Analýza výsledkov merania vzduchotesnosti drevostavieb

Úvod

Pri súčasnej výstavbe budov v nízkoenergetickom a pasívnom štandarde meranie vzduchotesnosti vykonávaného na stavbe má opodstatnený význam. Jedná sa o efektívny spôsob pomocou, ktorého je možnékontrolovať kvalituzhotovenia obalového plášťa (HAZUCHA 2010) a lokalizovať netesnosti rôzneho druhu.Výsledkom meraniaje hodnota intenzity výmeny vzduchu n₅₀ [h⁻¹] (CARRIÉ et. al. 2012), ktorá rozhoduje o veľkosti tepelných strát vetraním (HACENE, AMARA 2011) a celkovej kvalite vnútorného prostredia budovy. Uvedená veličina vyjadruje objemový tok vzduchu prechádzajúceho netesnosťami obalového plášťa pri referenčnom tlakovom rozdiele 50 Pa vztiahnutého k vnútornému objemu budovy. Nespornou výhodou merania v štádiu dokončenia obalového plášťa je možné lokalizovať netesnosti (KALAMEES, MINNA 2007) a vykonať ich opravu. Oddelenie drevených stavebných konštrukcií momentálne disponuje na Slovensku s najväčším súborom nameraných údajov vzduchotesnosti drevostavieb. V európskych krajinách sa problematikou vzduchotesnosti budov zaoberajú dlhšie obdobie rôzne organizácie a inštitúcie. Najčastejšie citovaním zdrojom údajov o skutočnej dosahovanej vzduchotesnosti budov je databáza spracovaná v rámci medzinárodného projektu (KATZ, WITRIOL 2004). Výsledky z jednotlivých výskumných projektov boli použité na tvorbu rôznych publikácií a príručiek. Obsahujú množstvo cenných informácií vedúcich k zvyšovaniu vzduchotesnosti budov a celkovej kvality zhotovenia stavieb. Najvýznamnejším prínosom týchto poznatkov je konštatovanie postupného zlepšovania a dosahovanie požadovaných hodnôt intenzity výmeny vzduchu. Dôvodom je zavádzanie požiadaviek na vzduchotesnosť budov do stavebných predpisov a aplikovanie poznatkov získaných dlhodobým výskumom (LIDDAMENT 1986). Na Slovensku odporúčané hodnoty intenzity výmeny vzduchu nie sú dané predpisom v norme, ale používajú sa prevzaté hodnoty z noriem platných v Českej republike ČSN 73 0540-2 (2011), Rakúska ÖNORM B 8110-5 (2011) a Nemecka DIN 4108-7 (2011).Dosiahnutie požadovanej hodnoty n₅₀ < 1,5 pre nízkoenergetické domy a n₅₀ < 0,6 pre energeticky pasívne domy z hľadiska potreby energie na vykurovanie je kľúčové (CATALINA, VIRGONE 2008). V porovnaní s budovami, ktoré sú zhotovené štandardnými stavebnými postupmi bez zvýšených nárokov na vzduchotesnosť sa teoretická hodnota intenzity výmeny vzduchu pohybuje na úrovni hodnoty n₅₀ > 4,5 alebo aj niekoľko násobne viac (CEPHEUS 2000). Na uvedené nízke požadované hodnoty intenzity výmeny vzduchu má hlavne vplyv kvalita zhotovenia konštrukčných detailov v projekčnej a realizačnej fáze výstavby. Samozrejme taktiež je dôležité poučiť o opatreniach zabezpečujúcich vzduchotesnosť budovy pracovníkov podieľajúcich sa na výstavbe (MAAS, GROSS 2005).

Cieľom príspevku je analýza výsledkov rozsiahleho súboru meraní vzduchotesnosti drevostavieb v závislosti od významnosti rôznych vplyvov a najčastejšie vyskytujúcich sa lokalizovaných netesností.

Experimantálna časť

Merania vzduchotesnosti prebiehali na budovách, ktoré podľa účelu užívania patria do kategórie rodinné domy. Rodinné domy boli postavené na území Slovenska a v pohraničnej oblasti Dolného Rakúska v časovom období rokov 2011 až 2013. Z hľadiska tvaru ich je možné rozdeliť do nasledovných skupín uvedených v Tab. 1.

Tab. 1 Tvar budovy v kategórii rodinné domy

Jednopodlažný rodinný dom nepodpivničený
s plochou strechou	so sedlovou strechou	s valbovou strechou
B/A1	B/A2	B/A3
Dvojpodlažný rodinný dom nepodpivničený
s plochou strechou	so sedlovou strechou	s valbovou strechou
B/B1	B/B2	B/B3

Základný súbor meraných budov tvorí 69 rodinných domov. Do uvedeného počtu nie sú zahrnuté opakované merania počas výstavby, v štádiu dokončenia hrubej stavby a po odovzdaní stavby do užívania. Tieto opakované merania rozširujú základný súbor rodinných domov o ďalších 41 meraní vzduchotesnosti budov. Teda celkovo bolo analyzovaných 110 výsledkov meraní intenzity výmeny vzduchu.Výmena vzduchu v 49 budovách bola zabezpečená nútením riadením vetraním prostredníctvom rekuperačného zariadenia a 20 budovách výmena vzduchu prebiehala prirodzením vetraním. Z hľadiska prípravy budovy pred meraním pri obidvoch použitých metódach B a A bolo nasávacie a výfukové potrubie vetracieho zariadenia uzatvorené nafúknutím gumenej upchávky na úrovni prechodu potrubia cez obvodovú stenu. Týmto spôsobom bol z merania vylúčený vplyv vetracieho zariadenia zabezpečujúceho nútené riadené vetranie.

Obr. 1 Základné prvky zariadenia Blower door test

Obr. 2 Konštrukčná skladba jednotlivých častí obalového plášťa budovy

Pri všetkých meraniach vzduchotesnosti budov bolo použité zariadenie Blower door test od výrobcu Retrotec Inc., USA model Q 46, Obr. 1. Uvedené meracie zariadenie je vo vlastníctve Oddelenia drevených stavebných konštrukcií. Merania vzduchotesnosti budov boli vykonávané v zmysle normy STN EN 13829 (2011), v ktorej je uvedená podrobná metodika a postup merania. Jedná sa najpoužívanejší spôsob merania založení na princípe tlakového spádu s externým ventilátorom. Namerané údaje boli zaznamenané do protokolu o meraní a vyhodnotené na pracovisku Oddelenia drevených stavebných konštrukcií.

Obalová konštrukcia budovy v styku so vzduchom bola tvorené panelovým konštrukčným systémom na báze dreva, Obr. 2. Z hľadiska šírenia vlhkosti v konštrukcií boli zastúpené budovy s difúzne otvorenou konštrukciou skladby steny. Vzduchotesné rovinu a zároveň aj funkciu parobrzdy vytvárala vrstva tvorená orientovanou trieskovou doskou OSB.

V konštrukcií strešného plášťa vzduchotesnosť zabezpečovala monolitická parozábrana. Výplň transparentných konštrukcií bola tvorená rôznymi druhmi okenných výplni, ktoré boli pevné alebo otváravé, určené projekčným návrhom. Podlahová konštrukcia bola tvorená monolitickou železobetónovou konštrukciou v dvoch prevedeniach. Prvé vyhotovenie predstavovalo založenie stavby na penosklo vytvorením vrchnej železobetónovej konštrukcie bez použitia hydroizolačnej vrstvy. Druhý spôsob založenia stavby pozostával zo základových pásov prepojených s vrchnou železobetónovou konštrukciou s vrchnou hydroizolačnou vrstvou. Z hľadiska vzájomného spojenia jednotlivých častí vzduchotesnej roviny boli použité materiály určené na tvorbu vzduchotesných spojov. Všetky spoje v ploche vzduchotesnej roviny ako aj napojenie transparentných konštrukcií na konštrukciu obalového plášťa boli spájané vzduchotesnou páskou. Pri prechodoch inštalačných rozvodov kruhového tvaru cez vzduchotesnú rovinu boli v ideálnom prípade použité vzduchotesné manžety alebo jednoduché olepenie vzduchotesnou páskou, ktoré pri dôkladnej montáži bolo postačujúce.

K dosiahnutiu požadovanej vzduchotesnosti obalového plášťa budovy prispeli nasledovné opatrenia, ktoré pozostávali z nasledovných fáz:

• pred realizáciu stavby: riešenie celistvosti vzduchotesnej roviny obalového plášťa budovy v projekčnej príprave,
• počas realizácie stavby: dohľad a kontrola pracovníkov osobou zodpovednej za priebeh výstavby,
• kontrola vzduchotesnosti: lokalizácia a návrh odborného odstránenia netesnosti obalového plášťa budovy zistených počas merania v štádiu dokončenia vzduchotesnej roviny,
• odporúčania pre ďalšiu realizáciu: použitie vylepšených konštrukčných detailov na základe praktických skúsenosti pri ďalšej realizácií obalových plášťov drevostavieb.

Výsledky a diskusia

Po usporiadaní dostupného súboru meraných budov bolo možné zostaviť rámcový spôsob hodnotenia vzduchotesnosti budovy založeného na aplikovaní štatistických metód. Základnou jednotkou bola intenzita výmeny vzduchu n₅₀, ktorá predstavovala hlavný výsledok merania vzduchotesnosti budovy. Najskôr jednotlivé hodnoty boli vyjadrené základnými štatistickými charakteristikami Tab. 2 a Obr. 3. Pre skúmanie najvýznamnejších vplyvov a súvislosti medzi výsledkami bolo potrebné zvoliť vhodné testy na stanovenie štatistickej významnosti. Najvhodnejšia metóda sa preukázala viacfaktorová analýza rozptylu (ANOVA), ktorá bola použitá v jednotlivých analýzach. Princíp je založený na štatistickej významnosti jednotlivých faktorov a interakcií, ktoré sú posudzované zo základnej tabuľky rozptylu a p-hladín významnosti Duncanovho testu.

Obr. 3 Krabicový graf s výsledkami meraných budov

Viacfaktorová analýza rozptylu bola použitá pre hodnotenie usporiadaného súboru v nasledovnom poradí:

• vplyv tvaru budovy a počtu podlaží na priemernú intenzitu výmeny vzduchu,
• vplyv metódy merania na priemernú intenzitu výmeny vzduchu,
• vplyv roku výstavby na priemernú intenzitu výmeny vzduchu.

Z hľadiska správnej interpretácie výsledkov nebolo možné použiť vhodnú štatistickú metódu pre skúmanie vplyvu lokalizovaných netesností na vzduchotesnosť budovy.

Výsledky prác iných autorov zaoberajúcich sa vzduchotesnosťou budov sú obmedzené na vyjadrenie množstva meraných budov a hodnoty intenzity výmeny vzduchu (NOVÁK 2011 a CARRIÉ, WOUTERS 2012 ). V tomto smere vzniká iniciatíva (LIDDAMENT 2001), ktorej cieľom je pripraviť jednotný metodický postup pre hodnotenie rozsiahlych súborov meraní vzduchotesnosti budov. Vďaka tomuto postupu bude v budúcnosti možné porovnávanie výsledkov medzi jednotlivými pracoviskami v rôznych krajinách. Použité spôsoby hodnotenia výsledkov v tomto príspevku môžu čiastočne prispieť k tvorbe metodických postupov pre hodnotenie vzduchotesnosti budov.

1.1 Vplyv tvaru budovy na priemernú intenzitu výmeny vzduchu

Obr. 4 Priemerná intenzita výmeny vzduchu pre jednopodlažné a dvojpodlažné budovy v závislosti od tvaru budovy

Analýza základného súboru meraných budov v počte 69 budov nepreukázala významný vplyv na hodnotu priemernej intenzity výmeny vzduchu v závislosti od tvaru budovy a počtu podlaží Obr. 4. Priemerná intenzita výmeny vzduchu sa nachádza v intervale požadovaných hodnôt pre nízkoenergetické a pasívne domy. Z toho vyplýva vysoká kvalita realizácie obalového plášťa drevostavieb podľa požiadaviek uvedených v projekčnom návrhu.

1.2 Vplyv merania metódou A a B na priemernú intenzitu výmeny vzduchu

Obr. 5 Priemerná intenzita výmeny vzduchumetóda merania A a B v závislosti od tvaru a počtu podlaží budovy

V tomto hodnotení bol zistený vplyv merania metódou B – štádium dokončenia hrubej stavby a metódou A – štádium odovzdania stavby do užívania. Súbor predstavoval celkovo 25 budov, na ktorých bola vykonaná séria uvedených meraní. Ako bolo uvedené v experimentálnej časti, ktorá opisuje prípravu budovy pred meraním pri metódach B a A bolo nasávacie a výfukové potrubie vetracieho zariadenia uzatvorené nafúknutím gumenej upchávky na úrovni prechodu potrubia cez obvodovú stenu. Na základe Obr. 5 je zrejmé, že rozdiel medzi meraním metódou B a A nie je významný pre jednopodlažné a dvojpodlažné budovy. Napriek tomu skúmanie vplyvu metódy merania potvrdili významný poznatok. V prípade lokalizácie netesností pri prvom meraní metódou B nie je možné úplne odstránenie vzniknutých netesností obalového plášťa. Z tohto dôvodu je veľmi dôležité predchádzať vzniku netesnosti pri projekčnom návrhu a hlavne počas samotnej realizácie stavby.

1.3 Vplyv roku výstavby budovy na priemernú intenzitu výmeny vzduchu

Obr. 6 Priemerná intenzita výmeny vzduchu v závislosti od roku výstavby budovy

Rok výstavby budovy významné ovplyvňuje hodnotu priemernej intenzity výmeny vzduchu. Výrazný pokles Obr. 6 je dôsledkom odstránenia nedostatkov na základe poznatkov z predchádzajúcich meraní. Za týmto významným výsledkom je vidieť zlepšenie kontroly kvality montážnych prác obalových plášťov drevostavieb. V nasledujúcich rokoch je predpoklad znižovania hodnoty intenzity výmeny vzduchu. Z tohto výsledku je zrejmý význam merania vzduchotesnosti budov za účelom kontroly vzduchotesnosti budovy.

1.4 Početnosť lokalizovaných netesnosti obalového plášťa

Tab. 3 Rozdelenie lokalizovaných netesností podľa miesta výskytu v obalovom plášti

Lokalizované netesnosti v obalovom plášti drevostavby ovplyvňuje hodnotu intenzity výmeny vzduchu. Podrobné rozdelenie a praktické znázornenie lokalizovaných netesností uvádza Tab. 3. Na lokalizáciu netesností bola použitá dymová tyčinka so špeciálnym práškom a navlhčená ľudská dlaň a v niektorých prípadoch termovízna kamera.

Prezentované výsledky početnosti lokalizovaných netesností na Obr. 7 predstavujú merania metódou B, ktoré boli realizované na 69 budovách. Početnosť lokalizovaných netesností je v prípade dvojpodlažných budov výrazne vyššia. Uvedený nedostatok je spôsobený plochou obalového plášťa drevostavieb. Z toho vyplýva väčšia dĺžka spojov obalového plášťa, transparentných konštrukcií a počet otvorov pre inštalačné rozvody. Zmenu početnosti lokalizovaných netesností v závislosti od metódy merania B alebo A znázorňuje Obr. 8. Na základe, ktorého je viditeľný pokles pri spojoch transparentných konštrukcií. Vo viacerých prípadoch odstránenie netesnosti spočívalo v dodatočnom utesnení medzi okenným rámom a stavebným otvorom alebo okenným krídlom. Lokalizované netesností konštrukčných spojov, inštalačných rozvodov a otvorov v obalovom plášti nebolo možné úplne odstrániť. Skôr naopak v niektorých prípadoch meraním metódou A boli lokalizované nové zdroje netesnosti. Spôsobené boli porušením obalového plášťa po prvom meraní. Z hľadiska výslednej hodnoty intenzity výmeny vzduchu pri meraní metódou A tieto nové zdroje netesnosti výrazne neovplyvnili výsledok merania.

Obr. 7 Početnosť lokalizovaných netesností v závislosti od druhu budovy

Obr. 8 Zmena početnosti lokalizovaných netesností v závislosti od metódy merania

Záver

Analýza meraní preukázala významnosť rôznych vplyvov na vzduchotesnosť budovy. Získane poznatky sú prínosné, ktoré je možné aplikovať v praxi pri konštrukčnom navrhovaní obalových plášťov drevostavieb. Na základe dosiahnutých výsledkov bol dosiahnutý predpokladaný cieľ a je možné vysloviť nasledovne závery:

• tvar budovy a počet podlaží nepredstavuje významný vplyv na hodnotu intenzity výmeny vzduchu,
• meranie metódou B v štádiu dokončenia hrubej stavby a metódou A v štádiu odovzdania stavby do užívania nepotvrdili významné rozdiely priemernej intenzity výmeny vzduchu,
• rok výstavby preukázal významné znižovanie hodnoty intenzity výmeny vzduchu,
• vyššia početnosť lokalizovaných netesností bola preukázaná pri dvojpodlažných budovách, ktorú spôsobila väčšia plocha obalového plášťa drevostavby. Zmena početnosti lokalizovaných netesností pri meraní metódou B a A bola preukázaná len pri spojoch transparentných konštrukcii.

Z uvedených záverov vyplýva potreba zaoberať sa meraním vzduchotesnosti budova lokalizáciou netesností obalového plášťa naďalej. Na základe týchto meraní je možné v budúcnosti zlepšovať úroveň vzduchotesnosti drevostavieb.

Literatúra

• CARRIÉ, R. F., JOBERT, R., LEPRINCE, V. 2012. Methods and techniques for air tight buildings. Bron: CETE de Lyon, 2012. 36 p.
• CARRIÉ, R. F., WOUTERS, P. 2012. Building Airtightness: A Critical Review of Testing, Reporting and Quality Schemes in 10 Countries. Belgium: INIVE EEIG, 2012. 38 p. ISBN 2-930471-37-9
• CATALINA, T.,VIRGONE, J. 2008. Energy and Buildings: Development and Validation of Regression Models to Predict Monthly Heating Demand for Residential Buildings. Elsevier B.V., 2008.
• CEPHEUS. 2000. Projektinformation, No. 7, Luftdichteprojektierung von Passivhausern – eine Planungshilfe, 2. Auflage ( korrigiert). Darmstadt: Passivhaus Institut, 2000.
• HACENE, B., AMARA, S. 2011. Energy Procedia: Thermal Requirements and Temperatures Evolution in an Ecological House. Elsevier B.V., 2011
• HAZUCHA, J. 2010. Neprůvzdušnost zkoušky kvality. Brno: Centrum pasivního domu, 2010.
• KALAMEES, T., MINNA, K. 2007. The Disribution of the Air Leakage Places and Thermal Bridges in Finnish Detached Houses and Apartment Buildings. Finland: HVAC- Laboratory, Helsinky University of Technology, 2007.
• KATZ, M., WITRIOL, M. 2004. Journal of Testing and Evaluation: The Generalized Subtraction Correction Algorithm for Measuring Duct Leakage Using a Blowerdoor. ASTM International. 100 Barr Harbor Drive, 2004.
• LIDDAMENT, M. W. 1986. Air infiltration calculation techniques – Anapplication guide. Coventry: Airinfiltration and ventilation centre, 1986.
• LIDDAMENT, M. W. 2001. Occupantimpact on ventilation, AIVC TN 53. Brusel: Air infiltration and ventilation centre, 2001
• MAAS, A. GROSS, R. 2005. Qualitätssicherungklebebasierter Verbindungstechnik für Luftdichtheitsschichten. Berlin: Bauphysik 27 (2005), Ernst& A SohnVerlag, 2005.
• NOVÁK, J. 2008. Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. Praha:VydalaGradaPublishing, a.s., 2008. 204 s. ISBN 978-80-247-1953-5
• ČSN 73 0540-2. (2011): Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky
• DIN 4108-7. (2011-01): Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden - Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie – beispiele
• ÖNORM B 8110-5. (2011): Wärmeschutz im Hochbau – Teil 5: KlimamodellundNutzungsprofile
• STN EN 13829. (2001): Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora.