Lehký obvodový plášť s dřevěnými prvky – vlastnosti, možnosti a pilotní projekty

Úvod

Výsledkem vývojových prací ve Výzkumném centru energeticky efektivních budov (UCEEB) ČVUT je mj. alternativní řešení náhrady tradičních lehkých obvodových plášťů pomocí předvěšeného panelového systému využívajícího moderních dřevěných prvků [1]. Jedná se o systémové řešení plně prefabrikovaného lehkého obvodového pláště panelového typu s chráněným označením envilop [2] přednostně využívajícího přírodně obnovitelné materiály. Po dokončení první etapy vývoje a provedení řady zkoušek se podařilo podepsat nevýhradní licenční smlouvu. Pokračující vývoj potvrzuje potenciál dalšího rozvoje řešení.

Příspěvek shrnuje některé poznatky z experimentálního ověřování a komentuje experimentální instalaci a připravované pilotní projekty.

Konstrukce panelu

V základním řešení je rám tvořen přířezy z vícevrstvých dýh (LVL). Díky tomu bylo možné zmenšit tloušťku nosných prvků, tím výrazně eliminovat význam tepelných mostů a zároveň dosáhnout subtilního vzhledu obvodového pláště. Vnější konstrukční plášť je z tenké tuhé difuzní dřevovláknité desky. Neprůsvitná část panelu může být ve formě větrané fasády vytvořena odlišnými velkoformátovými obkladovými materiály (vláknocementové desky, sklo, dřevo). Může být také osazena aktivními solárními prvky (fotovoltaické panely) nebo podpůrnou konstrukcí pro pnoucí zeleň.

Ve spojích panelů jsou osazeny těsnicí EPDM vkládané do subtilních profilů z hliníku umístěných do drážek vyfrézovaných v rámu panelu. Tím je zajištěna odpovídající ochrana proti pronikání vlhkosti. V dalším vývoji budeme ověřovat možnost záměny hliníkového profilu za plastový kompozit.

Montáž a dokončení instalace

Obr. 1 Osazení předvěšených fasádních panelů, typicky o výšce odpovídající konstrukční výšce podlaží. Horizontální spára mezi panely probíhá v úrovni okenního parapetu. (zleva: v oblasti atiky, typické podlaží, v oblasti soklu alternativně)

Obr. 2 Horizontální spára v oblasti parapetu a některé varianty doplnění předstěny o technické systémy budovy

K východiskům řešení patřilo dodržení principu montáže panelů bez použití lešení, tedy plně dokončených z exteriérové strany), předvěšení před čelo stropní desky a následné dokončení z interiérové strany prostřednictvím obvyklé skládané předstěny (obr. 1 a obr. 2). Do předstěny mohou být integrovány technické systémy, zejména silnoproudá a slaboproudá vedení, prvky vytápění, případně větrání.

Každý prvek je uchycen prostřednictvím kovových rektifikovatelných kotev na okraji železobetonové stropní desky nebo jiného nosného prvku uloženého při okraji půdorysu rovnoběžně s obvodovým pláštěm.

Tepelně izolační výplň může být volena libovolně, včetně kombinace s progresivními materiály jsou aerogelové a vakuové izolační desky. Takové materiály jsou využity zejména v citlivé oblasti zeslabení za boxem pro vnější žaluzie. Panel s typickou tloušťkou 240–270 mm může splňovat požadavky na pasivní budovy, pokud je osazen odpovídajícím oknem [1, 3].

Akustické vlastnosti

K již dříve provedeným měřením [1], kdy byla zkoušena sestava panelů bez předstěny, byla nyní přidána měření v akustické laboratoři UCEEB [4]. Zde byla doplněna (vzduchotěsná) předstěna v obvyklé skladbě, kdy k panelu přiléhá vzduchová dutina 25 mm, pak je mezi CW profily 50 mm umístěna minerální izolace a z interiérové strany sádrokartonové desky 12,5 mm. V další sestavě byly k vnitřnímu povrchu panelu připevněny akustické desky o tl. 15 mm, které jsou ve své voštinové struktuře vyplněny pískem. To vedlo k významnému zlepšení již tak dobrých hodnot – o 9 dB (!). Výsledky jsou shrnuty v tab. 1. Podle aktuálních předpisů v ČR je možné panely v základním provedení použít všude tam, kde není překročena normová hladina venkovního hluku. V místech se zvýšenou hlukovou zátěží nebo při vyšších požadavcích na komfort se nabízí provedení přídavných opatření, jak byla prověřena.

Požární zkoušky

Obr. 3 Modifikace pro zvýšenou požární bezpečnost (01 LVL rám panelu, 02 obložení nehořlavými sádrovláknitými a cementovláknitými deskami, 03 pruh cementovláknité desky, 04 zpěňovací pásky ve spojích)

Velkorozměrové zkoušky byly provedeny ve zkušebně PAVUS. Příprava experimentů byla popsána v [1]. Pro ČR platí, že je možné použít nenosný systém s hořlavými prvky do výše budovy 12 m, měřeno od horní hrany podlahy prvního nadzemního podlaží k horní hraně podlahy nejvyššího užitného podlaží. Pokud by bylo použito stabilní hasicí zařízení (tzv. sprinklery), takový limit neplatí. Nicméně pro případ velmi omezených odstupových vzdáleností od sousedních budov nebo také pro případy koutů téže budovy, je vhodné mít připravené systémově shodné řešení splňující požadavky z hlediska požární bezpečnosti [4]. Takové řešení spočívalo v použití cementovláknitých a sádrovláknitých desek na površích panelu spolu s osazením zpěňovacích pásků ve spojích – obr. 3.

Obvodový plášť byl zkoušen podle ČSN EN 1364-3 [5] a byl klasifikován jako EIo➔i 90 (požár z exteriéru) a EIi➔o 60 (požár z interiéru). Nejvyšší požadavek v ČSN 73 0802 pro nenosné obvodové stěny na bázi dřeva [6] je přitom 45 minut. Panely zůstaly během zkoušky celistvé. Při požáru z interiéru (přes 1000 °C) bylo po 60 minutách na odvrácené straně nejvýše 96 °C. Sálavé teplo z tohoto povrchu odpovídalo jen 800 W/m². Jedná se tedy o požárně uzavřenou konstrukci. Je třeba připomenout, že v tomto případě byla použita tepelná izolace z dřevěných vláken.

Experimentální instalace

Na budově UCEEB byla kromě již dříve provedené instalace sestavy 4 prvků [1] provedena v loňském roce větší instalace téměř 50 m² (obr. 4, 5). Panely připravené v hale UCEEB jsou řešeny v několika variantách lišících se svými šířkami (1,2, 1,5, 1,8 a 3 m), povrchovými úpravami, členěním oken i způsoby stínění (pevné dřevěné markýzy a dálkově ovládané žaluzie). Předmětem sledování zahájeného v červnu 2015 je v tomto případě vlhkost ve vodorovných spárách mezi panely a objemové změny.

Obr. 4 Jižní testovací stěna na UCEEB, sloužící ověřování obvodových konstrukcí a solárních systémů (foto M. Žítníková)

Obr. 5 Ověřovací instalace na jižní stěně UCEEB (foto M. Žitníková)

Pilotní projekty

Řešitelé připravují v současné době několik reálných pilotních projektů, kde bude využit vyvinutý systém pro náhradu původních lehkých obvodových plášťů, případně i použitý pro nástavbu, kdy bude budově přidána nová nosná skeletová konstrukce (obr. 6) [7]. Zajímavou možnost představují také úlohy, kdy by nový plášť zavěšený na nově přidaném nebo stávajícím vodorovném nosném prvku nahradil původní nevzhledné nenosné zdivo – příklad na (obr. 7).

Obr. 6 Budova z konce sedmdesátých let 20. století a) současný stav, b) jedna z variant přestavby a nástavby [7]

Obr. 7 Studie revitalizace staré haly pro praktickou výuku v odborné škole – náhrada nenosného zdiva zavěšeným lehkým obvodovým pláštěm [7]

Závěrem

Vývoj systémového řešení nenosného předvěšeného obvodového pláště stále pokračuje. Architektonický výraz může být i zcela odlišný, než jaký je demonstrován v experimentálních instalacích – s důrazem na dřevo a zeleň nebo naopak působící neutrálně a neprozrazující, že jsou zde využity materiály dřevěného původu. Průzkumy ukazují zájem o využití i pro novostavby a potřebu dokončení vývoje pro použití na novostavby obytných budov. Zde bude muset být ještě větší pozornost věnována kontrole šíření zvuku mezi podlažími a také odpovídající variabilitě řešení, včetně řešení balkonů a lodžií.

Podklady

1. Tywoniak, J., Lupíšek, A., Hodková, J., Bureš, M., Volf, M.: Lehké obvodové pláště budov – pokročilá řešení s přírodními materiály. In: Seminář Dřevostavby 2015. SPŠ a VOŠ Volyně, 2015.
2. UCEEB: Lehký obvodový plášť panelového typu na bázi dřeva. Užitný vzor 2013-28513, Úřad průmyslového vlastnictví, září 2013.
3. Tywoniak, J. – Lupíšek, A. – Bureš, M. – Volf, M.: Wood Based Curtain Wall for Building Retrofit – Development and Performance. In Advanced building skins 2015 Conference Proceedings. Graz: Graz University of Technology, 2015, p. 213–218. ISBN 978-3-85125-397-9.
4. Hejtmánek, P. – Volf, M. – Bureš, M. – Tywoniak, J.: Lehký obvodový plášť ENVILOP se zlepšenými požárními a akustickými vlastnostmi. In Sympozium Energeticky efektivní budovy 2015. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2015, díl 1, s. 87–92. ISBN 978-80-02-02615-0.
5. ČSN EN 1364-3 (730853): Zkoušení požární odolnosti nenosných prvků – Část 3: Závěsové stěny – Celé sestavy
6. ČSN 73 0802 (730802): Požární bezpečnost staveb. Nevýrobní objekty [7] Mrštný, M.: Možnosti využití a aplikace lehkého obvodového pláště Envilop. Diplomová práce na oboru Budovy a prostředí, Fakulta stavební ČVUT v Praze, vedoucí práce Jan Tywoniak, 2016