INVERZNÍ STŘECHA JE STŘECHA S OPAČNÝM POŘADÍM IZOLAČNÍCH VRSTEV, KDY TEPELNĚ IZOLAČNÍ VRSTVA SPOČÍVÁ NA HYDROIZOLAČNÍ VRSTVĚ, KTERÁ PLNÍ ZÁROVEŇ FUNKCI PAROZÁBRANY. TEPELNÁ IZOLACE INVERZNÍ STŘECHY MUSÍ BÝT NENASÁKAVÁ. TENTO SYSTÉM STŘECH JE VÝHODNÝ JAK Z TEPELNĚ- TECHNICKÉHO HLEDISKA, TAK Z POHLEDU OCHRANY NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VRSTVY STŘECHY, TEDY HYDROIZOLACE. 

Nyní po letech užívání objektů s inverzními střechami je možno sledovat jejich stav a zhodnotit jednotlivé vrstvy střechy. V rámci tohoto průzkumu jsme zvolili inverzní střechy s vrchní povrchovou úpravou z plastbetonu na extrudovaném polystyrenu*, protože jsme se v poslední době s touto povrchovou úpravou častěji setkávali. Tento systém představuje  výhodné řešení z hlediska rychlosti provádění a minimalizace přitížení střechy.

* Desky z XPS se zámky s vrstvou polymerové malty (μ = cca 100). Malta chrání XPS proti působení UV záření. Systém zámků zajišťuje spolupůsobení jednotlivých desek při sání větru. Vlastní plastbeton zajišťuje přitížení cca 20 kg/m2.

Pro porovnání byly vybrány dvě střechy se stejnou vrchní povrchovou úpravou z plastbetonu na extrudovaném polystyrenu. První střecha, dále střecha A, je nad náročným provozem aquacentra v oblasti cca 400 m. n. m. Druhá střecha, dále střecha B, se nachází nad kulturními prostory cca v 600 m. n. m. Na střechách jsme provedli podrobný průzkum včetně odebrání vzorků XPS ke zjištění případné vlhkosti v tepelné izolaci z XPS.

Na sledované střeše A v průběhu zimy nezůstávala sněhová pokrývka a povrch plastbetonu byl odkrytý. Objekt je po celou zimní sezónu vytápěn. Na rozdíl od střechy A byla střecha B po celé zimní období pokryta sněhem. Kulturní prostory byly využity a vytápěny jen nárazově.

ODBĚR VZORKŮ

Místo odběru vzorků XPS jsme zvolili v blízkosti střešních vtoků, kde je nejméně příznivá situace z hlediska zdržení vody na hydroizolaci. Na obrázku /03/ je vidět nahromaděná voda ve vrstvě vzorku XPS tl. cca 20 mm pod vrstvou plastbetonu ze střechy B.

Již po odebrání vzorků přímo na střeše, měl vzorek XPS ze střechy B znatelně vyšší hmotnost (vyšší množství vlhkosti) než vzorek ze střechy A, což potvrzuje i vyhodnocení vlhkostí v tabulce /01/.

Vysoušení jednotlivých vzorků jsme provedli přirozeně bez použití sušárny v laboratorních podmínkách. Vzorek ze střechy A jsme sušili v celku a vzorek ze střechy B jsme rozdělili po výšce na šest vrstev vzhledem k jeho viditelnému nahromaděnému množství vody. Zajímaly nás hodnoty hmotnostní vlhkosti po výšce XPS.

V tabulce /02/ jsou uvedeny hmotnostní vlhkosti šesti dílčích vrstev odebraného vzorku zestřechy B.

Z tabulky je znatelné, že vlhkost dílčích vrstev XPS pod vrstvou plastbetonu je vyšší a směrem od plastbetonu se snižuje. Vlhkost je nahromaděná pod vrstvou plastbetonu.

DŮVOD VÝSKYTU VODY V XPS S PLASTBETONEM

Zjištěné rozložení vody ve vzorku dokazuje, že voda nepronikla do XPS nasáknutím, ale difúzí vodní páry, která se uvolňuje z vrstvy srážkové vody na hydroizolaci pod XPS a kondenzuje pod vrstvou plastbetonu. Zjištěné skutečnosti vyvolávají následující otázky:

• Jak ovlivňuje množství vody na hydroizolaci, tedy pod tepelnou izolací z XPS, množství zkondenzované vodní páry v XPS s plastbetonem?

• Do jaké míry ovlivňuje hromadění vody v XPS vrchní úprava z plastbetonu?

• Jaký vliv má obsažená vlhkost v tepelné izolaci z XPS na součinitel tepelné vodivosti λ?

• Je přitížení skladby střechy vlivem vody v XPS významné?

• Lze dimenzí tepelné izolace pod hydroizolační vrstvou kladně ovlivnit zkondenzované množstvívodní páry v XPS?

VLIV MNOŽSTVÍ VODY NA HYDROIZOLACI

Odpověď na tuto otázku najdeme v tabulce /03/. Na střeše B jsme odebrali vzorek XPS u vtoku i u atiky. V blízkosti vtoku se držela trvale voda a v místě odběru vzorku u atiky bylo nalezeno pouze malé množství vody držící se na hydroizolaci vlivem její nerovnosti.

Na základě hodnot tabulky /03/ můžeme konstatovat, že množství vody na hydroizolaci má vliv na zkondenzované množství vodní páry v tepelné izolaci z XPS s povrchovou úpravou z plastbetonu. Chceme-li minimalizovat riziko kondenzace vodní páry v XPS musí být střecha správně vyspádována směrem k střešním vtokům a ani u vtoku by se neměla hromadit voda. Povrch hydroizolace musí být takový, aby se netvořily kaluže.

VLIV VRCHNÍ ÚPRAVY XPS Z PLASTBETONU

Vzhledem k tomu, že vrstva plastbetonu je trvale vystavena působení vlhkosti a na podzim není umožněno vyschnutí povrchové úpravy z plastbetonu, zastihne mráz povrchovou úpravu nasáknutou vodou. Voda ve struktuře plastbetonu zmrzne a vytvoří se tak vysoce difúzně nepropustná vrstva pro vodní páry. Z principu vzniku difúzně nepropustné vrstvy vyplývá, že mezi rizikové patří i nasáklé vrstvy textilií a hydroakumulační vrstvy z pěnových plastů nebo minerálních vláken.

VLIV VLHKOSTI OBSAŽENÉ V TEPELNÉ IZOLACI Z XPS NA SOUČINITEL TEPELNÉ VODIVOSTI LAMBDA

Nástroje pro přepočet charakteristické hodnoty součinitele tepelné vodivosti na návrhové hodnoty při určité hmotnostní, resp. objemové vlhkosti daného materiálu jsou uvedeny v ČSN 73 0540-3.

Přepočet charakteristické hodnoty součinitele tepelné vodivosti na návrhové hodnoty při okamžité hmotnostní vlhkosti materiálu uvádí následující vztah:

λu = λk . (1+z1 . Zu . z23) [W/mK],

kde je

λu návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti [W/mK],

λk charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti [W/mK],

z1 součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce, kde dochází ke kondenzaci vodní páry (ČSN 73 0540-3 – tabulka A.7),

Zu vlhkostní součinitel materiálu (ČSN 73 0540-3 - tabulka A.1),

z23 sdružený součinitel podmínek působení (součinitel materiálu a způsobu zabudování materiálu ve stavební konstrukci),

z23 = uexp – u23/80 uexp okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti stavebního materiálu odebraného ze stavební konstrukce [%],

u23/80 charakteristická hmotnostní vlhkost materiálu [%].

Naopak pro výpočtové stanovení vlivu zmrzlé vody obsažené v tepelné izolaci z XPS žádný normový postup neexistuje. Proto jsme přistoupili k měření součinitele tepelné vodivosti desek z XPS za záporných teplot.

MĚŘENÍ SOUČINITELE TEPELNÉ VODIVOSTI

Pro měření součinitele tepelné vodivosti byla použita metoda nestacionárního teplotního pole,  a to z důvodu rychlosti měření a dostupnosti této metody. ISOMET je mikroprocesorem řízený ruční přístroj na přímé měření součinitele tepelné vodivosti, měrné objemové tepelné kapacity, součinitele teplotní vodivosti a teploty kompaktních, sypkých a kapalných materiálů pomocí výměnných jehlových a plošných sond. Každá sonda obsahuje zabudovanou paměť, ve které jsou uloženy její kalibrační konstanty. Měření je založeno na analýze průběhu časové závislosti teplotní odezvy na impulsech tepelného toku do analyzovaného materiálu. Tepelný tok se vytváří rozptýleným elektrickým výkonem v odporu sondy, která je tepelně vodivě spojená s analyzovaným materiálem. Teplota odporu se snímá polovodičovým snímačem. Průběh teploty jako funkce času se v diskrétních bodech vzorkuje a těmito vzorky se prokládají regresní polynomy metodou „nejmenších čtverců“. Koefi cienty regresních polynomů slouží k výpočtu termofyzikálních parametrů pomocí analytických vztahů.

V grafu /01/ jsou modrou barvou znázorněny vypočtené hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ dle ČSN 73 0540-3 za předpokladu, že vlhkost obsažená v tepelné izolaci z XPS není zmrzlá. Výsledky měření součinitele tepelné vodivosti λ, v případě, kdy obsažená vlhkost ve vzorku XPS je zmrzlá, jsou znázorněny červenou barvou.

V tabulce /04/ je uvedeno procentuelní zhoršení součinitele tepelné vodivosti λ [W/mK] v závislosti na skupenství vlhkosti odebraných vzorků.

VLIV ZHORŠENÍ TEPELNĚ IZOLAČNÍCH VLASTNOSTÍ TEPELNÉ IZOLACE Z XPS NA CELKOVOU TEPELNOU ZTRÁTU

Z hlediska energetiky nás zajímá střecha B, kde byla nalezena vyšší vlhkost v XPS než u střechy A. Provedli jsme porovnání celkového tepelného toku suchou skladboua vlhkou skladbou se započtením vlivu sněhu. Cílem bylo posoudit reálný vliv zhoršení tepelně izolačních vlastností tepelné izolace z XPS na celkovou tepelnou ztrátu. Sníh byl do skladby započten proto, aby bylo možno posoudit, zda v reálu nedojde ke kompenzaci zvýšeného tepelného toku vlhkým XPS tepelně izolačními schopnostmi sněhové pokrývky.

V posledním řádku tabulky /05/ je uveden celkový roční nárůst tepelné ztráty prostupem skladby střechy B během otopného období (257 dní) v závislosti na součiniteli tepelné vodivosti vlhké a v měsících se zápornou průměrnou měsíční teplotou zmrzlé tepelné izolace z XPS, což činí cca 31 %. Odpovídající ekvivalentní součinitel prostupu tepla s uvažováním průměrné sněhové pokrývky v otopném období činí pro suchý XPS 0,18 W/m2K a pro mokrý XPS 0,23 W/m2K. Vliv vody v XPS je tedy významný.

VLIV NA PŘITÍŽENÍ SKLADBY STŘECHY

Při zjištěné vlhkosti je přitížení na 1 m2 uvedeno v tabulce /06/. Z tabulky /06/ vyplývá, že zjištěné množství vody v porovnání s návrhovými hodnotami zatížení sněhem pro danou sněhovou oblast má významný vliv na návrhové zatížení skladby střechy.

VLIV TEPELNÉ IZOLACE POD HYDROIZOLAČNÍ VRSTVOU

Pro odpověď na otázku, jaký vliv má tepelná izolace pod hydroizolační vrstvou na zkondenzované množství vodní páry v XPS s plastbetonem, jsme provedli výpočet pro vzorovou inverzní skladbu střechy. V tabulce /08/ je uveden vliv tloušťky tepelné izolace pod hydroizolací na zkondenzované množství vodní páry v tepelné izolaci z XPS s plastbetonem ve vzorové inverzní skladbě střechy ve vybraném kritickém měsíci lednu. Z tabulky /08/, resp. z grafu /02/ je zřejmé, že vliv tloušťky tepelné izolace pod hydroizolací a tím vytvoření menšího poměru mezi tepelnými izolacemi pod a nad hydroizolací nemá při reálném návrhu tloušťek jednotlivých vrstev významně pozitivní vliv na zkondenzované množství vodní páry v XPS.

ZÁVĚR

Z rozboru jednotlivých otázek je zřejmé, že inverzní střechy s XPS s vrstvou plastbetonu jsou rizikové z celé řady hledisek a použití XPS s vrstvou plastbetonu je třeba pro každý případ dobře rozvážit. V úvahu je třeba vzít především klimatické poměry v místě stavby. Konstrukce střechy musí být dobře připravena tak, aby srážková voda protékající pod XPS plynule odtékala po hydroizolaci a nedocházelo k jejímu hromadění v nerovnostech. Některé otázky si vyžádají další, podrobnější posouzení.

Autor :

<Vladimír Vymětalík>

<Ctibor Hůlka>

FOTO:

Vladimír Vymětalík

Petr Bohuslávek

PODKLADY:

[1] ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin

[2] ČSN P ENV 1991-1 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí – Část 1: Zásady navrhování (73 0035)

Zdroj: DEKTIME 07-2006, Časopis společnosti DEKTRADE pro projektanty a architekty