E-kniha: Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov - Jiří Novák

Poděkování patří především Janu Tywoniakovi bez jehož počátečního impulsu, několikaletého odborného vedení a podpory by tato kniha nevznikla. Za poskytnutí části výsledků měření, které jsou použié v kapitole 4.1 děkuji Stanislavu Palečkovi, Viktoru Zwienerovi a Davidu Rollovi. Část ilustračních fotografi í poskytli Stefanie Rolfsmeierová a Paul Simons, kterým děkuji i za další podklady a odborné konzultace. Za poskytnutí obrazového materiálu děkuji také François Rémi Carriému, Ladislavu Kubů a Stanislavu Jirákovi. V neposlední řadě děkuji svým nejbližším, bez jejichž pomoci a pochopení by tato kniha nebyla dokončena.

VZDUCHOTĚSNOST OBVODOVÝCH PLÁŠŤŮ BUDOV

Jiří Novák Vydala Grada Publishing, a.s. U Průhonu 22, Praha 7 obchod@grada.cz, www.grada.cz tel.: +420 220 386 401, fax: +420 220 386 400 jako svou 3242. publikaci Odpovědné redaktorky Michaela Andrejsová, Věra Slavíková Sazba Redhill design Fotografi e na obálce Jiří Novák Fotografi e a grafi cké přílohy Jiří Novák, pokud není uvedeno jinak Počet stran 204 První vydání, Praha 2008 Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a. s. Husova ulice 1881, Havlíčkův Brod © Grada Publishing, a.s., 2008 Cover Design © Eva Hradiláková 2008 Názvy produktů, fi rem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků. ISBN 978-80-247-1953-5

ISBN 978-80-247-6217-3

© Grada Publishing, a.s. 2011

(tištěná verze)

(elektronická verze ve formátu PDF) 5 Předmluva .......................................................................................................................... 9

1 Úvod ............................................................................................................................. 10

1.1 Vzduchotěsnost – fyzikální souvislosti ................................................................................... 10

1.2 Netěsnosti v obálce budovy ....................................................................................................... 11

1.3 Tlakový rozdíl ................................................................................................................................... 12

1.3.1 Tlakový rozdíl vyvolaný rozdílem teplot ...................................................................... 13

1.3.2 Tlakový rozdíl vyvolaný účinky větru ............................................................................ 13

1.3.3 Tlakový rozdíl vyvolaný větracím zařízením ............................................................... 15

1.4 Shrnutí ................................................................................................................................................ 15

2 Vzduchotěsnost a výměna vzduchu v budově ......................................................... 17

2.1 Účel výměny vzduchu v budově ............................................................................................... 17

2.2 Způsoby výměny vzduchu v budově ...................................................................................... 19

2.2.1 Větrání a větrací systém ..................................................................................................... 19

2.2.2 Přirozené větrání okenními spárami ............................................................................. 19

2.2.3 Větrací systém a fi ltrace vzduchu netěsnostmi ......................................................... 20

2.2.4 Filtrace vzduchu netěsnostmi – další negativní důsledky ..................................... 22

2.3 Energetické souvislosti ................................................................................................................. 24

2.4 Požadavky na vzduchotěsnost a výměnu vzduchu ........................................................... 25

2.4.1 Hygienické požadavky na větrání .................................................................................. 25

2.4.2 Tepelně-technické požadavky na výměnu vzduchu ............................................... 25

2.4.3 Požadavky na vzduchotěsnost ........................................................................................ 28

2.5 Shrnutí ................................................................................................................................................ 32

3 Měření vzduchotěsnosti ............................................................................................. 35

3.1 Hodnocení vzduchotěsnosti budov ........................................................................................35

3.1.1 Obecné principy ................................................................................................................... 35

3.1.2 Hodnotící veličiny ................................................................................................................ 35

3.1.3 Přepočet hodnotících veličin ........................................................................................... 38

3.2 Měření vzduchotěsnosti budov ................................................................................................ 39

3.2.1 Obecné principy ................................................................................................................... 39

3.2.2 Přehled nejrozšířenějších metod .................................................................................... 40

3.2.3 Blower door test ................................................................................................................... 43

3.2.4 Speciální aplikace ................................................................................................................. 52

3.3 Detekce netěsností v obálce budovy ......................................................................................56

3.3.1 Obecné principy ................................................................................................................... 56

3.3.2 Detekce anemometrem ..................................................................................................... 58

3.3.3 Detekce termovizním snímkováním ............................................................................. 58

3.3.4 Vizualizace dýmem .............................................................................................................. 59

3.3.5 Detekce pomocí ultrazvuku ............................................................................................. 59

3.4 Hodnocení vzduchotěsnosti stavebních dílů ....................................................................... 60

3.4.1 Obecné principy ................................................................................................................... 60

3.4.2 Hodnotící veličiny ................................................................................................................ 60

3.4.3 Přepočet hodnotících veličin ........................................................................................... 63

3.5 Měření vzduchotěsnosti stavebních dílů ............................................................................... 63

3.5.1 Obecné principy ................................................................................................................... 63

3.5.2 Laboratorní metody ............................................................................................................ 64

Obsah

6

3.5.3 Metody měření in situ ........................................................................................................ 67

3.6 Shrnutí ................................................................................................................................................ 71

4 Reálně dosahovaná vzduchotěsnost......................................................................... 73

4.1 Výsledky dosahované v ČR .......................................................................................................... 73

4.1.1 Situace ...................................................................................................................................... 73

4.1.2 Soubor měřených budov .................................................................................................. 74

4.1.3 Výsledky měření .................................................................................................................... 75

4.1.4 Analýza výsledků .................................................................................................................. 77

4.2 Výsledky dosahované v zahraničí ............................................................................................. 88

4.2.1 Země sdružené v AIVC ....................................................................................................... 88

4.2.2 USA ............................................................................................................................................ 89

4.2.3 Současná evropská výstavba ...........................................................................................90

4.2.4 Pasivní domy v západní Evropě ...................................................................................... 91

4.3 Shrnutí ................................................................................................................................................ 94

5 Netěsnosti v obálce budovy ....................................................................................... 96

5.1 Detekce netěsností ........................................................................................................................ 96

5.1.1 Postup detekce ..................................................................................................................... 96

5.1.2 Zpracování výsledků ........................................................................................................... 96

5.2 Přehled typických netěsností ..................................................................................................... 97

5.2.1 Defekt hlavní vzduchotěsnicí vrstvy ............................................................................. 97

5.2.2 Styk obvodová stěna – podlaha na terénu ...............................................................103

5.2.3 Styk obvodová stěna – vnitřní strop ...........................................................................103

5.2.4 Připojovací spára oken a dveří.......................................................................................105

5.2.5 Montážní otvory – spoje panelů ...................................................................................107

5.2.6 Elektroinstalační prvky .....................................................................................................107

5.2.7 Prostupy konstrukčních prvků vzduchotěsnicí vrstvou .......................................109

5.2.8 Prostupy rozvodů podlahou na terénu ......................................................................109

5.2.9 Prostupy rozvodů obvodovými konstrukcemi ........................................................111

5.2.10 Funkční spára okna .........................................................................................................115

5.2.11 Roletové boxy ...................................................................................................................117

5.2.12 Plášť komínového tělesa ...............................................................................................117

5.3 Typické chyby vedoucí ke vzniku netěsností, příčiny chyb ...........................................118

5.3.1 Chyby vznikající při návrhu budovy ............................................................................119

5.3.2 Příčiny chyb vznikajících při návrhu budovy ............................................................119

5.3.3 Chyby vznikající při výstavbě budovy ........................................................................120

5.3.4 Příčiny chyb vznikajících při výstavbě budovy ........................................................121

5.4 Shrnutí ..............................................................................................................................................121

6 Návrh a realizace systému vzduchotěsnicích opatření ........................................... 123

6.1 Hlavní zásady .................................................................................................................................123

6.1.1 Pečlivý návrh ........................................................................................................................124

6.1.2 Pečlivá realizace ..................................................................................................................124

6.1.3 Kontrola provedení ............................................................................................................124

6.1.4 Informovanost všech účastníků návrhu a výstavby ..............................................124

6.2 Návrh systému vzduchotěsnicích opatření – podrobný postup .................................124

6.2.1 Řízení procesu návrhu ......................................................................................................125

Obsah

7

6.2.2 Stanovení požadavků na systém vzduchotěsnicích opatření ............................126

6.2.3 Koncepce zajištění vzduchotěsnosti v ploše konstrukcí ......................................128

6.2.4 Identifi kace problematických míst ..............................................................................135

6.2.5 Podrobné řešení problematických míst .....................................................................137

6.2.6 Koordinace projekčních prací se specialisty .............................................................141

6.2.7 Kontrola před defi nitivním zakreslením ....................................................................144

6.2.8 Zpracování podrobné projektové dokumentace ...................................................144

6.3 Realizace systému vzduchotěsnicích opatření – podrobný postup ..........................145

6.3.1 Poučení všech účastníků výstavby ..............................................................................145

6.3.2 Realizace SVO ve smluvních a fi nančních vztazích ................................................145

6.3.3 Pečlivá a koordinovaná výstavba .................................................................................146

6.3.4 Kontrola průběhu výstavby ............................................................................................147

6.3.5 Finální měření vzduchotěsnosti ....................................................................................148

6.4 Příklad návrhu a realizace SVO ................................................................................................148

6.4.1 Postup při projektování ...................................................................................................149

6.4.2 Postup při výstavbě ...........................................................................................................150

6.4.3 Dosažený výsledek ............................................................................................................150

6.4.4 Zkušenosti z výstavby a závěry .....................................................................................151

6.5 Shrnutí ..............................................................................................................................................151

7 Výrobky pro vzduchotěsnicí opatření ..................................................................... 153

7.1 Výběr a životnost speciálních výrobků .................................................................................153

7.1.1 Otázka životnosti................................................................................................................153

7.1.2 Doporučení pro výběr vzduchotěsnicích výrobků ................................................156

7.2 Lepicí pásky ....................................................................................................................................157

7.2.1 Parotěsné pásky ..................................................................................................................157

7.2.2 Paropropustné pásky ........................................................................................................158

7.2.3 Pásky s přilnavostí k vzájemně odlišným materiálům ..........................................158

7.2.4 Okenní pásky .......................................................................................................................159

7.2.5 Pásky pro utěsnění prostupujících prvků ..................................................................160

7.3 Lepicí a těsnicí tmely ...................................................................................................................162

7.4 Těsnicí pásky ...................................................................................................................................162

7.5 Manžety a průchodky .................................................................................................................164

7.6 Elektroinstalační krabice ............................................................................................................165

7.7 Půdní dvířka ...................................................................................................................................166

7.8 Vzduchotěsný komín ...................................................................................................................167

7.9 Doplňkový sortiment ..................................................................................................................167

7.10 Shrnutí ...........................................................................................................................................168

8 Stavební detaily – principy řešení ........................................................................... 170

8.1 Det. A Styk obvodová stěna – podlaha na terénu ............................................................171

8.2 Det. B Styk obvodová stěna – vnitřní strop .........................................................................172

8.3 Det. C Styk obvodová stěna – šikmá střecha ......................................................................173

8.4 Det. D Styk štítová stěna – vnitřní zateplený strop (pod nevytápěnou půdou) ....173 9 Výpočtové modelování výměny vzduchu v budově .............................................. 174

9.1 Odhad celkové vzduchotěsnosti obálky budovy .............................................................174

9.1.1 Odhad vzduchotěsnosti obálky z údajů o dílčích netěsnostech ......................175

Obsah

8

9.1.2 Odhad vzduchotěsnosti obálky z nepřímých údajů o budově .........................175

9.2 Výpočet fi ltrace a výměny vzduchu v budově ...................................................................176

9.2.1 Zjednodušené metody.....................................................................................................176

9.2.2 Pokročilé výpočtové metody .........................................................................................178

9.3 Shrnutí ..............................................................................................................................................181

Přílohy ............................................................................................................................ 183

P1 Příklad podrobné výkresové dokumentace ........................................................................183

P2 Organizační diagram návrhu SVO ...........................................................................................184

P3 Příklad protokolu o měření vzduchotěsnosti budovy .....................................................186

P4 Návrh metodiky pro zkoušení a klasifi kaci lepených spojů ...........................................190

Defi nice, značky a jednotky .......................................................................................... 192

Značky a jednotky veličin ...................................................................................................................194

Seznam indexů .......................................................................................................................................195

Použitá literatura ........................................................................................................... 196

Odborná literatura ................................................................................................................................196

Normy, vyhlášky a předpisy ...............................................................................................................199

Webové stránky ......................................................................................................................................200

Rejstřík ........................................................................................................................... 201

Obsah

9

Předmluva

Vzduchotěsnost budov není zcela novým tématem. V zahraničí probíhá intenzivní výzkum

této problematiky již několik desítek let. Motivace vycházely vždy ze snahy o snižování ener

getické náročnosti, zajištění kvalitního větrání, zajištění vyšší spolehlivosti a delší životnosti

konstrukcí. Postupně se vyvíjely diagnostické a výpočtové metody, hledala se technická

řešení pro zajištění vzduchotěsnosti, zdokonalovaly se výrobky, jejichž použití má vzdu

chotěsnost zajistit, atd. Novým a silným impulsem v tomto vývoji byl v posledních letech

stoupající zájem o nízkoenergetickou výstavbu, především boom výstavby pasivních domů

v německy mluvících zemích.

V České republice byla vzduchotěsnost donedávna vnímána především jako problém

okenních spár a styků obvodových dílců panelových budov. V posledních letech se stává

aktuálním a stále diskutovanějším problémem, hovoří se o ní na mnohem obecnější úrovni.

To souvisí s významnými změnami ve struktuře českého stavebnictví. Ve větší míře se uplat

ňují lehké skládané konstrukce citlivé na vznik netěsností (dřevostavby, podstřešní obytné

prostory, apod.), stupňuje se snaha o lepší tepelnou ochranu budov, stále častěji motivo

vaná osobním přesvědčením investorů s cíli daleko přesahujícími legislativní požadavky.

Právě projektanti a stavitelé nízkoenergetických a pasivních domů jsou často konfronto

váni s problémem, jak efektivně zajistit vynikající vzduchotěsnost obálky, která se u těch

to budov vyžaduje. Potřebné informace jsou stále žádanější, vlastní zkušenosti jsou dosud

omezené – to jsou také hlavní důvody, proč vznikla tato kniha.

V prvních dvou kapitolách se připomínají základní fyzikální souvislosti a negativní důsledky

netěsností v obálce budovy. Pozornost je zaměřena na vzájemný vztah vzduchotěsnosti,

větrání, hygienických požadavků a tepelných ztrát. Mimoto jsou zde shrnuty i platné po

žadavky na vzduchotěsnost. Třetí kapitola podává přehled o způsobech hodnocení a me

todách měření vzduchotěsnosti budov, jejich částí i jednotlivých stavebních dílů. Čtvrtá

a pátá kapitola shrnují zkušenosti z měření vzduchotěsnosti budov v ČR i v zahraničí a po

dávají obraz o reálně dosahované úrovni včetně typických problémů. Zbývající kapitoly

představují postupy a technické prostředky pro zajištění vzduchotěsnosti. Metodika pro

návrh a realizaci vzduchotěsných konstrukcí je doplněna přehledem speciálních výrobků

vyvinutých k tomuto účelu a schématy se základními principy řešení vybraných kritických

detailů. Cílem není nabídnout konkrétní konstrukční řešení – ta se budou vždy budovu od

budovy lišit v závislosti na mnoha faktorech. Důraz je kladen na principy řešení, koncepční

uvažování a souvislosti s ostatními aspekty návrhu a výstavby.

Jednotlivé kapitoly jsou řazeny v logickém sledu, takže je možné knihu číst od začátku do

konce. Text každé kapitoly je doplněn četnými odkazy na související problémy a doplňující

informace uvedené na jiných místech knihy. Čtenář, který nečte od začátku, neztrácí pře

hled o vzájemných souvislostech. Kniha tak může sloužit jako příručka v každodenní praxi

a snad bude užitečným pomocníkem.

Předmluva

10

1 Úvod

Pro dobré pochopení příčin a důsledků výměny vzduchu v budově a proudění vzduchu netěsnostmi v obálce budovy je potřeba defi novat některé základní pojmy a připomenout základní fyzikální souvislosti. V úvodní kapitole je proto především vysvětlen pojem vzduchotěsnost, včetně fyzikálních vztahů, které popisují proudění vzduchu netěsnostmi. Dále jsou stručně popsány procesy (hybné síly), které proudění vzduchu způsobují. Kromě toho jsou v této kapitole vysvětleny i některé zvláštní termíny, které byly zavedeny pro účely této publikace a nejsou součástí běžného názvosloví užívaného ve stavební praxi (výklad klíčových pojmů je možné nalézt v závěru knihy).

1.1 Vzduchotěsnost – fyzikální souvislosti

Hlavním tématem této knihy je vzduchotěsnost budov – tedy vzduchotěsnost jednotlivých stavebních dílů a jejich spojů nebo vzduchotěsnost budovy jako celku. O celkové vzduchotěsnosti budovy rozhoduje vzduchotěsnost jednotlivých dílů a jejich spojů, které tvoří obvodový plášť (obálku) budovy. Vzduchotěsností se rozumí schopnost určitého prvku (zde obálky budovy nebo jejich dílčích částí) propouštět vzduch. Čím méně vzduchu prvek za určitých podmínek propouští, tím je těsnější. K tomu, aby daný prvek propouštěl vzduch, je zapotřebí splnění dvou základních podmínek:

prvek musí obsahovat netěsnosti – tedy místa, kudy může vzduch proudit;•

prvek musí být vystaven tlakovému rozdílu (rozdílný tlak vzduchu v prostředích, která •

prvek odděluje).

Čím větší je tlakový rozdíl, tím více vzduchu prvkem protéká. V případě stavebních dílů, jejich spojů i v případě budovy jako celku se závislost průtoku vzduchu na působícím tlakovém rozdílu zpravidla vyjadřuje tzv. empirickou rovnicí proudění [2, 105, 109, 38]: Parametry rovnice proudění C a n přímo popisují vzduchotěsnost zkoumaného prvku. Určují, kolik vzduchu a jakým způsobem netěsností protéká. Součinitel proudění C odpovídá objemovému toku vzduchu při tlakovém rozdílu 1 Pa a v podstatě podává informaci o velikosti netěsnosti. Exponent proudění n popisuje charakter proudění, jeho hodnota leží v intervalu 0,5 (turbulentní proudění) až 1,0 (laminární proudění). Pokud nejsou známy bližší údaje o zkoumaném prvku, používá se často (např. v předběžných výpočtech) hodnota n = 0,67. Parametry rovnice proudění se zjišťují experimentálně měřením (tomuto tématu je věnována kap. 3).

V ̇ =C · Δp

n

(1.1)

kde V ̇ je objemový tok vzduchu v [m

3

/h];

C je součinitel proudění v [m

3

/(h.Pa

n

];

Δp je tlakový rozdíl v [Pa];

n je exponent proudění (bezrozměrný).

Úvod 11 Pro grafi cké znázornění závislosti objemového toku vzduchu na tlakovém rozdílu se zpravidla používá graf v logaritmickém měřítku (obr. 1.1). Tlakový rozdíl je vynesen na vodorovnou osu, objemový tok vzduchu na svislou osu a závislost má v tom případě tvar přímky (zlogaritmováním vztahu (1.1) získáme rovnici přímky – vztah (3.9) v kapitole 3.2.2). Hodnotu součinitele proudění C lze odečíst přímo z grafu, jako průsečík přímky se svislou osou (pokud svislá osa protíná vodorovnou osu v hodnotě 1 Pa). Hodnota exponentu proudění n odpovídá směrnici přímky, udává tedy její sklon.

1.2 Netěsnosti v obálce budovy

Obálka budovy není nikdy dokonale vzduchotěsná, vždy do určité míry propouští vzduch. Přestože se ve skladbách obvodových konstrukcí často používají vrstvy z porézních materiálů propustných pro vzduch (např. tepelné izolace), konstrukce jako celek bývají v ploše vzduchotěsné. Důvodem je to, že obvodové konstrukce bývají záměrně (pro zajištění vzduchotěsnosti) nebo z jiných důvodů vybaveny vzduchotěsnými vrstvami (omítky, parozábrany, apod.). K proudění vzduchu skrz obálku budovy tedy dochází zejména v místech netěsných spojů mezi konstrukcemi a v místech, kde je přerušena spojitost vzduchotěsných vrstev – tedy v netěsných spojích, v netěsných napojeních na sousední a prostupující prvky a v místech lokálních defektů (obr. 1.2). Z uvedeného vyplývá, že vzduchotěsnost obálky budovy je především problémem stavebních detailů. Typická místa netěsností jsou naznačena na obrázku 1.3. Podrobnější výčet typických netěsností s popisem a rozborem příčin jejich vzniku je uveden v kapitole 5.

Obr. 1.1

Graf závislosti objemového toku vzduchu ne

těsnostmi v obálce budovy na tlakovém rozdílu (výsledky

měření vzduchotěsnosti pasivního domu)

Obr. 1.2 Proudění vzduchu netěsnostmi v obálce budovy Obr. 1.3 Typické netěsnosti – kritické stavební detaily

Netěsnosti v obálce budovy

12

Zmíněné netěsnosti v obálce budovy vznikají neplánovaně, druhotně, zpravidla vlivem chyb

při návrhu budovy nebo nedůslednosti během výstavby. Proudění vzduchu těmito netěs

nostmi může mít řadu negativních důsledků – jak pro tepelně vlhkostní režim konstrukce, tak

pro tepelné chování budovy jako celku (kap. 2.2.4 a 2.3). Proto je potřeba výskyt podobných

netěsností v obálce budovy systematicky eliminovat.

Požadavek na velmi dobrou vzduchotěsnost obálky budovy je opakovaně zdůrazňován na

řadě míst této knihy. Přestože proudění vzduchu netěsnostmi přispívá (někdy významně)

k výměně vzduchu v budově, není snaha o jejich dokonalé utěsnění v rozporu s hygienic

kým požadavkem na přísun dostatečného množství čerstvého vzduchu. Často opakovaný

názor, že utěsnění obálky budovy nutně vede ke snížení kvality vnitřního prostředí a hygi

enickým problémům, je mylný a vyplývá z nepochopení fyzikálních základů výměny vzdu

chu v budově a širších souvislostí. Vztah vzduchotěsnosti obálky, výměny vzduchu v budo

vě a požadavků na větrání je objasněn v kapitole 2.

Snaha o zajištění vzduchotěsnosti se musí promítnout do všech fází přípravy a výstavby

budovy, nejedná se jen o problém kvality provedení na stavbě. Tak jako jsme si měli zvyk

nout na kontrolu celistvosti tepelně-izolační vrstvy, budeme se muset naučit konstruovat

a kontrolovat vzduchotěsnost.

Pro zajištění vzduchotěsnosti je potřeba navrhnout řadu zvláštních vzduchotěsnicích

opatření (VO). Pro dosažení velmi dobré vzduchotěsnosti je zapotřebí, aby navržená

vzduchotěsnicí opatření byla ve vzájemném souladu a respektovala další konstrukční

a technologické souvislosti. Navržená dílčí opatření tedy musí tvořit ucelený, koherent

ní systém vzduchotěsnicích opatření (SVO). Za vzduchotěsnicí opatření je možné po

važovat každé konkrétní konstrukční nebo technologické řešení navržené za účelem

zajištění vzduchotěsnosti konstrukce a budovy jako celku. Základním vzduchotěsni

cím opatřením je návrh hlavní vzduchotěsnicí vrstvy do každé obvodové konstrukce.

Hlavní vzduchotěsnicí vrstva (HVV) je tedy záměrně navržena do skladby za účelem

zajištění vzduchotěsnosti v ploše konstrukce (může ovšem současně plnit i další funk

ce). Mezi další vzduchotěsnicí opatření patří například spojování částí hlavní vzducho

těsnicí vrstvy speciálními lepicími páskami, utěsnění prostupu kanalizačního potrubí

obvodovou konstrukcí pomocí speciální manžety, podrobný návrh detailu napojení ob

vodové stěny a vnitřního stropu, kde je vyřešen spojitý průběh hlavní vzduchotěsnicí

vrstvy, apod. Toto názvosloví včetně zkratek uvedených v závorce je použito v dalších

kapitolách knihy.

Konstrukční zásady návrhu SVO jsou shrnuty v kapitole 6 spolu se souborem doporučení

pro úspěšnou realizaci SVO. V kapitole 7 jsou představeny speciální výrobky určené pro dílčí

VO a způsob jejich použití. Kapitola 8 uvádí základní principy konstrukčního řešení vybra

ných typických netěsností s ohledem na zajištění vzduchotěsnosti. Metody kontroly vzdu

chotěsnosti jsou uvedeny v kapitole 3.

1.3 Tlakový rozdíl

Jak bylo uvedeno v kapitole 1.1, přítomnost rozdílu tlaku vzduchu mezi vnitřním a ven

kovním prostředím je nutnou podmínkou proudění vzduchu netěsnostmi v obálce

Úvod

13

budovy. Tlakový rozdíl je zpravidla způsoben kombinovaným účinkem působení větru, teplotního rozdílu mezi vnitřním a venkovním prostředím a tlakovým účinkem případného mechanického větracího systému. Velikost tlakového rozdílu v určitém místě obálky budovy ovšem závisí také na rozložení jednotlivých netěsností po ploše obálky, na jejich vzduchotěsnosti a také na uspořádání a vzduchotěsnosti vnitřních dělicích konstrukcí.

1.3.1 Tlakový rozdíl vyvolaný rozdílem teplot

Tlakový rozdíl vyvolaný rozdílem teplot mezi vnitřním a venkovním prostředím je důsledkem odlišné hustoty venkovního a vnitřního vzduchu (jev známý jako tzv. komínový efekt). Hustota vzduchu závisí na barometrickém tlaku, teplotě a vlhkosti vzduchu. Vliv vlhkosti vzduchu je zpravidla zanedbatelný a barometrický tlak se uvnitř budovy také zpravidla nemění. V takových případech závisí tlakový rozdíl pouze na rozdílu teplot a výšce budovy [2]: Protože teplý vzduch má nižší hustotu než chladný, vzniká v zimních podmínkách (venkovní vzduch chladnější než vnitřní) v nižších částech budovy podtlak a ve vyšších přetlak. Mezi těmito oblastmi se nachází neutrální rovina, kde je tlakový rozdíl nulový (obr. 1.4). Vztah (1.2) platí pro budovy, které mají všechny místnosti vzájemně propojené, takže mezi nimi není významný tlakový rozdíl (budovu je možné považovat za jednu tlakovou zónu), a za předpokladu, že vnitřní teplota se nemění s výškou budovy. Neutrální rovina nemusí vždy ležet v polovině výšky budovy – její poloha závisí také na rozložení netěsností po výšce budovy. U budov složených z více tlakových zón závisí poloha neutrální roviny navíc i na vzduchotěsnosti dělicích konstrukcí.

1.3.2 Tlakový rozdíl vyvolaný účinky větru

Při proudění vzduchu okolo libovolného tělesa dochází k četným změnám v rychlosti a směru proudění, což vyvolává změny v tlaku vzduchu na povrchu obtékaného tělesa. U jednoduchých deskových těles dochází na návětrné straně k tlaku a na závětrné stra

Tlakový rozdíl

(1.2)

kde Δp

t

je tlakový rozdíl vyvolaný rozdílem teplot v [Pa];

ρ

e

je hustota venkovního vzduchu v [kg/m

3

];

ρ

i

je hustota vnitřního vzduchu v [kg/m

3

];

θ

e

je teplota venkovního vzduchu v [K];

θ

i

je teplota vnitřního vzduchu v [K];

g je gravitační konstanta, 9,81 [m/s

2

];

h

NR

je výška neutrální roviny v [m];

h je výška místa, kde je zjišťován tlakový rozdíl v [m]. 14 ně k sání (podtlaku). U reálných budov obtékaných větrem je rozložení tlaku na obálce budovy vystavené větru složitější, velmi závislé na tvaru budovy, směru větru (orientaci budovy vůči větru) a stínícím efektu okolní zástavby, terénu, atd. Velikost tlakových účinků pochopitelně závisí na síle větru. Tlakový účinek větru v určitém místě na obálce budovy se určí ze vztahu [2, 23, 38]: Způsob využití tohoto vztahu při modelování výměny vzduchu v budově je podrobněji popsán například v [2, 3, 12, 17]. Konkrétní hodnoty tlakového součinitele C

p

lze najít v od

borné literatuře ([2, 38, 40], tab. 1.1). Většina publikovaných hodnot je odvozena z měření v aerodynamických tunelech, lze je však získat i měřením in situ a výpočty pomocí CFD [12]. Referenční výška, ke které jsou hodnoty součinitelů C

p

vztaženy, odpovídá nejčastěji výšce

budovy (ale ne vždy!). Konkrétní hodnota C

p

je vždy platná pro určitý typ terénu. Rychlost

větru v udává rychlost větru v místě budovy. Pokud je známa pouze rychlost větru měřená v nejbližší meteorologické stanici, musí být před dosazením do vztahu (1.3) příslušným způsobem korigována [2, 12, 23, 38]. Tlakové účinky větru mohou být velmi proměnlivé v čase (časté změny směru a rychlosti, poryvy, atd.). To spolu s výrazným vlivem konkrétního tvaru budovy a konkrétních místních topografi ckých podmínek komplikuje odhad reálných tlakových účinků větru na budovu, který bude vždy zatížený velkou nejistotou. Ze stejných důvodů je vítr jako hlavní hybná síla při přirozeném větrání budov značně nespolehlivý. Obr. 1.4 Tlakový rozdíl vyvolaný rozdílem teplot. Vlevo ilustrační schéma ke vztahu 1.2. Vpravo tlakový rozdíl v závislosti na výšce nad (pod) neutrální rovinou pro různé teploty venkovního vzduchu (teplota vnitřního vzduchu θ

i

= 20 °C)

Δp

v

= C

p

· ρ · (1.3)

kde Δp

v

je rozdíl tlaku vzduchu v určitém místě na obálce budovy a tlaku

vzduchu v místě s nerušeným prouděním v referenční výšce v [Pa];

C

p

je tlakový součinitel (bezrozměrný);

ρ je hustota vzduchu v [kg/m

3

];

v je rychlost větru v místě s nerušeným prouděním v referenční

výšce v [m/s]. Úvod Poznámka: Pro hodnoty v tabulce platí:

typ budovy – nízká, do 3 NP;

poměr délka : šířka - 2 : 1;

okolní terén – budova obklopena překážkami nižšími než polovina výšky

budovy;

referenční výška rychlosti větru – rovná výšce budovy

1.3.3 Tlakový rozdíl vyvolaný větracím zařízením

Tlakový rozdíl mezi vnitřním a venkovním prostředím může být ovlivněn i činností mechanických větracích systémů. U přetlakových nebo podtlakových systémů je tento vliv výraznější, u rovnotlakých systémů může být zanedbatelný v porovnání s účinky větru a rozdílu teplot. Mezi další zařízení, která mohou vyvolat tlakový rozdíl, patří například kuchyňské digestoře a některé spalovací spotřebiče (kotle, kamna, krby). Tlakové účinky větracích zařízení, větru a rozdílu teplot působí v budově současně, jejich výsledný efekt je časově proměnlivý vzhledem k proměnlivosti klimatických podmínek. Tlakové účinky větru a rozdílu teplot mohou za určitých okolností rušit činnost mechanických větracích systémů.

1.4 Shrnutí

Vzduchotěsností se rozumí schopnost určitého prvku (obálky budovy nebo jejích dílčích částí) propouštět vzduch. Čím méně vzduchu prvek za určitých podmínek propouští, tím je těsnější. K tomu, aby daný prvek propouštěl vzduch, je zapotřebí splnění dvou základních podmínek: Tab. 1.1 Příklad hodnot součinitele tlaku C

p

[40]. Jedná se o průměrné hodnoty pro uvedené plochy (části) obálky budovy

Shrnutí

směr větru φ

0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°

stěny

stěna 1 0,25 0,06 –0,35 –0,60 –0,50 –0,60 –0,35 0,06

stěna 2 –0,50 –0,60 –0,35 0,06 0,25 0,06 –0,35 –0,60

stěna 3 –0,60 0,20 0,40 0,20 –0,60 –0,50 –0,30 –0,50

stěna 4 –0,60 –0,50 –0,30 –0,50 –0,60 0,50 0,40 0,20

šikmá střecha, sklon <10°

čelní strana –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60

zadní strana –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60 –0,60

šikmá střecha, sklon 11°–30°

čelní strana –0,60 –0,60 –0,55 –0,55 –0,45 –0,55 –0,55 –0,60

zadní strana –0,45 –0,55 –0,55 –0,60 –0,60 –0,60 –0,55 –0,55

šikmá střecha, sklon >30°

čelní strana 0,15 –0,08 –0,40 –0,75 –0,60 –0,75 –0,40 –0,08

zadní strana –0,60 –0,75 –0,40 –0,08 0,15 –0,08 –0,40 –0,75

I

I

1

2

43

+

16

prvek musí obsahovat netěsnosti – tedy místa, kudy může vzduch proudit;•

prvek musí být vystaven tlakovému rozdílu (rozdílný tlak vzduchu v prostředích, která •

prvek odděluje). Čím větší je tlakový rozdíl působící na netěsnosti, tím větší je i objemový tok vzduchu, který netěsnostmi protéká. Závislost průtoku vzduchu dílčí netěsností nebo celou obálkou budovy se nejčastěji vyjadřuje tzv. empirickou rovnicí proudění (vztah (1.1)). Parametry rovnice proudění C a n vyjadřují velikost netěsnosti a charakter proudění vzduchu skrz netěsnost (laminární/turbulentní). Tyto parametry se zjišťují měřením (kap. 3). Netěsnosti vznikají v obálce budovy náhodně a neplánovaně, v důsledku chyb při návrhu a výstavbě. Jedná se většinou o netěsné styky konstrukcí, stavebních prvků a o místa, kde je přerušena spojitost vzduchotěsných vrstev – tedy v netěsných spojích, v netěsných napojeních na sousední a prostupující prvky a v místech lokálních defektů. Tyto netěsnosti mají řadu negativních důsledků (kap. 2), proto je potřeba jejich výskyt systematicky eliminovat. Požadavek na odstranění tohoto typu netěsností není v rozporu s hygienickými požadavky na přívod čerstvého vzduchu do budovy. Tlakový rozdíl, který způsobuje proudění vzduchu netěsnostmi, může být vyvolán rozdílem vnitřní a venkovní teploty, účinky větru, účinky mechanického větracího zařízení nebo jejich kombinací. Tlakový účinek větru závisí především na rychlosti větru, směru větru, tvaru budovy a konfi guraci okolního terénu a zástavby. Je velmi proměnlivý v čase a výrazně se mění po ploše obálky budovy. Pro kvantifi kaci tlakových účinků větru se používá tlakový součinitel C

p

.

Odhad tlakových účinků větru je komplikovaný a vždy zatížený velkou nejistotou. Tlakový účinek teplotního rozdílu závisí na rozdílu teploty mezi vnitřním a venkovním prostředím, na vzduchotěsnosti dílčích netěsností a jejich rozložení po ploše obálky a na vzduchotěsnosti a dispozici vnitřních dělicích konstrukcí. Tlakový účinek rovnotlakých větracích zařízení je zpravidla velmi malý, výraznější je u zařízení podtlakových nebo přetlakových. Výraznější tlakové účinky na obálku budovy mohou vyvolat také digestoře a některé spalovací spotřebiče (např. krby). Úvod 17

2 Vzduchotěsnost a výměna

vzduchu v budově

Kapitola 1 defi nuje pojem výměna vzduchu v budově nebo místnosti, uvádí podmínky, kdy k ní může dojít, a připomíná základní fyzikální souvislosti. Výměna vzduchu v budově může výrazným způsobem ovlivnit kvalitu vnitřního prostředí, tepelné chování budovy jako celku i tepelně vlhkostní režim jednotlivých obvodových konstrukcí. Na jednu stranu je výměna vzduchu nezbytná z hygienických důvodů, na druhou stranu je potřeba ji kontrolovat například s ohledem na omezení nepřiměřených tepelných ztrát, ale i z několika dalších důvodů. S postupným zpřísňováním nároků na kvalitu vnitřního prostředí na jedné straně a požadavků na energetickou náročnost budov na druhé straně získává kontrola výměny vzduchu v budovách na významu. Snaha o řízenou výměnu vzduchu v budově pochopitelně naráží na problém vzduchotěsnosti obálky. Kapitola 2 uvádí do vzájemných souvislostí výše uvedené aspekty výměny vzduchu v budově. Cílem je ukázat:

vztah vzduchotěsnosti obálky budovy, kvality vnitřního prostředí, energetických vlast-•

ností budovy a správné funkce obalových konstrukcí;

poskytnout základní informace ke koncepčním úvahám o způsobu a intenzitě větrání •

budovy během projekční přípravy. Vztah vzduchotěsnosti obálky a výměny vzduchu v budově je ilustrován několika studiemi s využitím simulačních výpočtů. Kapitola 2 rovněž poskytuje základní přehled požadavků na větrání, výměnu vzduchu a související požadavky na vzduchotěsnost – vše je stručně okomentováno ve snaze o vyjasnění smyslu požadavků a zdůraznění vzájemných souvislostí. Dále jsou naznačeny způsoby prokázání těchto požadavků pomocí výpočtů a měření (měřicím metodám se podrobně věnuje kap. 3, některé výpočtové metody jsou stručně představeny v kap. 9).

2.1 Účel výměny vzduchu v budově

Důvodem výměny vzduchu v budově je především větrání. Smyslem větrání je zajistit dostatečnou kvalitu vzduchu uvnitř budovy, musí tedy zajistit zejména [24]:

přívod dostatečného množství kyslíku pro dýchání;•

odvod vlhkosti a škodlivin uvolňovaných v budově.• V případě obytných budov je zásadním problémem odvod škodlivin, neboť pro zajištění dostatečného množství kyslíku stačí přísun velmi malého množství vzduchu (cca 1 l/(s.os) podle [24]). Škodliviny a vlhkost uvolňované zdroji ve vnitřním prostředí jsou ředěny čerstvým vzduchem přiváděným z vnějšího prostředí (podmínkou je, aby vnější vzduch obsahoval menší množství škodlivin než vnitřní). Stejné množství znehodnoceného vnitřního vzduchu je odváděno z budovy ven. Potřebné množství větracího vzduchu je pochopitelně závislé na provozu v budově a charakteru ostatních zdrojů škodlivin.

Účel výměny vzduchu v budově

18

Minimální množství větracího vzduchu by mělo být stanoveno výpočtem zohledňují

cím uvolňování škodlivin z jednotlivých zdrojů – tak, aby nebyly překročeny mezní kon

centrace těchto škodlivin. Výpočet by měl být proveden vždy pro konkrétní podmínky

(konkrétní zdroje škodlivin), a proto nelze podat obecně platná doporučení týkající se

minimálního množství větracího vzduchu. Určitou výjimku tvoří obytné prostory nebo

prostory s podobným provozem (administrativní, shromažďovací, apod.), kde hlavními

zdroji škodlivin jsou metabolické produkty (zápach, CO

2

) a kouření. Podle [63] a [2] je

pro udržení koncentrace CO

2

v přípustných mezích zapotřebí objemový tok vzduchu

nejméně 8 l/(s.os). Tato hodnota byla stanovena výpočtem za předpokladu produkce

CO

2

, typické pro uživatele obytné budovy. Objemový tok větracího vzduchu 8 l/(s.os)

současně postačí i pro odvod zápachu, způsobeného uživateli budovy. Při uvedené

výměně vzduchu by mělo 80 % nově příchozích hodnotit úroveň zápachu v budově

jako akceptovatelnou. Vztah mezi koncentrací metabolického CO

2

a úrovní zápachu

v budově a princip odvození potřebného množství větracího vzduchu jsou podrobněji

popsány například v [63]. Pro vyloučení akutních následků působení tabákového kouře

na lidské zdraví je zapotřebí 8–20 l/(s.os) větracího vzduchu, v závislosti na intenzitě

produkce kouře [63].

V hygienických a technických předpisech řady zemí jsou požadavky na kvalitu vnitřního

vzduchu vyjádřeny pomocí minimální intenzity výměny vzduchu v budově. Shrnutí těchto

požadavků je uvedeno například v [25]. Předpisy platné v České republice jsou stručně shr

nuty v kapitole 2.4.1.

Vzduchotěsnost a výměna vzduchu v budově

Obr. 2.1 Způsoby výměny vzduchu v budově