Vliv tepelně-vlhkostních podmínek v obvodovém plášti staveb na bázi dřeva
Životnost a funkční spolehlivost staveb a konstrukcí ze dřeva a z materiálů na bázi dřeva je výrazně ovlivňována vlhkostí těchto materiálů. Běžné tepelnětechnické posouzení lze považovat za ne zcela dostačující pro odhalení těchto vlivů na funkční spolehlivost a životnost konstrukcí a staveb na bázi dřeva. V článku uvádíme výsledky měření vlhkosti dřeva ve vzorcích obvodových stěn osazených mezi klimatizačními komorami a porovnání naměřených hodnot s hodnotami vypočtenými námi doporučeným způsobem z bilance vlhkosti v konstrukci podle ČSN 73 0540.
ÚVOD
V rámci řešení výzkumného úkolu MSM 6215648902 se dlouhodobě zabýváme teplotně-vlhkostními podmínkami v konstrukci obvodového pláště staveb s hlavní nosnou konstrukcí ze dřeva. Rovnovážná vlhkost dřeva zabudovaného v obvodovém plášti dřevěné rámové konstrukce ovlivňuje některé základní požadavky uvedené v příloze 1 NV č. 163/2002 Sb. ve znění NV č. 312/2005 Sb., respektive NV č. 190/2002 Sb. ve znění navazujících předpisů. Při současném trendu zvyšování tepelněizolačních parametrů obvodových konstrukcí za účelem snižování spotřeby energie na vytápění budovy je třeba si uvědomit, že konstrukce staveb musí současně spolehlivě plnit i další základní požadavky. Zvyšování tepelněizolačních vlastností uvedených konstrukcí by tedy mělo být řešeno současně s ohledem na tyto požadavky. Při zvyšování jedné z vlastností vztahujících se k základním požadavkům nesmí dojít ke snížení funkční spolehlivosti konstrukcí a staveb z hlediska dalších základních požadavků. Musí být zajištěna přiměřená životnost, respektive trvanlivost konstrukcí a staveb ze dřeva. (Tento požadavek je zakotven v ETAG 007 Řídící pokyn pro evropská technická schválení viz čl. 4.7.1 - Dřevěné rámové stavební sestavy.)
Z hlediska trvanlivosti musí návrh dřevěné rámové stavební sestavy zajistit, že opotřebení materiálů a dílců během předpokládané určené životnosti významně neovlivní chování sestavy, pokud jde o plnění základních požadavků 1 až 6. Opotřebení může být způsobeno fyzikálními, biologickými a chemickými činiteli. Uvedená problematika rovněž souvisí s vyhláškou 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby, § 9, 10, 16 a 19. Návrh a výroba spolehlivých dřevěných konstrukcí a staveb vyžaduje především dobré znalosti dřeva jako konstrukčního materiálu, tedy především znalosti závislosti jeho vlastností na prostředí, ve kterém je dřevo zabudované. Ty pak mohou mít mnohdy zcela zásadní vliv na splnění základních požadavků kladených na stavby. Na vybraných základních požadavcích budeme demonstrovat vliv rovnovážné vlhkosti dřeva zabudovaného v konstrukci na její životnost a spolehlivost.
Základní požadavek 1 - Mechanická odolnost a stabilita
Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby zatížení, o kterých se očekává, že na ni budou působit v průběhu stavění a užívání, neměla za následek:
b) větší stupeň nepřípustného přetvoření,
c) poškození jiných částí stavby nebo technických zařízení nebo instalovaného vybavení následkem deformace nosné konstrukce.
Norma ČSN 73 1702 - Navrhování, výpočet a posuzování dřevěných stavebních konstrukcí - Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby uvádí pro dřevěné konstrukce tři třídy použití, které charakterizují klimatické poměry prostředí stavební konstrukce během její životnosti. Systém tříd použití je potřebný vzhledem k fyzikálním vlastnostem dřevěných konstrukčních materiálů pro přiřazení pevnostních hodnot a pro výpočet deformací při stanovených podmínkách deformací. Podle zatřídění konstrukčního prvku do jedné ze tříd použití a podle třídy trvání zatížení se modifikují pevnostní vlastnosti materiálu modifikačním součinitelem kmod, který s rostoucí rovnovážnou vlhkostí dřeva snižuje jeho pevnost (viz tab. F. 1 v ČSN 73 17 02). V tomto případě však vliv vlhkosti nebude tak výrazný, jako v případě posuzování konstrukce podle mezního stavu použitelnosti, kdy se musí uvážit časově závislé deformace dotvarováním. Zde se musí počáteční deformace vynásobit součinitelem (1+kdef), kde kdef je součinitel související s vlhkostí dřeva (tab. F. 2 normy). Pro rostlé dřevo a vrstvené a překližované prvky je přiměřené uvážit pokles pevnosti dřeva s rostoucí vlhkostí výpočtem pouze ve třídě použití 3, výraznější dotvarování při zatížení se však musí uvážit při posuzování deformací již od třídy použití 2.
Závěr: Vlhkost dřeva má tedy prokazatelně významný vliv na základní požadavek 1.
Tab. 1: Rovnovážná vlhkost dřevěných konstrukčních materiálů (tab. F. 3 - ČSN 73 1702)
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 1 | Třída použití | 1 | 2 | 3 |
| 2 | Vlhkost dřeva | 5 až 15 % a) | 10 až 20 % b) | 12 až 24 % |
a) U většiny jehličnatých druhů dřeva není v třídě použití 1 překročena střední rovnovážná vlhkost dřeva 12 %.
b) U většiny jehličnatých druhů dřeva není v třídě použití 2 překročena střední rovnovážná vlhkost dřeva 20 %.
Tab. 2: Hodnoty součinitele deformace kdef pro dřevěné materiály a jejich spoje při stálém a kvazi-stálém působení zatížení (tab. F. 2 - ČSN 73 1702)
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 1 | Třída použití | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| 2 | Rostlé dřevo a) Lepené lamelové dřevo Lepené dřevo ze 2 nebo 3 lamel Vrstvené dřevo b) Křížově slepené řezivo |
0,60 | 0,80 | 2,00 |
| 3 | Překližované desky Vrstvené dřevo c) |
0,80 | 1,00 | 2,50 |
| 4 | Desky OSB | 1,5 | 2,25 | - |
| 5 | Třískové desky se syntetickým pojivem Cementotřískové desky Vláknité desky d) (typ HB.HLA2 ČSN EN 622-2) |
2,25 | 3,00 | 4,00 |
| 6 | Vláknité desky (typ MBH.LA2 ČSN EN 622-3) Sádrokartonové desky |
3,00 | 4,00 | - |
a) Hodnota kdef pro rostlé dřevo, jehož vlhkost při zabudování je v oblasti bodu nasycení vláken nebo vyšší a v zabudovaném stavu může vysychat, se musí zvýšit o 1,0.
b) Se všemi podélnými dýhami.
c) S příčnými dýhami.
d) Nedovoluje se ve třídě použití 3.
Základní požadavek 3 - Hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí
Stavba musí být navržena a postavena takovým způsobem, aby neohrožovala hygienu nebo zdraví jejích uživatelů nebo sousedů, především v důsledku:
f) výskytu vlhkosti v částech stavby nebo na površích uvnitř stavby.
V normě ČSN EN 335 - 2 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva - Definice tříd použití - Část 2: Aplikace na rostlé dřevo je v čl. 4 Třídy použití: Aplikace na rostlé dřevo uvedeno:
4.1 Třída použití 1
V tomto prostředí je vlhkost rostlého dřeva taková, že riziko napadení povrchu dřeva plísněmi nebo dřevozbarvujícími nebo dřevokaznými houbami je zanedbatelné (tzn. dřevo může mít v jakékoliv části prakticky po celou životnost maximálně vlhkost 20 %). Napadení dřevokazným hmyzem, včetně termitů je možné, přičemž jeho četnost a význam tohoto rizika závisí na geografické oblasti.
4.2 Třída použití 2
V tomto prostředí vlhkost rostlého dřeva přesahuje příležitostně 20 % v celku nebo v jednotlivé části s tím umožňuje napadení dřevokaznými houbami.
4.3 Třída použití 3
V tomto prostředí můžeme očekávat, že vlhkost rostlého dřeva bude často nad 20 %, a tak dřevo bude často náchylné k napadení dřevokaznými houbami. Třídy použití podle ČSN EN 335 - 1 a 2 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva - definice tříd použití bohužel nekorespondují s třídami použití podle ČSN 73 1702. Třída použití 1 podle ČSN EN 335 - 1 a 2 (z hlediska rovnovážné vlhkosti dřeva a možnosti napadení dřeva plísněmi a dřevokaznými houbami), zhruba odpovídá třídě použití 1 až 2 dle ČSN 73 1702. Třída použití 2 dle ČSN EN 335-1 a 2 odpovídá třídě použití 2 až 3 dle ČSN 73 1502.
Závěr: Vlhkost dřeva má prokazatelně významný vliv na základní požadavek 3 i na trvanlivost a životnost konstrukce.
Základní požadavek 6 - Úspora energie a ochrana tepla
Stavba a její zařízení pro vytápění, chlazení a větrání musí být navrženy a postaveny takovým způsobem, aby spotřeba energie při provozu byla nízká s ohledem na klimatické podmínky místa a požadavky uživatelů.
Pro dřevěné rámové konstrukce staveb se v konstrukci obvodového pláště posledních cca 50 let používá prakticky výhradně smrkové dřevo. Tepelnětechnická norma ČSN 73 0540 nerozlišuje jednotlivé jehličnaté dřeviny, ale deklaruje nejméně příznivou hodnotou součinitele prostupu tepla. Charakteristická hodnota tepelné vodivosti pro jehličnaté dřevo v ČSN 73 0540-3 odpovídá hodnotě tepelné vodivosti modřínu. Z hlediska stavební tepelné techniky by bylo vhodné druhy dřevin rozdělit, případně přejít na návrhové tepelné hodnoty v souladu s ČSN EN 12524 Stavební materiály a výrobky - Tepelně vlhkostní vlastnosti - tabulkové návrhové hodnoty, kde jsou uvedené hodnoty členěny podle objemové hmotnosti dřeva. Z následující tabulky 3 je vidět, že vlhkost dřeva výrazně ovlivňuje jeho tepelnou vodivost.
Závěr: Vlhkost dřeva má prokazatelně významný vliv na základní požadavek 6.
Tab. 3: Hodnoty součinitele tepelné vodivosti dřeva v závislosti na objemové hmotnosti v suchém stavu a na vlhkosti (Tepelnětechnické a energetické vlastnosti budov, Řehánek Jaroslav, 2002)
| ρs (kgm3) |
λ (Wm-3K-1) při wm (%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 2 | 5 | 10 | 20 | 30 | |
| 300 | 0,085 | 0,093 | 0,105 | 0,124 | 0,164 | 0,204 |
| 400 | 0,101 | 0,109 | 0,121 | 0,141 | 0,179 | 0,219 |
| 500 | 0,117 | 0,126 | 0,138 | 0,158 | 0,198 | 0,237 |
Současná metodika hodnocení konstrukcí podle ČSN 73 0540
Povinnost hodnotit stavební konstrukce z hlediska difuze a kondenzace vodní páry a šíření vlhkosti v konstrukcích je v podstatě zakotvena v ČSN 73 0540-2 čl. 6. 1. Pro stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce mohla ohrozit její požadovanou funkci, se kondenzace uvnitř konstrukce nepřipouští, tedy: Mc,a = 0
Pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry neohrozí její požadovanou funkci, se požaduje omezení ročního množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce tak, aby splňovalo podmínku: Mc,a ≤ Mc,N
Rozhodnutí, kdy kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce ohrozí nebo neohrozí její požadovanou funkci, je ponecháno na projektantovi. Příslušná ČSN žádné přesnější postupy pro jeho kvalifikované rozhodnutí neuvádí (viz tab. 4).
Tab. 4: Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540
VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2007)
III. Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2)
| Požadavky: | 1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce.2. Roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu.3. Roční množství kondenzátu Mc,a musí být nižší než 0,1 kg/m2.rok, nebo 3% plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot). Limit pro max. množství kondenzátu odvozený z min. plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 0,072 kg/m2.rok (materiál: Isover Orsil Uni). Dále bude použit limit pro max. množství kondenzátu: 0,072 kg/m2.rok |
| Vypočtené hodnoty: | V konstruci dochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci. Roční množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 0,0624 kg/m2.rok Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 0,6165 kg/m2.rok |
Vyhodnocení 1. požadavku musí provést projektant.
Mc,a < Mev,a ... 2. POŽADAVEK JE SPLNĚN.Mc,a < Mc,N ... 3. POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Ve většině případů je v běžné stavební praxi projektanty za vyhovující konstrukci považována každá konstrukce splňující požadavky 2. a 3. Požadavky 2. a 3. jsou ovšem požadavky doplňkovými při splnění požadavku 1.
MATERIÁL A METODY
Návrh metodiky hodnocení požadavku 1.
Vycházíme z předpokladu, že tepelnou izolaci z minerálních vláken můžeme považovat za soustavu vzduchových dutin oddělených vláknitou strukturou. Vláknitá struktura sice výrazně omezuje transport vodní páry konvekcí, ale k transportu vodní páry difuzí úměrnou difuznímu odporu izolačního materiálu dochází. Jednotlivé prvky dřevěné rámové konstrukce jsou potom v každé vrstvě vláknité tepelné izolace v podstatě vystaveny různému prostředí, s různou vypočtenou teplotou vrstvy a vypočteným parciálním tlakem vodní páry v dané vrstvě.
Dřevo je navlhavý, hygroskopický materiál, který má schopnost měnit svoji vlhkost v závislosti na teplotě a vlhkosti okolního prostředí. Vlhkost dřeva, která se ustálí při daných podmínkách prostředí (relativní vlhkost vzduchu a teplota vzduchu) se nazývá rovnovážnou vlhkostí dřeva (RVD). Stav, který je takto dosažen se potom nazývá stavem vlhkostní rovnováhy (SVR). S každou změnou relativní vlhkosti a teploty vzduchu se mění také rovnovážná vlhkost dřeva. Pokud je vlhkost dřeva nižší než odpovídá SVR, dřevo přijímá - adsorbuje - vodu ve formě vodní páry z okolního prostředí, dokud nedosáhne stavu vlhkostní rovnováhy. Pokud je vlhkost dřeva vyšší než SVR, nastává proces opačný a dřevo vodu ztrácí, což nazýváme desorpcí. Tento proces změny vlhkosti dřeva v závislosti na relativní vzdušné vlhkosti a teplotě prostředí je vratný, ale neprobíhá po stejné křivce. Pro stejnou relativní vlhkost a teplotu vzduchu je vlhkost dřeva vyšší při desorpci než při adsorpci, a to při rozpětí relativní vlhkosti vzduchu RH 30 až 90 % o 2,5 až 3,5 %. (Gandelová a kol., 2002). Z toho lze předpokládat, že naměřené hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva dřevěné rámové konstrukce uvnitř obvodového pláště budou oscilovat oproti vypočteným hodnotám v rozmezí cca ± 1,5 %.
Pro vyhodnocení požadavku 1 (viz čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2) nejprve na rozhraních vrstev obvodového pláště, případně v dalších místech, kde je v obvodovém plášti zabudována nosná dřevěná rámová konstrukce nebo konstrukční desky na bázi dřeva, stanovíme výpočtem dle ČSN 73 0540 při uvažování jednorozměrného vedení tepla a vlhkosti, teploty a parciální tlaky vodní páry a nasycené vodní páry. Z takto stanovených hodnot vypočteme relativní vlhkost vzduchu okolního prostředí v daném místě. Z teploty a relativní vlhkosti okolního prostředí můžeme potom odvodit např. pomocí Čulického nomogramu předpokládanou rovnovážnou vlhkost dřeva v dané zóně v konstrukci. Z rozptylu takto stanovených hodnot rovnovážné vlhkosti dřeva v konstrukci obvodového pláště můžeme spolehlivě posuzovanou konstrukci zařadit do příslušných tříd použití (viz základní požadavky 1 a 3). Dále můžeme spolehlivě upřesnit tepelnou vodivost dřeva v rámové konstrukci. Pokud bude možno příslušnou konstrukci obvodového pláště spolehlivě zařadit do tříd použití 1 až 2 dle ČSN 73 1702 a prokázat že rovnovážná vlhkost dřeva bude v celé sledované zóně splňovat hodnotu wm ≤ 20 %, lze požadavek 1 viz čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540 považovat za splněný.
Měření rovnovážné vlhkosti dřeva v reálných dřevěných rámových konstrukcích obvodových stěn.
Měření rovnovážné vlhkosti dřeva v difuzně otevřených konstrukcích obvodového pláště bylo provedeno v klimatizačních komorách akreditované zkušebny Centra stavebního inženýrství a.s. Praha. Do středního paždíku zkušebního vzorku rozměru 2100 x 2500 mm byla nejdříve osazena čidla pro měření vlhkosti dřeva s teplotní kompenzací WS-16T, která byla stíněnými kabely připojena na ústřednu pro sběr dat Elbez MS3+.
Obr. 1: Zkušební vzorek obvodové stěny se zabudovanými čidly pro měření vlhkosti dřeva.
Obr. 2: Osazení zkušebního vzorku v klimatizačních komorách CSI a.s. Praha.
Měření byla provedena na dvou difúzně otevřených konstrukcích obvodových stěn. Skladba a rozmístění měřících čidel viz obr. 3 a 4.
Obr. 3: Zkušební vzorek obvodové stěny systému diffuwall®, charakteristická výseč s rozmístěním čidel.
Obr. 4: Zkušební vzorek obvodové stěny Rigips-diffuwall, charakteristická výseč s rozmístěním čidel.
VÝSLEDKY A DISKUSE
Zkušební vzorky byly po dobu cca 14 dnů vystaveny teplotním podmínkám obvyklým v zimním období v obytných místnostech. Okrajové podmínky měření včetně naměřených hodnot viz Tab. 5 a 6.
Tab. 5: Okrajové podmínky měření a naměřené rovnovážné vlhkosti dřeva diffuwall®.
Tab. 6: Okrajové podmínky a naměřené rovnovážné vlhkosti dřeva Rigips-diffuwall.
Z naměřených hodnot rovnovážné vlhkosti dřeva v dřevěné rámové konstrukci je zřejmé, že u obou těchto difuzně otevřených konstrukcí i za velmi nepříznivých podmínek vnitřního a vnějšího prostředí nebude překročena vlhkost jehličnatého dřeva 20 %.
Následně provedeme porovnání naměřených hodnot vlhkosti dřeva v konstrukci s hodnotami určenými podle navrhovaného způsobu hodnocení dřevěných konstrukcí z hlediska kritéria 1. Proto byly z celého souboru naměřených hodnot vybrány časové úseky cca 36 až 48 hod., které bylo možno považovat za kvazi ustálený stav vlhkostní rovnováhy v dřevěné konstrukci. Hodnoty naměřené na konci tohoto kvazi ustáleného stavu pak byly využity pro vlastní výpočet průběhu teplot a parciálních tlaků vodní páry v konstrukci dle metodiky ČSN 730540 viz obr. 5 a 6, a tab. 7 a 8. U zkušebního vzorku Rigips-diffuwall byly sondy 4 a 5 umístěny na rozhraní měřené a kompenzační zóny. Jelikož vykazují vlhkost dřeva v průměru o cca 2 % nižší než u sond 1 až 3, byly hodnoty naměřené těmito sondami z dalšího hodnocení vypuštěny.
Obr. 5: diffuwall® - průběh teplot a vlhkostí kvazi ustálený stav.
Obr. 6: Rigips-diffuwall - průběh teplot a vlhkostí kvazi ustálený stav.
Tab. 7: diffuwall 180+100+Jub_ naměřené hodnoty kvazi ustálený stav.
| DATUM A ČAS | Kanal 1 Vlhk.D | Kanal 2 Vlhk.D | Kanal 12 T_in | Kanal 13 RH_in | Kanal 14 T_out | Kanal 15 RH_out |
|---|---|---|---|---|---|---|
| % | % | °C | % | °C | % | |
| 16.01.2007 17:05:49 | 5,0 | 6,2 | 20,3 | 58,1 | -15,0 | 40,1 |
Tab. 8: Rigips-diffuwall 160+60+Sto_naměřené hodnoty kvazi ustálený stav.
| DATUM A ČAS | Kanal 1 Vlhk.D | Kanal 2 Vlhk.D | Kanal 3 Vlhk.D | Kanal 12 T_in | Kanal 13 RH_in | Kanal 14 T_out | Kanal 15 RH_out |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | % | % | °C | % | °C | % | |
| 05.03.2008 08:01:15 | 7,9 | 6,9 | 6,3 | 20,6 | 65,4 | -14,7 | 44,3 |
Následně byly pro tyto hodnoty teplot a relativních vlhkostí vnitřního a vnějšího vzduchu vypočteny průběhy parciálních tlaků vodní páry a teploty uvnitř konstrukcí dle metodiky ČSN 73 0540. K takto vypočteným hodnotám pak byly přiřazeny odpovídající rovnovážné vlhkosti dřeva, viz Nomogram rovnovážné vlhkosti N. N. Čulického (Nauka o dřevě, Pereligin L. M., 1960).
Obr. 7: Hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva stanované z průběhu parciálních tlaků vodní páry a teplot při okrajových podmínkách v klimatizačních komorách.
Zvýrazněné hodnoty vlhkosti dřeva odpovídají vnitřnímu a vnějšímu povrchu dřevěného rámu a rozmístění sond ve zkušebním vzorku. Ostatní hodnoty vlhkosti dřeva jsou uvedeny na rozhraní vrstev a v intervalech po 20 mm. Sonda č. 2 osazená 80 mm od vnějšího líce dřevěné rámové konstrukce obvodové stěny naměřila vlhkost dřeva 6,2 %. Vypočtená hodnota vlhkosti dřeva z relativní vlhkosti vzduchu a teploty v daném místě je 7,2 %. Přibližně uprostřed tloušťky profilu dřevěného rámu je rozdíl mezi naměřenou a vypočtené hodnotou vlhkosti dřeva 1 %. Z hlediska určení rovnovážné vlhkosti dřeva je vypočtená hodnoty na straně bezpečnosti. Sonda č. 1 naměřila zhruba poloviční hodnotu vlhkosti dřeva, než odpovídá hodnotě stanovené výpočtem. Je třeba si uvědomit, že měřicí sondy včetně kabeláže se do zkušebního vzorku obvodové stěny o hmotnosti cca 250 až 300 kg montují v průběhu výroby vzorku. Při následné manipulaci, přepravě a osazování vzorku do zkušební komory může dojít k poruše sondy nebo jejího připojení. Oprava, nebo výměna bez destrukce celého vzorku není možná.
Měření sondy č. 1 je proto z hodnocení vypuštěno.
Obr. 8: Hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva stanované z průběhu parciálních tlaků vodní páry a teplot při okrajových podmínkách v klimatizačních komorách.
Sonda č. 2 osazená 60 mm od vnějšího líce dřevěné rámové konstrukce obvodové stěny naměřila vlhkost dřeva 6,9 %. Vypočtená hodnota vlhkosti dřeva z relativní vlhkosti vzduchu a teploty v daném místě je 7,02 %. Přibližně uprostřed tloušťky profilu dřevěného rámu je rozdíl mezi naměřenou a vypočtené hodnotou vlhkosti dřeva 0,1 %. Z hlediska určení rovnovážné vlhkosti dřeva je vypočtená hodnoty na straně bezpečnosti. Sonda č. 1 naměřila vlhkost 7,9 %. Vlhkost určená výpočtem činí 10,1 %. Sonda č. 3 naměřila v kvazi ustáleném stavu vlhkost 6,3 %. Vlhkost určená výpočtem je pro toto rozhraní 5,2 %. Opět jsou naměřená a vypočtená hodnota vlhkosti nejblíže přibližně ve středu tloušťky dřevěného rámu. Nižší vlhkostní spád po tloušťce rámu odpovídá zřejmě redistribuci vlhkosti ve dřevě. Hodnoty určené výpočtem jsou oproti hodnotám vlhkosti naměřené v klimatizační komoře na straně bezpečnosti konstrukce.
Pro vlastní posouzení skladby konstrukcí obvodových stěn dle požadavku 1 viz čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540 je nutno přepočítat průběhy teplot, parciálních tlaků vodní páry a odpovídajících rovnovážných vlhkostí dřeva na okrajové podmínky vnitřního a vnějšího prostředí viz obr. 9 a 10.
Obr. 9: Hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva stanované z průběhu parciálních tlaků vodní páry a teplot při okrajových podmínkách dle ČSN 73 0540.
Obr. 10: Hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva stanované z průběhu parciálních tlaků vodní páry a teplot při okrajových podmínkách dle ČSN 73 0540.
Vypočtené hodnoty rovnovážné vlhkosti dřeva v konstrukci obvodových stěn při okrajových podmínkách měření s dostatečnou přesností odpovídají hodnotám rovnovážné vlhkosti dřeva změřené u konstrukcí obvodových stěn osazených v klimatizační komoře. Průběh parciálního tlaku vodní páry v konstrukci při okrajových podmínkách teploty a relativní vlhkosti zejména vnějšího prostředí ale neodpovídá zcela okrajovým podmínkám skutečného vnějšího prostředí. V klimatizační komoře simulující vnější prostředí v zimním období lze sice spolehlivě udržet teplotu vzduchu te -15°C. Vzhledem k omezenému prostoru však nelze v této komoře dosáhnout vyšší relativní vlhkosti při této teplotě než je cca 45 %. Jinak se vodní pára sráží na nerezovém povrchu komory. Abychom mohli spolehlivě vyhodnotit požadavek 1 viz čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540, musíme stanovit výpočtem rovnovážné vlhkosti dřeva zabudovaného v konstrukci pro návrhové, výpočtové podmínky shodné s uvedenou normou. Z takto vypočtených hodnoty můžeme konstatovat, že u obvodové stěny diffuwall nepřekročí maximální hodnota hmotnostní vlhkosti dřeva v zimním období cca 17 % a u obvodové stěny Rigips-diffuwall nepřekročí maximální hodnota hmotnostní vlhkosti dřeva rámové konstrukce cca 16 %. Toto hodnocení platí pro teplotní oblast s teplotou vnějšího vzduch -15°C.
ZÁVĚRY
Cílem prováděných měření a výpočtových posouzení bylo ověřit, zda je možno z tepelně technického posouzení sledované konstrukce a hodnocení bilance vlhkosti v konstrukci podle současné technické normy ověřit i předpokládanou rovnovážná vlhkost dřeva v této konstrukci. U difuzně otevřených konstrukcí, kde ke kondenzaci vodní páry v zóně dřevěné rámové konstrukce nedochází, můžeme na základě porovnání naměřených hodnot rovnovážné vlhkosti v dřevěné rámové konstrukci obvodových stěn a hodnot rovnovážné vlhkosti dřeva stanovených z vypočteného průběhu teplot a parciálních tlaků v konstrukcích konstatovat, že je lze spolehlivě zařadit do třídy použití 2 podle ČSN 73 1702, respektive EUROCODE 5. Pokud bychom vycházeli z průměrné hodnoty rovnovážné vlhkosti profilů dřevěné rámové konstrukce, mohli bychom uvažovat i o zařazení do třídy použití 1 podle uvedených technických norem.
PODĚKOVÁNÍ
Práce byla uskutečněna za finanční podpory výzkumného záměru MSM 6215648902.
Poděkování náleží i jednateli a managmentu firmy Ecomodula s.r.o. z Písku, který autorům umožnil dlouhodobé sledování stavby ze své produkce, užívané čtyřčlennou rodinou s malými dětmi.
LITERATURA
- Gandelová a kol., 2002. Nauka o dřevě. MZLU v Brně, 176 s.
- Řehánek, J., 2002: Tepelně-technické a energetické vlastnosti budov. Grada Publishing, a.s. Praha, 2002.
- ČSN 731702 - Navrhování, výpočet a posuzování dřevěných stavebních konstrukcí - Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha, ČNI, 2007.
- ČSN EN 335 - 2 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva - Definice tříd použití - Část 2: Aplikace na rostlé dřevo. Praha, ČNI 2007.
- ČSN 730540-2 - Tepelná ochrana budov. Praha, ČNI, 2007.
- Havířová, Z., 2006: Spolehlivost a životnost konstrukcí a staveb ze dřeva. MZLU v Brně, 106 s.
- Havířová, Z. Kubů, P. Reliability and service life of constructions and buildings of wood. Wood Research 51 (2): 2006. s.15-28.
- Havířová, Z. Kubů, P. Reliability and service life of wood structures and buildings. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 2005. sv. LIII, č. 5, s. 39-51.
- Havířová, Z. Kubů, P. Nový pohled na posuzování spolehlivosti a životnosti staveb ze dřeva. Sborník mezinárodní vědecké konference Stavby a krajina, Praha, 15.-16. 09. 2005, s. 37-43.
- Havířová, Z. Kubů, P. Spolehlivost a životnost konstrukcí a staveb ze dřeva. Sborník mezinárodní konference Drevo, surovina 21. storočia v architektúre a stavebníctve, Smolenice, 17.-18. 10.2005. s. 11-14.
- Havířová, Z. Kubů, P. Některé aspekty navrhování nízkoenergetických staveb ze dřeva (I). Tepelná ochrana budov. 2005. sv. 8, č. 6. s. 17-22.
- Vydra, V. Zjednodušený výpočet bilance vlhkosti v konstrukcích obsahujících hygroskopické materiály. Střechy, fasády, izolace, roč. 12, č. 9, 2005. s. 46,47.
Durability and functional reliability of buildings and structures of wood and wood based materials is significantly influenced by moisture content of these materials. In the article we report the results of measurement of moisture in the wood samples mounted between the outer walls with air chambers and comparing the measured values with values calculated by us in the recommended way of moisture balance in the construction according to ČSN 73 0540.
