Průvzdušnost OSB desek v závislosti na typu a tloušťce desky

Abstrakt

V této studii bylo provedeno měření průvzdušnosti podle normy ČSN EN 12114 u desek OSB/3 a OSB/4, vyrobených v souladu s požadavky normy ČSN EN 300, a uvedených na trh v České republice. Byl vyhodnocen vliv tloušťky desky (pro nejvíce používané tloušťky 12 a 18 mm) a vliv typu desky (OSB/3 a OSB/4) na hodnoty průvzdušnosti, přičemž bylo zjištěno, že skupiny vzorků OSB/3 vykazovaly nižší odolnost proti průvzdušnosti než OSB/4. Dále pak vzorky o tloušťce 18 mm vykazovaly u obou typů desek vyšší odolnost proti průvzdušnosti než vzorky s tloušťkou 12 mm.

Úvod

OSB desky se často používají při konstrukci lehkých obvodových plášťů dřevostaveb, a na jejich vlastnostech závisí nejen tuhost konstrukce, ale i komfort bydlení. Průvzdušnost OSB desek významně ovlivňuje infiltraci vnějšího vzduchu do zbytku stěnové konstrukce a dále do interiéru budovy a únik teplého vzduchu z interiéru, což se děje prostřednictvím teplotních a difúzních toků (Li, 2007; Kumaran, 2007).

OSB je materiál vyrobený slepením velkých plochých třísek, které jsou orientované a částečně nahodile se překrývají. Nerovnoměrným překrytím třísek vznikají vnitřní dutiny, které umožňují proudění vzduchu. Lepidlo použité k výrobě z části tyto póry utěsní, ovšem stále zde zůstává měřitelná hodnota prostupu vzduchu. Mezi hlavní technologické parametry, které ovlivňují průvzdušnost OSB patří především lisovací podmínky, jako jsou tlak, teplota a doba uzavírání lisu (Langmans et al., 2010). Z charakteristik vstupní suroviny jsou to pak především průměrná hustota třískového koberce a velikost, geometrie a orientace třísek (Hill, 2008).

Na velikost a rozmístění vnitřních vzduchových mezer má vliv zejména hustota desek. Vzduchové mezery vznikají při vrstvení jednotlivých dřevních elementů do třískového koberce a při jejich lisování. Vzduchové mezery jsou odpovědné za proudění vzduchu a vodních par. OSB desky s menší hustotou mají větší podíl vzduchových mezer, což má za následek významně vyšší průvzdušnost a horší mechanické vlastnosti desek. Nižší stupeň komprese při výrobě snižuje výrobní cenu desek, proto je stále využíván, ačkoliv zároveň zvyšuje počet vnitřních dutin. Velikost a rozmístění vnitřních dutin se liší nejen v závislosti na typu a hustotě desky, ale také u desek od jednotlivých výrobců.

Obr. 1. Příklad desek OSB/3 od dvou rozdílných výrobců

Vliv vnitřních dutin a hustoty na fyzikální a mechanické vlastnosti deskových materiálů byl již v minulosti popsán například pomocí digitální rentgenové analýzy (Chen et al., 2010). Velikost vnitřních mezer se dále zvyšuje se stoupající vlhkostí. Buněčné stěny přijímají vodu, oddalují se jedna od druhé – bobtnají, vzduchové mezery se rozšiřují a průvzdušnost se tak zvyšuje.

Zkušební materiál a metodika

V rámci této studie byly zkoumány dva typy a dvě tloušťky průmyslově vyráběných OSB desek od tuzemského výrobce, a to OSB/3-12 mm, OSB/3-18 mm, OSB/4-12 mm, OSB/4-18 mm. Použité lepidlo bylo v případě OSB/3 MUF v povrchových, resp. PMDI ve středové vrstvě a v případě OSB/4 bylo použito MDI pro povrchové i středové vrstvy. Z průmyslově vyrobených desek byla standardním způsobem odebrána zkušební tělesa, která měla formát 1 250 × 2 500 mm, což byl zároveň výrobní formát. Všechna zkušební tělesa byla klimatizována v prostředí, kde probíhala zkouška (13,4 °C, 61,9 % relativní vlhkosti vzduchu), zjištěná hustota OSB desek byla v případě OSB/3 590 kg/m³ a 605 kg/m³ v případě OSB/4. Zkouška byla provedena na šesti tělesech v každé skupině, celkem tedy 24 zkušebních těles. Pro měření byly vybrány desky od stejného výrobce, aby byly zajištěny stejné podmínky při výrobě.

Zkušební zařízení

Obr. 2. Zkušební komora s instalovaným vzorkem

Měření probíhalo v akreditované zkušební laboratoři na standardní vzduchotěsné komoře pro měření průvzdušnosti lehkých obvodových plášťů (ČSN EN 12153) a průvzdušnosti stavebních prvků a dílců (ČSN EN 12114). Před samotnou zkouškou byla změřena zbytková průvzdušnost (průvzdušnost zkušební komory) +Q_V a −Q_V, která byla později zahrnuta do výpočtu v rámci korekce dat. Zkušební komora je zobrazena na obr. 2.

Postup měření

Zkušební vzorky byly vystaveny řadě odstupňovaných tlakových rozdílů (kladných a záporných), přičemž se měřil objemový tok vzduchu dosažený při každé úrovni tlakového rozdílu. Jako maximální tlak bylo stanoveno 1 500 Pa, jako minimální 50 Pa. Po upnutí vzorku do zkušební komory pomocí upínacích přípravků byl vzorek vystaven sérii záporných tlakových rozdílů po řadě 50, 100, 150, 200, 250, 300, 450, 600, 750, 900, 1050, 1200, 1350 a 1500 Pa (∆p_max), přičemž u každé hodnoty tlakového rozdílu byl změřen objemový tok vzduchu v m³/h. Následně byl tlak ve zkušební komoře vyrovnán s tlakem vně komory a vzorek byl vystaven sérii kladných tlakových rozdílů ve stejných intervalech a rovněž byl změřen objemový tok vzduchu. Pro názorné srovnání průhybu u jednotlivých typů desek vyvolaného tlakem vzduchu byl instalován úchylkoměr u vybraných vzorků z každé skupiny.

Zpracování výsledků

Hodnoty objemového toku vzduchu naměřené v podmínkách laboratoře byly přepočítány k referenčním podmínkám určeným normou (teplota, tlak, relativní vlhkost vzduchu) dle ČSN EN 12114.

Po korekci byly naměřené výsledky zprůměrovány podle skupin a podle jednotlivých stupňů tlakového rozdílu. Byl určen variační koeficient COV a plošná průvzdušnost V_A udávající průvzdušnost přepočtenou na 1 m² desky [m³/m²/h]. Výsledky byly podrobeny regresní analýze a byly vytvořeny rovnice lineární závislosti průvzdušnosti na tlakovém rozdílu.

Výsledky a diskuze

Obr. 3. Výsledky průvzdušnosti při 508 Pa tlakového rozdílu

Průměrné hodnoty průvzdušnosti pro každou skupinu zkušebních těles jsou uvedené v tabulce č. 1 a zobrazené v grafu na obr. 3. Průměry hodnot průvzdušnosti ₀ a plošné průvzdušnosti _A jsou vypočteny v rámci všech stupňů tlakového rozdílu, tyto dvě průměrné hodnoty se tedy vztahují k rozsahu tlakových rozdílů od 50 Pa do 1500 Pa, stejně jako hodnota variačního koeficientu COV. Závislost průvzdušnosti na tlaku vzduchu měla ve všech případech stoupající tendenci.

V tabulce 1 je uvedeno matematické vyjádření této závislosti v podobě lineárních rovnic pro každý vzorek zvlášť společně s koeficientem determinace (COD). Nejmenších relativních odchylek dosahoval vzorek OSB/3-18 mm (závislost popsána z více než 98 %), u ostatních vzorků byl koeficient determinace vždy vyšší než 95 %.

Porovnání hodnot průvzdušnosti pro účely této studie bylo provedeno při tlakovém rozdílu 50 Pa. Pro tento stupeň jsou odpovídající hodnoty průvzdušnosti uvedeny v tabulce 2. Jedná se o nejnižší stupeň tlaku vzduchu při zkoušce. Zároveň je to stejný tlak vzduchu, který se používá při měření vzduchotěsnosti staveb metodou Blower-Door a jde tedy o údaj přímo využitelný při navrhování stavebních konstrukcí a při určování jejich teoretické průvzdušnosti. Hodnoty tlaku při průvzdušnosti 1,5 m³/m²/h uvedené v tabulce č. 2 byly vypočítány pomocí lineárních rovnic vytvořených na základě regresní analýzy.

Obr. 4. Porovnání výsledků pomocí průměrných hodnot pro každou skupinu vzorků popisující závislost průvzdušnosti na typu a tloušťce OSB

Graf na obrázku č. 4 zobrazuje vztahy mezi jednotlivými skupinami vzorků. Z naměřených hodnot vyplývá, že OSB/4 vykazuje nižší hodnoty průvzdušnosti než OSB/3 a podobně OSB 18 mm vykazuje nižší průvzdušnost než OSB 12 mm.

Zkušebním měřením bylo tedy prokázáno, že tloušťka materiálu i typ materiálu má přímý vliv na průvzdušnost. S rostoucí tloušťkou desek průvzdušnost OSB klesá a desky OSB/4 vykazují v rozmezí tlakového rozdílu 50 Pa – 1 500 Pa nižší průvzdušnost než desky OSB/3. V předchozích analýzách průvzdušnosti OSB desek (Dvořák, 2015) nebyl vliv tloušťky a typu desky dostatečně prokázán především z důvodu použití metody Blower-Door pro hodnocení průvzdušnosti a vzhledem k omezujícím podmínkám testu (použití malé velikosti komory na okraji rozsahu měření, velké nejistoty měření, vliv uchycení a přípravy vzorků atd.). Naproti tomu, využití postupu měření dle normy v této studii vliv tloušťky i typu materiálu průkazně doložilo.

Závěr

Výzkumný záměr se zabýval hodnocením průvzdušnosti OSB desek v laboratorním prostředí. Výsledky ukázaly, že mezi vzorky OSB/4 a OSB/3 je rozdíl v průvzdušnosti průměrně zhruba 61 %. Mezi skupinou OSB 18 mm a OSB 12 mm byl rozdíl průvzdušnosti průměrně 40–41 %. Nejnižší průvzdušnost byla naměřena u OSB/4-18 mm, dále pak OSB/4-12 mm, OSB/3-18 mm a OSB/3-12 mm. Při použití OSB desek v konstrukci obvodového pláště je však třeba brát v úvahu také fakt, že celková průvzdušnost je ovlivňována nejen vlastnostmi OSB, ale i technologickým postupem připevnění desek či ostatními použitými izolačními materiály. Přesto však lze z provedených šetření vyvozovat následující závěry:

1. Měření průvzdušnosti OSB desek prokázalo, že při zvyšování tlaku vzduchu působícího na desku z jedné strany se lineárně zvyšuje její průvzdušnost.
2. Byla vypozorována nižší průvzdušnost u vzorků s větší tloušťkou. Stejně tak byla pozorována nižší průvzdušnost u OSB/4 oproti OSB/3, což vyplývá z výrobních podmínek a rozdílné hustoty desek.
3. Pro konstrukci lehkého obvodového pláště u budov difúzně otevřených je vhodnější volit OSB desku méně průvzdušnou, čili OSB/4 nebo OSB/3 s větší tloušťkou.
4. Pro docílení vzduchotěsnosti lehkého obvodového pláště je vhodné nepoužívat OSB desku jako hlavní vzduchotěsnící prvek, zejména při použití OSB/3. V takovém případě jsou již na trhu dostupné verze desek se sníženou průvzdušností či opatřené fólií již přímo z výroby apod.

Poděkování

Studie byla realizována za finančního přispění Grantové agentury Fakulty lesnické a dřevařské České zemědělské univerzity v Praze, projekt č. 20143127: „Hodnocení vlivu technologických parametrů na pevnost lepeného spoje u materiálů na bázi dřeva“ a za odbornou pomoc a součinnost při zkušebním měření vděčí autoři Materiálové a výrobkové laboratoři Výzkumného a vývojového ústavu dřevařského Praha.

Použitá literatura

• ČSN EN 12114. Tepelné chování budov – Stanovení průvzdušnosti stavebních dílců a prvků – Laboratorní zkušební metoda. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2001.
• ČSN EN 12152. Lehké obvodové pláště – Průvzdušnost – Funkční požadavky a klasifikace. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2002.
• ČSN EN 12153. Lehké obvodové pláště – Průvzdušnost – Zkušební metoda. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2001.
• ČSN EN 300. Desky z orientovaných plochých třísek (OSB) – Definice, klasifikace a požadavky. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2006.
• Dvořák, J. Analýza vhodnosti použití OSB desek jako hlavní vzduchotěsnící vrstvy v dřevostavbách (online). Technické zařízení budov, 25. 5. 2015. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/vlastnosti-drevostaveb/12761-analyza-vhodnosti-pouziti-osb-desek-jako-hlavni-vzduchotesnici-vrstvy-v-drevostavbach.
• Hill, J., and Scientific Technician AWEC Center. Effect of strand geometrical distribution (SGD) in oriented strand composite (OSC) formation quality, 2008.
• Chen, Siguo, et al. Digital X-ray analysis of density distribution characteristics of wood-based panels. Wood science and technology, 2010. 44.1: 85–93.
• Kumaran, M. K. Heat-air-moisture transport: measurements on building materials, ASTM International, 2007. DOI: 10.1520/STP1495-EB.
• Langmans, J., Klein, R., and Roels, G. Air Permeability Requirements for Air Barrier Materials in Passive Houses – Comparison of the air permeability of eight commercial brands of OSB, International Symposium on Building and Ductwork Air-tightness, 2010. (http://www.blowerdoor.com/fileadmin/pdf/Luftdichtheit_von_OSB-Platten_EN.pdf).
• Li, H. A modeling and experimental investigation of coupled heat, air, moisture and pollutants transport in building envelope systems, ProQuest, 2007. ISBN: 0549410163.