádaného vzhledu stavby. Toto zateplení je více náchylné k vlhkostním problémům uvnitř konstrukce. Nejčastěji jde o degradaci dřevěných prvků biologickými škůdci.

Pro výpočty byly uvažovány pouze vzorky s největšími rozdíly objemové hmotnosti. Řešená skladba byla tvořena z exteriérové stěny roubením v tl. 160 mm a tepelnou izolací vkládanou do roštu se záklopem z OSB desek. Dále bylo počítáno s instalační mezerou a palubkovým obkladem. Prvotní výpočty byly nejprve provedeny v programech využívající stacionární podmínky.

Graf 3 – Množství tepelné izolace pro vyhovění požadavků součinitele prostupu tepla
Graf 3 – Množství tepelné izolace pro vyhovění požadavků součinitele prostupu tepla

Z hlediska srovnání použitého dřeva jsou na grafu zřetelné rozdíly při použití normových a naměřených hodnot difuzních faktorů. Naměřené hodnoty u dřeva s vyšší hustotou ukazují, že pro bezproblémový tepelně-vlhkostní režim konstrukce by byla potřeba někdy i dvojnásobná tloušťká tepelné izolace oproti případu, kdy by byl použit normový faktor difuzního odporu. Tento jev je způsoben především menšími hodnotami faktoru difuzního odporu na straně exteriéru.

Graf 4 – Porovnání jednotlivých vlhkostí dřeva (roubení smrkového dřeva s větší hustotou odpovídá ose na pravé straně)
Graf 4 – Porovnání jednotlivých vlhkostí dřeva (roubení smrkového dřeva s větší hustotou odpovídá ose na pravé straně)

Výpočty hmotnostní vlhkosti dřeva byly zpracovány v závislosti na předchozích výpočtech tepelné izolace splňující požadavky tentokrát v programu využívající nestacionární podmínky výpočtu. Z grafu jsou opět patrné názorné rozdíly pevně stanovené normové hodnoty a hodnoty zkoumaných vzorků, které se vlivem proměnného faktoru lépe zbavují přebytečné vlhkosti v letních měsících. Z hlediska objemové hmotnosti se roubení s větší hustotou chová příznivěji kvůli menšímu poměru pórovitosti v dřevní hmotě, tedy menší možnosti akumulace vody ve volných prostorech.

Závěr

Z uvedených informací lze vyvodit závěr, že určitá závislost objemové hmotnosti na faktor difuzního odporu je zřejmá a měřitelná. Hustější dřevo vykazuje daleko širší rozsah faktorů difuzního odporu, zejména v oblastech s nižšími relativními vlhkostmi prostředí. Faktory difuzního odporu dřeva se dle normy ČSN 73 0540-2 nacházejí při vyšších relativních vlhkostech na straně bezpečné, vzhledem k vlhkostnímu návrhu konstrukce. Tato podmínka ovšem následně neumožňuje zateplení roubených stěn v takové míře, která by mohla splňovat součinitele prostupu tepla daná legislativou. Při řešených výpočtech se ale ukázalo, že při použití dřeva s větší objemovou hmotností tato konstrukce může splnit legislativní podmínky a přitom nemusí být trvale ohrožena degradací vlivem biologického napadení. Při stavbě roubené stavby je tedy nutné uvažovat i nad druhem používané dřevní kulatiny pro tvorbu roubení. Její vlastnosti mají totiž nemalý význam na chování celé konstrukce.

Zdroje

  1. Zateplování roubených stěn ze strany interiéru. Hlaváč, Richard Ing. 2012.
  2. ČSN EN ISO 12572 Tepelně vlhkostní chování stavebních materiálů a výrobků – Stanovení prostupu vodní páry. 2002.
  3. ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov.
  4. ČSN EN ISO 13788. Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků – Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce – Výpočtové metody. 2002.
 
English Synopsis
Water vapor permeability of wood according to the density of the material

This thesis deals with the water vapor permeability of wood for the most commonly used types of wood for construction work - Norway spruce (Picea Abies). Diffusion of water vapor is solved according to the density of the material, which varies depending on climatic conditions tree growth. These different conditions are in the Czech Republic mainly characterized by different altitude growing zones. Water vapor permeability is solved in the thesis by a method of measuring the diffusion resistance of materials. Specifically, the method of wet cup and dry cup, which is carried out using EN ISO 12572 knowledge and advices of previous researchers of that method. The results were compared with values reported in the Czech standard and later used for construction project of the typical timbered buildings with respect to contemporary legislation.

 

Hodnotit:  

Datum: 25.7.2016
Autor: Ing. Jakub Šlik, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních stavebIng. et Ing. Richard Hlaváč, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí pozemních stavebRecenzent: prof. Dr. Ing. Petr Horáček, Mendelova univerzita v Brně, Ústav nauky o dřevě (LDF)



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (1 příspěvek, poslední 25.07.2016 07:31)


 
 

Aktuální články na ESTAV.czMalý dům poskytuje velký komfortCreative Office Awards - nová soutěž pro studenty architekturyMaketa Německého domu na náměstí v Brně nemá stavební povoleníObce kvůli suchu bojují proti plýtvání vodou, vydávají zákazy