Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Roubená stěna z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm

Při posuzování tepelných hodnot dřevěných srubových a roubených stěn výpočtovou metodou použitím postupu podle ČSN 730640 část 3 a 4 dochází ke značnému rozdílu od hodnot ověřených zkušební metodou. Výpočtové metody vykazují nepříznivé hodnoty tepelného odporu roubených a srubových stěn vůči hodnotám podle zkušebních metod. V tomto příspěvku je uvedeno odborné vysvětlení a zdůvodnění příznivých výsledků zjištěných zkušební metodou. Toto vysvětlení dává důvěru k těmto příznivým výsledkům. Součástí tohoto příspěvku jsou uvedeny naměřené výsledky tepelné vodivosti vybraných dřevěných desek z okenních profilů, z profilů srubových a roubených stěn a jiných profilů a desek vyhotovených přímo z profilů zkoušené roubené stěny.

Úvod

Při posuzování tepelných hodnot dřevěných srubových a roubených stěn výpočtovou metodou použitím postupu podle ČSN 730640 část 3 a 4 dochází ke značnému rozdílu od hodnot ověřených zkušební metodou. Výpočtové metody vykazují nepříznivé hodnoty tepelného odporu roubených a srubových stěn vůči hodnotám podle zkušebních metod. Naměřené výsledky roubených stěn ze dřeva smrk s tloušťkou 300 mm a vyšší a srubových „kulatin“ stěn ze dřeva smrk s tloušťkou 350 mm a vyšší vykazovali hodnoty vyhovující požadavku ČSN 730640 část 2 na maximální požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla – viz tabulka 1, kdežto hodnocení stejných stěn výpočtem nesplňuje tento požadavek jmenované normy. V tomto příspěvku je uvedeno odborné vysvětlení a zdůvodnění příznivých výsledků zjištěných zkušební metodou. Toto vysvětlení dává důvěru k těmto příznivým výsledkům. Součástí tohoto příspěvku jsou uvedeny naměřené výsledky tepelné vodivosti vybraných dřevěných desek z okenních profilů, z profilů srubových a roubených stěn a jiných profilů a desek vyhotovených přímo z profilů zkoušené roubené stěny. Právě naměřené výsledky tepelné vodivosti skutečných profilů zkoušené roubené stěny dávaly průkaz k správnosti zjištěného výsledku celkového tepelného odporu zkoušené stěny měřením. Je zde nutné konstatovat, že zkouška tepelného odporu a z ní vyplývajícího součinitele prostupu tepla roubené stěny byla provedena podle ČSN EN ISO 8990 metodou chráněné teplé skříně.

Pro účel porovnání zjištěných výsledků měření jsou uvedeny v tabulce 1 požadované hodnoty, doporučené hodnoty a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla pro pasivní budovy vnějších stěn podle národní normy 730540-2:2012 ZMĚNA Z1.

Tabulka 1 – Požadované a doporučené maximální hodnoty součinitele prostupu tepla podle normy 730540-2:2012 ZMĚNA Z1 pro vnější stěny
Druh konstrukceSoučinitel prostupu tepla [W/(m2.K)]
Požadovaná hodnota

UN,20
Doporučená hodnota

Urec,20
Doporučená hodnota
pro pasivní budovy
Upas,20
Vnější stěna0,30Těžká: 0,250,18 až 0,12
Lehká: 0,20
Střecha strmá se sklonem nad 45°0,300,200,18 až 0,12
Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace)0,30Těžká: 0,250,18 až 0,12
Lehká: 0,20

Zjištěné tepelné vodivosti různých dřevěných desek metodou chráněné topné desky

Byla provedena řada zkoušek tepelného odporu a tepelné vodivosti na různých dřevěných deskách podle ISO 8302, ČSN EN 12664 a ČSN EN 12667 metodou chráněné topné (teplé) desky pomocí jednodeskového nebo jednovzorkového přístroje. Tabulka 2 uvádí výsledky zkoušek vybraných druhů různých rozměrů a tloušťek dřevěných desek, včetně zjištěných historických výsledků na konci tabulky – viz poznámka 1) a 2) pod tabulkou.

Uvedené hodnoty jsou informativní a slouží pro odbornou veřejnost a nesouvisí přímo s uvedeným příspěvkem.

Tabulka 2 – Naměřené výsledky
Druh dřeva (stěny) /
Rozměr v mm
Tloušťka/
Hmotnostní vlhkost
d / um
mm / %
Objemová hmotnost v suchém stavu
ρd
kg.m−3
Tepelný tok měřicí plochy
P
W
Střední teplota

tm
˚C
Rozdíl povrchových teplot
Δt
K
Tepelný odpor

R
m2.K/W
Tepelná vodivost

λtm
W/(m.K)
Smrk, kulatina (srub) /
300 × 300
27,5 / 13,13981,570010,3312,5340,26150,1052
Bor, roubená (rám) /
300 × 300
30,0 / 13,55581,816210,0411,9330,21520,1396
Smrk, roubená (rám) /
300 × 300
29,3 / 21,55131,663910,7013,0410,25670,1141
Smrk, roubená (trám)29,6 / 17,14231,662111,8415,1800,29920,0989
Smrk, kulatina (srub) /
500 × 500
41,7 / 14,23682,594610,2012,11540,42080,0992
Smrk, kulatina (srub) /
500 × 500
41,0 / 15,03912,588310,2311,9300,41540,0988
Smrk, kulatina (srub) /
500 × 500
41,4 / 13,54112,54419,5311,1190,39360,1052
Smrk, kulatina (srub) /
500 × 500
41,0 / 15,03792,629710,2212,2000,41790,0981
Smrk, hranoly IV 68 /
500 × 500
50,2 / 10,83932,024310,9312,2260,54430,0922
Smrk, hranoly IV 68 /
500 × 500
50,0 / 10,33881,956010,7911,8270,54500,0918
Smrk, hranoly IV 68 /
500 × 500
62,0 / 12,74331,675812,6510,8480,58340,1063
Smrk, hranoly IV 68 /
500 × 500
60,1 / 10,83861,636310,1211,0760,61010,0985
Meranti (Gabon), hranoly IV 68 /
500 × 500
50,3 / 8,64521,89569,229,8170,46680,1078
Meranti (Gabon) / deska
300 × 300
30,0 / 8,05931,69029,9910,1260,19630,1529
Meranti (Gabon) / deska
500 × 500
40,0 / 5,33762,338511,0111,2140,43220,0927
1) Smrk (tok tepla ve směru vláken)– / 6,0
– / 8,0
– / 10,0
– / 20,0
– / 30,0
– / 40,0
4280,317
0,320
0,323
0,338
0,353
0,370
1) Smrk (tok tepla kolmo nebo po směru letokruhu, kolmý na vlákna)– / 6,0
– / 8,0
– / 10,0
– / 20,0
– / 30,0
– / 40,0
5470,158
0,162
0,168
0,194
0,220
0,245
1) Smrk (tok tepla kolmo na vlákna)– / 6,0
– / 8,0
– / 10,0
– / 20,0
– / 30,0
– / 40,0
7730,080
0,084
0,087
0,106
0,123
0,141
1) Bor (tok tepla kolmo nebo po směru letokruhu, kolmý na vlákna)– / 0,0
– / 2,0
– / 4,0
– / 6,0
– / 8,0
4590,103
0,106
0,109
0,113
0,115
2) Smrk (převzato z literatury)– / 0,0
– / 5,0
– / 10,0
– / 15,0
– / 20,0
– / 25,0
– / 30,0
0,080
0,087
0,094
0,101
0,108
0,115
0,122
2) Dub (převzato z literatury)– / 0,0
– / 5,0
– / 10,0
– / 15,0
– / 20,0
– / 25,0
– / 30,0
0,123
0,133
0,144
0,154
0,165
0,175
0,186
2) Buk (převzato z literatury)– / 0,0
– / 5,0
– / 10,0
– / 15,0
– / 20,0
– / 25,0
– / 30,0
0,140
0,150
0,159
0,169
0,180
0,189
0,200

1) Hodnoty jsou převzaty z katalogového listu č. 11/80 z výzkumné zprávy bývalého pracoviště VÚPS Gottwaldov a jsou změřené v roce 1973-1974 – viz literatura č. 6.
2) Hodnoty jsou převzaty z katalogového listu č. 10/80 z výzkumné zprávy bývalého pracoviště VÚPS Gottwaldov a jsou změřené v roce 1970 (převzaté z literatury) – viz literatura č. 6.

Výsledky zkoušky roubené stěny z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm provedené podle ČSN 8990

Zadání

V rámci objednávky zadavatele zkoušky provedla zkušební laboratoř č. 1007.1 CSI, a.s., pracoviště Zlín, zkoušku tepelného odporu a součinitele prostupu tepla zkušebního vzorku roubené stěny z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm podle ČSN EN ISO 8990. Součástí objednávky bylo provedení zkoušky tepelného odporu a tepelné vodivosti podle ISO 8302 desek vyhotovených z materiálu vrstev zkoušené stěny.

Popis předmětu zkoušek

Cílem zkoušky je stanovení součinitele prostupu tepla U. Z tepelného odporu R zjištěného měřením podle ČSN EN ISO 8990 „Tepelná izolace – Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu – Kalibrovaná a chráněná teplá skříň“ metodou chráněné teplé skříně za ustáleného tepelného toku, se stanoví výsledná normová hodnota součinitele prostupu tepla U výpočtem podle vztahu:

vzorec 1 (1) [W/(m2.K)]
 

Obr. 1 Schéma zkušebního zařízení
Obr. 1 Schéma zkušebního zařízení

kde: hodnota 0,17 m2.K/W je součet odporů při přestupu tepla podle ČSN 73 0540-4.

Schéma zkušebního zařízení je na obrázku 1.

Popis zkoušené stěny

Jedná se o ručně vyráběnou roubenou stěnu z masivních smrkových trámů. Mezi trámy je 30 mm spára zaizolována tepelnou izolací z dřevovláknitých desek STEICO FLEX. Jako parotěsná izolace se do spár vkládala miralonové lano o tloušťce 30 mm. Spára je ze strany interiéru i ze strany exteriéru pohledově začištěna dřevěnou masivní latí.

  1. Základ roubené stěny tvoří masivní trámy o průřezu (250 × 300) mm kladeny na sebe tak, že mezi nimi vznikne spára 30 mm. Spára je vymezena na rozměr 30 mm dřevěnými špalíky. Jednotlivé vrstvy roubení jsou mezi sebou spojeny dřevěnými kolíky cca po 1000 mm.
  2. Z interiérové i exteriérové strany jsou spáry pohledově utěsněny dřevěnou masivní lištou ze smrkového dřeva. Lišta má tvar trojúhelníku.
  3. Do spáry se vkládala dřevovláknitá deska STEICO FLEX. Jedná se přírodní izolační materiál, který má tepelně izolační vlastnosti srovnatelné s polystyrénem. Díky své elastice vyplňuje spáru pružně a nedochází zde vlivem působení tvarového stárnutí dřevěné konstrukce k poruchám izolace a tedy k nežádoucím tepelným mostům.
  4. Protože má dřevovláknitá izolace jiný difuzní odpor než roubení z masivního dřeva, je třeba spáru utěsnit parotěsnou izolací. Zde je použito miralonové lano vložené do spár /tepelná vodivost λ = 0,038 W/(m.K)/.
  5. Pro povrchovou úpravu trámů se používal tenkovrstvý lazurový nátěr. První nátěr je proveden bezbarvým napouštědlem, které obsahuje aktivní složky pro ochranu před dřevokaznými houbami a před dřevokazným hmyzem. Pak jsou aplikovány dvě vrstvy barevné vrstvy tenkovrstvé lazury s UV ochranným filtrem.

Celkový rozměr zkušební stěny: 1 200 mm × 1 500 mm

Obr. 2a Snímky sestavení stěny z výrobyObr. 2b Snímky sestavení stěny z výrobyObr. 2 Snímky sestavení stěny z výroby
Obr. 3c Demontování zkušebního vzorku roubené stěny
Obr. 3d Demontování zkušebního vzorku roubené stěny
Obr. 3a Demontování zkušebního vzorku roubené stěnyObr. 3b Demontování zkušebního vzorku roubené stěnyObr. 3 Demontování zkušebního vzorku roubené stěny

Součástí této zkoušky bylo laboratorní ověření pomocí deskového přístroje tepelných hodnot vrstev zkoušené stěny, a proto po ukončení zkoušky byly vyhotoveny tři desky z hlavních vrstev stěny a dále jedna deska ze dřevovláknité izolace podle následujícího popisu:

  1. Deska, která reprezentuje vnitřní vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-INT-13 o rozměru (501 × 500 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.
  2. Deska, která reprezentuje střední vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-STR-13 o rozměru (500 × 500 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.
  3. Deska, která reprezentuje venkovní vrstvu dřevěné roubené stěny označená číslem 274-EXT-13 o rozměru (500 × 499 × 44,7) mm; na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 50) Z O7 1001 při dvou hmotnostních vlhkostech (při dané hmotnostní vlhkosti vzorku a další rozdílné hmotnostní vlhkosti) pro účel stanovení závislosti (regresní křivky) tepelného odporu nebo tepelné vodivosti vzorku na hmotnostní vlhkosti materiálu.
  4. Dále byla sestavena deska z materiálu dřevovláknité tepelné izolace STEICO FLEX odebrána ze zkoušené stěny o rozměru (300 × 300 × 32,2) mm, označená číslem 274-IZ-13. Na tomto vzorku bylo provedeno měření tepelného odporu na deskovém přístroji (P 30) Z O7 1011 při dané hmotnostní vlhkosti vzorku.

Snímky zkušební stěny, kde jsou označeny jednotlivé trámy od A do F na vnitřní a vnější straně, jsou uvedeny na obr. 4.

Obr. 4aObr. 4bObr. 4

Výsledky měření

Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla podle ČSN EN ISO 8990:

Tabulka 3 – Naměřené hodnoty
Měřená veličinaFyzikální jednotkaVýsledky měření
Teplota vnitřního vzduchu θim°C20,84
Teplota vnějšího vzduchu θem°C−0,19
Teplota vnitřního povrchu θsi,m°C20,14
Teplota vnějšího povrchu θSe,m°C0,36
Střední teplota vzorku θm°C10,25
Normalizovaný součinitel prostupu tepla UW/(m2ּK)0,304
Tepelný tok měrnou plochou vzorku PW11,433
Doba měření v ustáleném stavuhod8
Měrná plocha Amm21,8000
Tepelný odpor R(m2ּK)/W3,115

Zjištění průměrné hmotnostní vlhkosti a celkové hmotnosti zkoušené stěny

Následující tabulka uvádí zjištěné hmotnostní vlhkosti vybraných trámů, použité tepelné izolace z dřevovláknité desky, hmotnosti všech použitých trámů, včetně tepelné izolace a izolačních pásů po zkoušce a dále celkovou hmotnost zkoušené stěny po zkoušce.

Tabulka 4 – Naměřené hodnoty – hmotnostní vlhkost vybraných trámů, celková průměrná hmotnostní vlhkost a celková hmotnost zkušební stěny po měření
Č. vrstvyHmotnostní vlhkost [%]Celková hmot. vlhkost [%]Hmotnost jednotlivých trámů [kg]
B 119,3119,16A24,7
B 220,38B + izolace49,2
B 320,30C + izolace41,0
F 117,65D + izolace40,6
F 218,93E39,6
F 318,41F + izolace28,7
Dřevovláknitá deska13,75Rám + izolační pásy11,0
Celková hmotnost stěny234,8
Celková zjištěná hmotnost dodané zkušební stěny:234,8 kg
Plošná hmotnost dodané zkušební stěny:130,4 kg/m2
Zkoušená roubená stěna se považuje podle ČSN 73 0540-2 za těžkou.
Průměrná zjištěná hmotnostní vlhkost zkoušené stěny:19,16 %
Průměrná zjištěná hmotnostní vlhkost dřevovláknitých desek:13,75 %

Stanovení tepelného odporu a tepelné vodivosti hlavních (rozhodujících) vrstev zkoušené stěny podle ISO 8302:

Pro zjištění tepelných hodnot vrstev roubené stěny byly vyhotoveny zkušební vzorky o rozměru cca 500 mm × 500 mm z vrstev vybraných trámů C, D a E označených na stěně – viz výše uvedené obrázky; tyto vrstvy reprezentují vnitřní, střední a vnější část těchto trámů. Dále byl vyhotoven vzorek o rozměru 300 mm × 300 mm z použité tepelné izolace dřevovláknité desky.

Tabulka 5 – Naměřené výsledky
Číslo vzorkuTloušťka/ Objemová hmotnost
d / ρd
mm / kg/m3
Hmotnostní vlhkost
um
%
Tepelný tok měřicí plochy
P
W
Střední teplota
tm
˚C
Rozdíl povrchových teplot
Δt
K
Tepelná vodivost
λtm
W/(m.K)
Tepelný odpor
R
m2.K/W
274-INT-1344,7 / 390,516,882,12279,959,8800,10660,4192
274-STR-1344,7 / 380,718,952,08559,959,8740,10480,4267
274-EXT-1344,7 / 399,4
41,0 / 394,4
16,64
2,99
2,0841
1,9234
10,23
10,21
10,309
10,057
0,1003
0,0871
0,4458
0,4712
274-IZ-1332,2 / 78,613,10,397410,069,9240,03940,8180

Vyhodnocení

Tabulka 6 – Vyhodnocené výsledky – podle ČSN EN ISO 8990
Poř. čís.Název parametruTechnický předpisZkušební metodaVýsledky zkoušky
1.Tepelný odpor R [m2.K/W]ČSN 73 0540-2
Požadovaná maximální hodnota
součinitele prostupu tepla pro vnější stěnu:
UN,20  = 0,30 W/(m2ּK)
ČSN EN ISO 89903,12
2.Součinitel prostupu tepla U [W/(m2ּK)]0,30
  • Rozšířená nejistota měření součinitele prostupu tepla UU = ±3,0 %.
  • Hodnota tepelného odporu R = 3,12 m2.K/W a součinitele prostupu zkoušené stěny tepla U = 0,30 W/(m2.K) platí pro průměrnou naměřenou hmotnostní vlhkost 19,2 %.
Tabulka 7 – vyhodnocené výsledky – podle ISO 8302
Poř. čís.Název parametruZkušební metodaČíslo vzorkuVýsledky zkouškyHmotnostní vlhkost
[%]
3.Tepelná vodivost při střední teplotě 10 ˚C
λ10 [W/(m.K)]
ISO 8302274-INT-130,106616,88
274-STR-130,104818,95
274-EXT-130,1003
0,0871
16,64
2,99
274-IZ-130,039413,1

Rozšířená nejistota měření tepelné vodivosti u(λ) = ±2,5 %.

Na základě měřených tepelných vodivostí u vzorku 274-EXT-13 byla stanovena regresní závislost tepelné vodivosti na hmotnostní vlhkosti tohoto vzorku, který představuje vnější vrstvu dřevěných trámů: λu = 0,08481 + 9,3274.10−4 . um     (2)

Dále při zachování stejné směrnice lineární závislosti a z naměřených hodnot tepelné vodivosti vnitřní a střední vrstvy dřevěných trámů se dá stanovit regresní závislost pro tyto dvě vrstvy:

  • vnitřní vrstva: λu = 0,09088 + 9,3274.10−4 . um     (3)

  • střední vrstva: λu = 0,08714 + 9,3274.10−4 . um     (4)

Z těchto tří vztahů se stanoví závislost tepelné vodivosti zkušební stěny (bez izolace) na hmotnostní vlhkosti: λu = 0,0876 + 9,3274.10−4 . um     (5)

 

Ve smyslu ČSN 73 0540-4, přílohy B, čl. B.2.1 a na základě výsledků – viz tabulky vyhodnocených výsledků a vztahu (5) lze stanovit výpočtem celkové hodnoty tepelného odporu a součinitele prostupu tepla včetně vlivu (podílu) tepelné izolace na zlepšení izolační vlastnosti konstrukce zkušební stěny:

Vypočítaný tepelný odpor zkušební stěny R = 3,03 m2.K/W;
Vypočítaný odpovídající součinitel prostupu tepla U = 0,31 W/(m2ּK).
Vyplývající ekvivalentní tepelná vodivost celé zkušební stěny: λekv,2 = 0,099nbsp;W/(m.K).
Při výpočtu byla dosazena průměrná hodnota zjištěné hmotnostní vlhkosti zkušební stěny um = 19,2 %, která je zřejmě vyšší než praktická hmotnostní vlhkost dřevěného materiálu 9 % až 12 %.

Při uvažování skutečné hodnoty ustálené hmotnostní vlhkosti při sorpční vlhkosti a vlhkostního součinitele materiálu – viz ČSN 73 0540-3, tabulka A.1 by byla hodnota tepelného odporu vyšší než naměřená (R = 3,115 m2.K/W; nebo hodnota součinitele prostupu tepla zkušební stěny by byla nižší než naměřená (U = 0,304 W/(m2ּK)).

Literatura

  • [1] ČSN 73 0540-2: Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky
  • [2] ČSN 73 0540-3: Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin
  • [3] ČSN 73 0540-4: Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody
  • [4] ČSN EN ISO 8990: Tepelná izolace – Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu – Kalibrovaná a chráněná teplá skříň
  • [5] Protokol o zkoušce č. 270/13: Stanovení tepelného odporu a součinitele prostupu tepla podle ČSN EN ISO 8990 – Roubená stěna z dřevěných smrkových trámů tl. 300 mm, vydaný CSI a.s., pracoviště Zlín, dne 21. 10. 2013
  • [6] Zásady pro navrhování a posouzení konstrukcí a prostorů bytových a občanských staveb: Stavební tepelná technika a stavební akustika – Díl 2: Tabulky fyzikálních vlastností, katalogové listy konstrukcí, vydaný VÚPS, Praha, 1981
English Synopsis
Thermal resistance and thermal transmittance determination of timbered wall from spruce wood beams 300 mm thick

This contribution deal with the testing of thermal resistance and derived thermal transmittance of timbered wall from spruce wood beams 300 mm thick according to the standard EN ISO 8990 by Hot Guarded Box method. Thermal conductivity tests of individual layers made from the tested wall were carried out according to the standard ISO 8302 by Guarded Hot Plate method after the test according to the standard EN ISO 8990. These thermal conductivity tests were carried out for the average thermal resistance determination of the wall from the equivalent thermal conductivity and also for the comparison with the value founded by Hot Guarded Box method. The part of the tests was also the determination of mass moisture of individual layers and then the equivalent mass moisture of the wall. The contribution contains the maximal requirement values of thermal transmittance of the exterior walls according to the national standard ČSN 73 0540-2. The contribution contains also informative table of thermal conductivities of the plates of different wood profiles founded by tests or from literature.

 
 
Reklama