Tepelnětechnické posouzení vnitřních stěnových dutin při návrhu sanace vlhkého zdiva

1. Úvod

Pro sanaci nadměrně vlhkého zdiva používáme, kromě jiného, také vzduchových dutin.

Ty mohou být stěnové (svislé), či podlahové (vodorovné). Podrobné pojednání o problematice sanace vlhkého zdiva pomocí vzduchových dutin je uvedeno v [1]. Stěnové (svislé) dutiny mohou být situovány na vnější i vnitřní straně obvodového zdiva. Stěnové dutiny umístěné na vnitřní straně obvodového zdiva mohou být z výškového hlediska umístěny:

1. Nad úrovní podlahy
2. Pod úrovní podlahy

S ohledem na složitost uvedené problematiky bude v rámci tohoto příspěvku bude pojednáno pouze o vzduchových dutinách situovaných na vnitřní straně obvodového zdiva nad úrovní podlahy.

2. Vzduchové dutiny situované na vnitřní straně vlhké zdi nad úrovní podlahy

Stěnové dutiny situované nad úrovní podlahy mohou být řešeny jako:

1. Předsazené stěny.
2. Vnitřní obklady.

V obou případech mohou být stěnové dutiny provedeny na celou výšku stěny (resp. místnosti), nebo jen nad úroveň jejího nadměrného zavlhčení (nad hranici vlhkostní mapy).

2. 1 Předsazené stěny

Provádějí se například jako cihelné příčky vyzděné na celou výšku místnosti. Z hlediska odvětrání vzduchu v dutině je možno předsazené stěny situované na vnitřní straně odvlhčované zdi rozdělit na:

1. Neodvětrávané (viz obr. 1a).
2. Odvětrávané, které dále mohou být:
   
   1. s přívodem i odvodem vzduchu do interiéru (viz obr. 1b),
   2. s přívodem i s odvodem vzduchu do exteriéru (viz obr. 1c),
   3. s přívodem vzduchu z interiéru a s odvodem vzduchu do exteriéru (viz obr. 1d).

a)

b)

c)

d)

Obr. 1: Schémata vzduchových dutin, vytvořených pomocí předsazených zděných stěn situovaných na vnitřní straně vlhké zdi nad úrovní podlahy
a – nevětraná (uzavřená), b – vzduchová dutina s přívodem i odvodem vzduchu do interiéru, c – vzduchová dutina s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru, d – vzduchová dutina s přívodem vzduchu z interiéru a s odvodem do exteriéru

2. 2 Vnitřní obklady

Obr. 2: Příklad řešení vnitřního obkladu

Provádějí se ze dřeva, sádrokartonu, plastických hmot, apod. U historických objektů je použití některých materiálů problematické. Obkladový materiál musí být odolný proti působení nadměrné vlhkosti zdiva, resp. vzduchu. V důsledku kotvení obkladu dochází k rozdělení vzduchové dutiny. Proto je třeba kotvící konstrukci (zpravidla lišty) uspořádat tak, abychom umožnili proudění vzduchu. Princip funkce vnitřního obkladu je znázorněn na obr. 2.

U obkladů, které tvoří větrané vzduchové dutiny je možno k nasávání vzduchu v interiéru použít štěrbinu, difúzní lištu, nebo většího množství menších otvorů. Pro výdechové otvory rovněž tak, nebo provést ukončení pomocí uzavíratelné lišty.

Uspořádání kotevních lišt je třeba provést vertikálně. Pro uchycení kotevních lišt i vlastního obkladu je nutno použít nerezavějící materiály (např. mosazné vruty, šrouby apod.).

3. Tepelnětechnické posouzení stěnových dutin situovaných na vnitřní straně zdi nad úrovní podlahy

3. 1 Neodvětrávané vzduchové dutiny

Pro sanaci nadměrné vlhkosti zdiva způsobené vzlínáním vody z podloží je tento způsob zcela nevhodný. To proto, že v dutině může docházet k postupné kumulaci vodní páry či dokonce vody, která by následně mohla pronikat do předsazené stěny i do sanovaného zdiva. Pro řešení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu stěny v interiéru je toto řešení naopak vhodné.

Pokud by se jednalo o sanaci nadměrné vlhkosti zdiva zapříčiněné vzlínáním vody z podloží i povrchovou kondenzaci vodní páry současně, pak je tento způsob rovněž použitelný, avšak pouze pro eliminaci povrchové kondenzace vodní páry. Nežádoucí vzlínání vody musí být řešeno jiným způsobem (např. mechanicky, chemicky, elektoroosmoticky apod.).

Předsazenou stěnu je třeba v určitých případech také tepelně izolovat. Nutnost návrhu tepelné izolace vyplyne z tepelnětechnického posouzení.

Tepelnětechnické posouzení uzavřené vzduchové dutiny se provede v souladu s ČSN 73 0540 – 2 [2] a má následující části:

1. Posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m⁻².K⁻¹] nově vzniklé vícevrstvé stěny
2. Posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi v rizikových místech
3. Posouzení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce nově vzniklé vícevrstvé stěny

a) Posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m⁻².K⁻¹] nově vzniklé vícevrstvé stěny

Zde je nutno respektovat ustanovení kap. 5.2 ČSN 73 5040 – 2 [2] a zajistit patřičnou hodnotu součinitele prostupu tepla U [W.m⁻².K⁻¹] vícevrstvé stěny tak, aby byla splněna podmínka zde uvedená, a to:

kde je

U_N

požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla [W.m⁻².K⁻¹] (viz ČSN 73 5040 – 2 [2]).

Posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m⁻².K⁻¹] se provede vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2011 [3]).

S ohledem na požadavky ČSN 73 5040 – 2 [2] bude zpravidla nutný návrh tepelné izolace (z EPS Perimetr nebo z extrudovaného polystyrénu), která se vloží do vzduchové mezery. Tím se provede dodatečné zateplení obvodové konstrukce z vnitřní strany. V tomto případě, pokud se nejedná o vzlínání vody z podloží, ale pouze o eliminaci kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodové zdi, pak můžeme vzduchovou mezeru zcela vypustit.

Nutnost vložení tepelné izolace a její potřebná hodnota součinitele prostupu tepla U bude záviset na materiálu a tloušťce obvodového zdiva a na hloubce pod úrovní terénu. V případě, že ve stěně bude situována vzduchová mezera, zahrne se hodnota jejího tepelného odporu do výpočtu. U obvodové zdi, pokud zdivo vykazuje nadměrnou vlhkost, zohlední se tato skutečnost sníženou hodnotou její tepelné vodivosti.

Případnou nemožnost splnění výše uvedeného normativního požadavku je nutno v souladu s odst. 5.2.6 v ČSN 73 5040 – 2 [2] řádně zdůvodnit.

b) Posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi v rizikových místech

Účelem tohoto posouzení je prověřit možnost kondenzace vodní páry v rizikových místech (vodorovný horní a dolní kout u odvlhčované stěny). Posouzení se provede podle zásad uvedených v kap. 5.1 ČSN 73 0540 – 2 [2]. Teplotní faktor vnitřního povrchu f_Rsi vypočteme vhodným výpočetním programem (např. AREA 2011 [4]). Posouzení v horním a dolním koutu je třeba provést proto, že povrchové teploty zde bývají nižší než v ploše stěny. To je zapříčiněno dvourozměrným vedením tepla v těchto místech.

Je třeba, aby v prostorách s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ_i ≤ 60 % byla splněna podmínka:

kde je

f_Rsi

teplotní faktor vnitřního povrchu [–],

f_Rsi,N

požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu [–].

S ohledem na požadavky ČSN 73 0540 – 2 [2] bude i z tohoto hlediska zpravidla nutný návrh tepelné izolace z EPS Perimetr nebo z extrudovaného polystyrénu) – viz výše, bod a).

Na obr. 3 je pro ilustraci znázorněn příklad průběhů teplot u cihelné zdi z plných cihel o tl. 450 mm s neodvětranou vzduchovou dutinou o tl. 100 mm a s cihelnou příčkou z plných cihel o tl. 150 mm.

Obr. 3: Ukázka průběhu teplot u obvodové cihelné zdi o tl. 450 mm s neodvětrávanou vzduchovou dutinou o tl. 100 mm a s cihelnou příčkou z plných cihel o tl. 150 mm. Výstup z programu AREA 2011 [4].

Obr. 4: Ukázka průběhu teplot u obvodové cihelné zdi o tl. 450 mm s EPS Perimetr o tl. 100 mm a s cihelnou příčkou z plných cihel o tl. 150 mm. Výstup z programu AREA 2011 [4].

Na obr. 4 je pro ilustraci znázorněn příklad průběhů teplot u cihelné zdi z plných cihel o tl. 450 mm se zateplením pomocí EPS Perimetr o tl. 100 mm a s cihelnou příčkou z plných cihel o tl. 150 mm situovanou na vnitřní straně.

c) Posouzení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce nově vzniklé vícevrstvé stěny

To je nutné z důvodu, aby kondenzovaná vodní pára nezpůsobovala zvýšenou vlhkost stěn a tepelné izolace a tím nezhoršovala jejich funkci. S ohledem na místní klimatické podmínky, které jsou v České republice, bude po většinu dní v roce docházet k difúzi vodní páry směrem od interiéru do vzduchové dutiny. Musí zde být splněny následující podmínky, které jsou uvedeny ČSN 73 0540 – 2 [2], a to:

kde je

M_c

množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce [kg.m⁻².rok⁻¹],

M_ev

množství vypařitelné vodní páry uvnitř konstrukce [kg.m⁻².rok⁻¹] .

s omezením:

kde:
M_c,N = 0,10 kg.m⁻².rok⁻¹ nebo 3 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m⁻²; pro materiál s objemovou hmotností ρ ≤ 100 kg.m⁻² se použije 6 % jeho plošné hmotnosti,
resp. M_c ≤ M_c,N = 0,50 kg.m⁻².rok⁻¹ nebo 5 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m⁻²; pro materiál s objemovou hmotností ρ ≤ 100 kg.m⁻² se použije 10 % jeho plošné hmotnosti.

Ve stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce mohla ohrozit její požadovanou funkci, je kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce nepřípustná. Tedy:

Posouzení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce se provede vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2011 [3]).

Snížení kondenzace vodní páry uvnitř stěny, nebo její úplné vyloučení dosáhneme vložením vhodného typu parozábrany, kterou umístíme co nejblíže k vnitřnímu povrchu dodatečně provedené vnitřní stěny před tepelnou izolaci.

3. 2 Vzduchové dutiny odvětrávané s přívodem i odvodem vzduchu do interiéru

Zde je nevýhodou, že se vlhký vzduch přivádí zpět do místnosti. V tomto případě je nutné vždy posoudit mikroklima interiéru z hlediska jeho využívání. To proto, že je zde zvýšené riziko vzniku plísní oproti stavu před provedením sanace a nebezpečí přenosu zplodin jejich bujení do vnitřního prostředí.

Na sanované zdi se oseká omítka do výše 800 mm nad úroveň zvýšeného zavlhčení a vyškrábou se spáry do hloubky 20 mm. Pokud to soudržnost zbývající malty a únosnost zdiva dovoluje, je vhodné ponechat spáry ve zdivu proškrabané, aby byla na stěně vytvořena co největší odpařovací plocha.

Návrh dutiny musí být doložen tepelnětechnickým posouzením, jehož obsah je principiálně stejný, jak je uvedeno v kap. 3. 1. Rozdíl bude pouze v tom, že při výpočtu součinitele prostupu tepla U neuvažujeme s vrstvou vzduchu ani s předstěnou. Při výpočtu teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi a vnitřní kondenzace vodní páry pak předstěnu i vzduchovou mezeru do výpočtu zahrneme s tím, že vzduchovou mezeru uvažujeme jako uzavřenou.

3. 3 Vzduchové dutiny odvětrávané s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru

V tomto případě je nutno počítat s tepelnými ztrátami v důsledku ochlazování vnitřní předsazené stěny proudícím venkovním vzduchem. Tepelné ztráty zde budou nabývat menších hodnot než u dutiny s nasáváním vzduchu z interiéru (viz kap. 3. 4), přesto je nutné vnitřní předsazenou stěnu tepelně izolovat. Vzhledem k tomu, že mikroklima v interiéru není v tomto případě ovlivněno, je možno tento způsob doporučit.

Na sanované zdi se oseká omítka do výše 800 mm nad úroveň zvýšeného zavlhčení a vyškrábou se spáry do hloubky 20 mm. Pokud to soudržnost zbývající malty a únosnost zdiva dovoluje, je vhodné ponechat spáry ve zdivu proškrabané, aby byla na stěně vytvořena co největší odpařovací plocha.

Návrh dutiny musí být doložen tepelnětechnickým posouzením, které sestává z následujících částí:

1. Posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W.m⁻².K⁻¹] vnitřní stěny.
2. Posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi v rizikových místech
3. Posouzení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce vnitřní stěny.
4. Posouzení proudění vzduchu a kondenzace vodní páry ve vzduchové mezeře.
5. Posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodové (sanované) zdi.

Obr. 5: Příklad průběhu teplot u konstrukcí tvořících svislou odvětrávanou dutinu s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru, bez tepelné izolace dna dutiny. Výstup z programu AREA 2011 [4].

Podrobný popis částí tepelnětechnického posouzení uvedených v bodech a) až c) je uveden v kap. 3. 1. Posouzení proudění vzduchu a možnosti kondenzace vodní páry ve vzduchové mezeře i posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodové (sanované) zdi se provede vhodným výpočetním programem (např. MEZERA 2011 [5]). Tímto způsobem je možno je pak možno na základě analýzy několika variant navrhnout jak optimální tloušťku vzduchové mezery, tak také větrací otvory (jejich počet, velikost a plochu) tak, aby bylo zabráněno výskytu kondenzace, který zároveň svědčí o nedostatečném proudění vzduchu v mezeře, jenž je nutné pro požadované odvedení vodní páry.

Dno vzduchové dutiny je vhodné izolovat (např. pomocí EPS Perimetr, nebo extrudovaného polystyrénu). Tím se sníží negativní vliv venkovního vzduchu na základovou spáru odvlhčované zdi a na podlahu v sanované místnosti v zimním období. Rovněž je vhodné tepelně izolovat část odvlhčované zdi v dutině (např. do výše 200 mm).

Podrobnou analýzu proudění vzduchu v dutině by bylo možno provést metodou CFD (computational fluid dynamics), například pomocí programu ANSYS – FLUENT [6]. A to obdobným způsobem, jak je pro vodorovné (podlahové) dutiny popsáno v [7].

Na obr. 5 je znázorněn příklad průběhu teplot u svislé dutiny odvětrávané s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru, bez tepelné izolace dna dutiny.

Obr. 6: Ukázka výsledků posouzení vzduchové dutiny odvětrávané s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru. Výstup z programu MEZERA 2011 [5].

Na obr. 6 je pak znázorněna ukázka výsledků posouzení proudění vzduchu a kondenzace vodní páry ve vzduchové mezeře a posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodové zdi. Na horním grafu je znázorněn průběh parciálního tlaku vodní páry ve vzduchu obsaženém vzduchové mezeře a parciálního tlaku vodní páry při jeho nasycení. Na dolním grafu je pak znázorněn průběh teploty vzduchu v mezeře (červeně), jeho teploty rosného bodu (zeleně), teploty vnitřního povrchu obvodové zdi, resp. vnějšího pláště (hnědě). V pravém poli jsou uvedeny následující hodnoty: rychlost proudění vzduchu v mezeře, průměrná teplota vzduchu v mezeře, průměrný tepelný odpor a průměrný součinitel prostupu tepla celé konstrukce.

3. 4 Vzduchové dutiny odvětrávané s přívodem vzduchu z interiéru a s odvodem do exteriéru

Tímto způsobem se sníží vlhkost vzduchu v interiéru. Problémem zde je, že v zimním období dochází ke zvýšeným tepelným ztrátám. Proto je třeba na nasávacích otvorech umístit uzavírací klapky, aby bylo možno tepelné ztráty alespoň částečně omezit. Pokud se však klapky nechají uzavřeny po delší dobu, je systém narušen. V letních měsících, pokud je teplota venkovního vzduchu vyšší než teplota vnitřního vzduchu, dochází k opačnému proudění vzduchu, tedy z exteriéru do interiéru. Toto řešení je použitelné rovněž za určitých vhodných podmínek. Na sanované zdi se oseká omítka do výše 800 mm nad úroveň zvýšeného zavlhčení a vyškrábou se spáry do hloubky 20 mm. Pokud to Pokud to soudržnost zbývající malty a únosnost zdiva dovoluje, je vhodné ponechat spáry ve zdivu proškrabané, aby byla na stěně vytvořena co největší odpařovací plocha.

Návrh dutiny musí být doložen tepelnětechnickým posouzením, které sestává, obdobně jako v případě vzduchové dutiny odvětrávané s přívodem i odvodem vzduchu do exteriéru (viz kap. 3. 3), z těchto částí:

1. Posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu f_Rsi v rizikových místech
2. Posouzení kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu obvodové (sanované) zdi.
3. Posouzení proudění vzduchu a kondenzace vodní páry ve vzduchové mezeře.

Podrobný popis jednotlivých částí tepelnětechnického posouzení je uveden výše.

Literatura

1. Balík, M. a kol.: Odvlhčování staveb. 2. přepracované vydání. Grada Publishing, a. s., Praha, 2008. 307 stran. ISBN 978-80-247-2693-9.
2. ČSN 73 0540 – 2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky (2011).
3. Svoboda, Z.: TEPLO 2011. Výpočtový program pro PC.
4. Svoboda, Z.: AREA 2011. Výpočtový program pro PC.
5. Svoboda, Z.: MEZERA 2011. Výpočtový program pro PC.
6. ANSYS – FLUENT. Výpočtový program pro PC.
7. Solař, J., Kalousek, M.: Posouzení proudění vzduchu v podlahové vzduchové mezeře metodou CFD. Tepelná ochrana budov č. 2/2008. ISSN 1213-0907.