Nedostatky obalových konštrukcií – vzduchotesnosť rodinných domov

Výsledná kvalita zhotovenia každej budovy závisí nielen od miery prepracovanosti projektu v prvotnej fázy návrhu, ale aj od samotnej realizácie. S tým neodmysliteľne a úzko súvisí vyhotovenie kritických konštrukčných detailov. Nie vo všetkých prípadoch sa podarí budovu zrealizovať úplne bez akýchkoľvek chýb a porúch. Z tohto dôvodu treba prípadne zistené defekty včas detekovať, čo najpresnejšie lokalizovať a v čo možno najkratšom čase odstrániť. Väčšinu netesností v obalových konštrukciách budov možno určiť pomocou zariadenia blower door a následne presne lokalizovať citlivým anemometrom a termografiou. Problematiku vzduchotesnosti rodinných domov a z toho vyplývajúce najčastejšie defekty obalových konštrukcií v tomto prípade reprezentuje prierez vybraného súboru 13 rodinných domov v rôznom štádiu rozpracovanosti a s rozdielnym spôsobom vetrania.

Netesnosti, ako sú trhliny a praskliny, v obalových konštrukciách budov je často veľmi náročné odhaliť len pomocou vizuálnej kontroly. Určiť presné miesta prúdenia vzduchu cez jednotlivé konštrukcie budovy môže byť o to náročnejšie, ak sú tieto netesnosti prekryté finálnymi vnútornými povrchovými úpravami alebo vonkajším opláštením. Dokázať, že vybraná konštrukcia budovy je skutočne vzduchotesná, možno len na základe merania vzduchotesnosti obalových konštrukcií budovy ako celku. Údaje získané z meraní vzduchotesnosti budov sa využívajú rôznymi spôsobmi – od kvalitatívnych (ako napríklad kontrola kvality výstavby) až po kvantitatívne (ako napríklad tvorba štandardov pre vzduchotesnosť obalových konštrukcií budov). Na základe údajov z meraní vzduchotesnosti možno zároveň určiť mieru infiltrácie vzduchu či vetrania v budove. Súčasne tieto údaje možno použiť aj ako jeden zo vstupných parametrov na dynamické simulácie a simulačné programy.

Blower door test – charakteristika systému
Na meranie vzduchotesnosti obalových konštrukcií budov sa vyvinulo niekoľko metód, ako sú napríklad metóda tlakového impulzu, metóda premenného tlakového rozdielu a metóda tlakového spádu s interným alebo externým ventilátorom. Celosvetovo najbežnejšie používanou metódou na meranie vzduchotesnosti budov je metóda tlakového spádu s externým ventilátorom, takzvaný blower door test. Táto metóda spočíva v opakovanom meraní objemového toku vzduchu cez obalové konštrukcie budovy pri známom tlakovom rozdiele, ktorý sa pohybuje v rozpätí od 10 až do 100 Pa. Tlakové rozdiely sú vyvolané umelo – pomocou ventilátora s regulovateľnými otáčkami.

Pomocou teleskopického rámu a vzduchotesnej plachty sa ventilátor osadí do otvoru v obvodovej stene (najčastejšie ide o vstupné dvere). Zmenou otáčok ventilátora sa postupne mení aj tlakový rozdiel medzi interiérom a exteriérom. Pre jednotlivé tlakové rozdiely sa nameria a zaznamená objemový tok vzduchu ν . (m3/h) ventilátorom za predpokladu, že rovnaké množstvo vzduchu preteká aj netesnosťami v obalových konštrukciách budovy. Meranie prebieha pri podtlaku aj pri pretlaku. Výsledkom merania je súbor hodnôt objemového toku vzduchu získaných pri jednotlivých tlakových rozdieloch. Tieto hodnoty sa následne vynesú do grafu závislosti objemového toku vzduchu od tlakového rozdielu.

Na základe známeho objemového toku vzduchu pri tlakovom rozdiele 50 Pa možno následne odvodiť hodnotu intenzity výmeny vzduchu n50. Táto hodnota je vo väčšine krajín hodnotiacou veličinou vzduchotesnosti obalových konštrukcií budov. Výsledná hodnota n50 sa stanoví ako aritmetický priemer, keďže sa meranie uskutočňuje pri podtlaku aj pri pretlaku.

Meracia zostava musí spĺňať predpísané parametre stanovené v STN EN 13829 [7] (ako napríklad požiadavky na jednotlivé časti zariadenia schopné merať tlakový rozdiel s presnosťou ±2 Pa v rozsahu od 0 do 60 Pa, prietok vzduchu s presnosťou ±7 % zaznamenaných hodnôt a teplotu vzduchu s presnosťou ±1 K).

Metodika meranie a charakteristika prístrojového vybavenia
Počas testovacích meraní vzduchotesnosti obalových konštrukcií vybraných rodinných domov sa tlakový rozdiel pohyboval v rozpätí od 25 až do 70 Pa s periódou 5 Pa. Pred každým testovacím meraním sa overilo splnenie prípustného rozsahu klimatických podmienok týkajúce sa teploty vonkajšieho vzduchu θae (°C) a teploty vnútorného vzduchu θai (°C), z dôvodu zamedzenia vplyvu tlakového rozdielu vyvolaného rozdielom teplôt (základný tlakový rozdiel by nemal byť väčší ako 5 Pa). V tejto súvislosti sa overila aj rýchlosť prúdenia vonkajšieho vzduchu νa (m/s), ktorá nesmela prekročiť hodnotu 6 m/s (3. stupeň Beaufortovej stupnice). Poslednou nevyhnutnou podmienkou na relevantné vyhodnotenie testu bolo zameranie a vyčíslenie základných parametrov: podlahová plocha (m²), plocha vnútorných povrchov (m²) a objem vnútorného vzduchu (m³).

Na meranie a kontrolu vzduchotesnosti obalových konštrukcií budov (v tomto prípade rodinných domov) sa použilo zariadenie Minneapolis Blower Door Model 4 s meracím rozsahom od 19 do 7 200 m³/h (obr. 1). Veľkosť tlakového rozdielu a prietok vzduchu cez ventilátor sa v tomto prípade zaznamenáva pomocou prístroja DG 700. Na určenie objemového toku vzduchu prístroj používa kalibrované clony A až E so známou hodnotou objemového toku pri danom tlakovom rozdiele. Test možno riadiť buď manuálne, alebo automaticky pomocou softvéru (v tomto prípade sa použili obidve metódy, rozdiely v meraní podľa jednotlivých metód dosiahli maximálnu hodnotu 4,08 %, čo sa dá v tomto prípade zanedbať).

Obr. 1 Zariadenie blower door a) osadenie zariadenia blower door do dverného otvoru rodinného domu, b) zariadenie blower door, c) pohľad na ventilátor zariadenia blower door s clonami regulujúcimi prietok vzduchu 1 – ventilátor s clonami A – E, 2 – vzduchotesná plachta, 3 – teleskopický rám

Testovacie merania vzduchotesnosti rodinných domov boli rozdelené na dve zá­kladné časti. Ako prvé sa realizovalo samotné meranie vzduchotesnosti obalových konštrukcií rodinného domu. Výsledkom bola hodnota intenzity výmeny vzduchu n50 (1/h) pri tlakovom rozdiele 50 Pa. Táto hodnota je všeobecne uznávaná a súčasne najrozšírenejšia veličina na hodnotenie vzduchotesnosti budov na základe spôsobu vetrania budov. Požadované hodnoty n50 sa v súčasne platnej normatívnej a predpisovej základni Slovenskej republiky nenachádzajú, preto sa len preberajú z český noriem (tab. 1).

Tab. 1 Odporúčané hodnoty celkovej intenzity výmeny vzduchu n50, N v ČR a v SR

Meranie vzduchotesnosti až na malé odchýlky sa vykonávalo vo všetkých prípadoch rovnako. Zariadenie blower door sa osadilo do dverného otvoru hlavného (respektíve vedľajšieho) vchodu testovaného rodinného domu. Pred samotným testom vzduchotesnosti sa vykonala vizuálna obhliadka celého rodinného domu, skontrolovalo sa uzatvorenie všetkých výplňových otvorov (vonkajšie okná, dvere, zasklené steny), utesnili, respektíve uzavreli sa otvory prechádzajúce cez vzduchotesnú rovinu v závislosti od vybraného postupu merania podľa STN EN 13829 [7] (metóda A alebo B) a pootvárali sa všetky interiérové dvere oddeľujúce jednotlivé miestnosti. Následne sa vykonal test vzduchotesnosti obalových konštrukcií rodinného domu pri pretlaku aj pri podtlaku a vyhodnotila sa úroveň vzduchotesnosti rodinného domu.

• Metóda A (test užívanej budovy) – meranie vzduchotesnosti budovy sa uskutočňuje v dokončenej a prevádzkovanej budove.
• Metóda B (test obalových konštrukcií budovy) – meranie vzduchotesnosti budovy sa uskutočňuje v čase, keď sú obalové konštrukcie budovy dokončené, ale hlavná vzduchotesná vrstva je ešte prístupná (možno ju počas testu upravovať).

Ako druhá sa vykonala detekcia netesností obalových konštrukcií rodinného domu. Pomocou zariadenia blower door sa v rodinnom dome vytvoril konštantný podtlak 50 Pa, čím sa zabezpečilo prúdenie vzduchu cez netesnosti do interiéru (infiltrácia). K detekcii v miestach predpokladaných netesností sa použil citlivý anemometer Testo 452 so senzorom určeným na záznam rýchlosti prúdenia vzduchu νa (m/s).

Súboru testovaných rodinných domov
Testovaný a porovnávaný súbor tvorilo trinásť rodinných domov nachádzajúcich sa na území Slovenskej republiky. Počas meraní sa jednotlivé rodinné domy nachádzali v rôznej úrovni rozpracovanosti. Časť z testovaných rodinných domov mala dokončenú hrubú stavbu s dokončenými obalovými konštrukciami budovy a vzduchotesnou vrstvou s možnosťou dodatočnej opravy v prípade zistenia nejakých nedostatkov. Tieto rodinné domy sa testovali podľa STN EN 13829 [7] metódou B. Išlo o test vzduchotesnosti obalových konštrukcií budovy, vďaka ktorému sa zistené nedostatky v tesnosti hlavnej vzduchotesnej vrstvy mohli dodatočne opraviť. Ostatné rodinné domy boli dokončené a obývané. V týchto prípadoch sa test vzduchotesnosti vykonal podľa metódy A postupom stanoveným v STN EN 13829 [7]. V testovanom súbore rodinných domov sa nachádzal približne rovnaký počet jednopodlažných a dvojpodlažných rodinných domov. Všetky testované rodinné domy boli nepodpivničené, založené na betónových základových pásoch. Svoje zastúpenie mali rodinné domy s masívnymi obvodovými stenami, ale aj s ľahkými drevenými stenami. Strešnú konštrukciu najčastejšie tvorila ľahká drevená strecha, respektíve masívna betónová strecha.

Líšil sa aj spôsob vetrania testovanej skupiny rodinných domov. Časť z testovaných rodinných domov sa vetrala prirodzene (pomocou okien), v ostatných rodinných domoch sa nachádzal systém núteného vetrania so spätným získavaním tepla (rekuperáciou). Tomu sa podriadil aj celkový energetický koncept riešenia rodinných domov. Prirodzene vetrané boli bežné rodinné domy. Z testovaného súboru rodinných domov to predstavovalo celkovo jednu drevostavbu a dva rodinné domy s masívnymi obvodovými stenami a ľahkou strešnou konštrukciou. V prípade núteného vetrania s rekuperáciou išlo o rodinné domy v pasívnom a nízkoenergetickom štandarde. Tento spôsob vetrania sa aplikoval v drevostavbách aj v domoch s masívnymi obvodovými stenami s ľahkou, respektíve masívnou strešnou konštrukciou (obr. 2).

Obr. 2 Stručná charakteristika meraného súboru rodinných domov podľa špecifických kritérií a) typ obalovej konštrukcie, b) energetická náročnosť, c) spôsob vetraniaNED – nízkoenergetický dom, EPD – energeticky pasívny dom, SZT – systém spätného získavania tepla

Výsledky, defekty, nedostatky
Na základe spôsobu vetrania jednotlivých rodinných domov sa namerali a následne zaznamenali hodnoty intenzity výmeny vzduchu n50 pri tlakovom rozdiele 50 Pa porovnané s odporúčanými hodnotami podľa ČSN 73 0540-2 [6]. Výsledné hodnoty vidieť na obr. 3. Niektoré z rodinných domov výrazným spôsobom prekročili hodnotu n50 v porovnaní s odporúčanými hodnotami podľa ČSN 73 0540-2 [6].

Obr. 3 Grafické znázornenie výsledkov meraní vzduchotesnosti rodinných domov
A – rodinný dom s prirodzeným vetraním, B – rodinný dom s mechanickým vetraním a spätným získavaním tepla, C – rodinný dom s veľmi nízkou potrebou tepla na vykurovanie s mechanickým vetraním a spätným získavaním tepla

Príčiny pomerne vysokých hodnôt n50 v tomto vybranom súbore testovaných rodinných domov možno hľadať najmä v kvalite realizácie stavieb, ale aj v samotnom projekčnom návrhu. Nedostatočné venovanie pozornosti a podcenenie v procese projekčného návrhu (zanedbanie problematiky vzduchotesnosti) môže mať za následok vznik komplikovaných konštrukčných detailov, ktorých vzduchotesné utesnenie je prakticky vylúčené. Nemenej dôležitá a potrebná je aj komunikácia zodpovedného projektanta či architekta s ostatnými profesiami participujúcimi na projekte. V danom súbore vybraných rodinných domov zohľadňovalo vzduchotesné opatrenia v projekčnej príprave len veľmi malé množstvo aspektov.

Testovaný súbor budov bol rozdelený podľa spôsobu vetrania (odvodenie hodnoty n50) označený písmenom abecedy:

• A – budova s prirodzeným vetraním, n50 ≤ 4,5 1/h,
• B – budova s mechanickým vetraním a spätným získavaním tepla, n50 ≤ 1,0 1/h,
• C – budovy s veľmi nízkou potrebou tepla na vykurovanie a s mechanickým vetraním a spätným získavaním tepla, n50 ≤ 0,6 1/h.

Ďalšou príčinou vzniku netesností je samotná realizácia rodinných domov. Problémom je predovšetkým nekvalitné vyhotovenie hlavnej vzduchotesnej vrstvy. Vzduchotesnú vrstvu jednotlivých častí obalových konštrukcií rodinných domov tvorili rôzne stavebné materiály, v závislosti od použitého konštrukčného riešenia (tab. 2). Počas testovacích meraní sa zistilo nielen porušenie kontinuity týchto vrstiev, ale dokonca v jednom prípade aj jej celková absencia (pozri rodinný dom A2).

Tab. 2 Materiálová charakteristika hlavnej vzduchotesnej vrstvy s nameranými hodnotami celkovej intenzity výmeny vzduchu n50 v testovanom súbore rodinných domov

Medzi najčastejšie sa vyskytujúce nedostatky v testovanom súbore rodinných domov patrili pripojovacie škáry okien a dverí. Tieto nedostatky sa vyskytovali v prípade všetkých typov obvodových konštrukcií (ľahké, masívne). Išlo najmä o miesta napojenia výplňových konštrukcií prostredníctvom PUR peny, pričom sa nezabezpečilo súvislé napojenie hlavnej vzduchotesnej vrstvy na rám výplňových konštrukcií (obr. 4).

Obr. 4 Netesnosti v styčných škárach výplňových konštrukcií

Pri utesnení pripojovacej škáry pomocou špeciálnych lepiacich pások tieto problémy nevznikali. V niektorých prípadoch vykazovali nedostatky aj samotné okenné konštrukcie. V rohovom styku zasklievacích líšt zasklenia a rohového styku okenného krídla sa v niektorých prípadoch zaznamenalo prúdenie vzduchu. Do určitej miery je to spôsobené konštrukčnou skladbou okennej konštrukcie, ktorá v danom mieste predstavuje otvorený styk. V neposlednom rade sa problematickým ukázalo aj miesto priestupu kovania cez tesnenie v styku rámového profilu a krídlového profilu najmä pri výklopných oknách (obr. 5). Prienik tohto kovania narúša kontinuitu tesnenia plniaceho funkciu vetrovej prekážky.

Netesnosti sa prejavili aj v rozvodoch elektroinštalácií. Išlo predovšetkým o rozvody vedené v chráničkách a v drážkach masívnych obvodových stien z dutinových tvaroviek vyvedených do elektroinštalačných škatúľ. Tieto inštalačné škatule boli zrealizované bez vstupných otvorov vyplnených pružným materiálom, ktorý zabezpečuje vzduchotesnosť vstupu (obr. 6). Ojedinele sa netesnosti prejavili aj v miestach priestupov rozvodov technických zariadení budov a vývodov vzduchotechniky na vonkajšiu fasádu cez vzduchotesnú rovinu.

Obr. 6 Netesnosti v elektroinštalačných rozvodoch a rozvodoch technických zariadení budov

V jednom prípade (rodinný dom A2) meraného súboru rodinných domov celkom absentovala hlavná vzduchotesná vrstva v skladbe stropnej konštrukcie oddeľujúcej povalový priestor od interiéru. Išlo o drevený strop podbitý z interiérovej strany čiastočne opracovanými doskami. Nad týmito doskami sa nachádzala tepelná izolácia na báze minerálnej vlny a nad ňou už samotný povalový priestor. Absencia parozábrany v skladbe stropnej konštrukcie plniacej súčasne funkciu vzduchotesnej vrstvy mala za následok nadmerné prúdenie vzduchu, a teda až niekoľkonásobné prekročenie odporúčanej hodnoty intenzity výmeny vzduchu n50 (obr. 3).

V prípade drevostavieb sa ako najčastejší problém ukázalo nedostatočné prelepenie styku prekrytia parozábrany vzduchotesnou páskou (slúžiaca súčasne aj ako vzduchotesná vrstva), respektíve jej napojenie na podlahovú konštrukciu. Toto nedostatočné prelepenie je najčastejšie spôsobené predovšetkým nevyhnutnosťou napojovania na podložených miestach, respektíve na prítlačných latách, čo v praxi nie je vždy možné uskutočniť vzhľadom na priestorové možnosti. Pri montovaných drevodomoch (prefabrikovaná drevená konštrukcia) je často problematickým miestom aj utesnenie stykov jednotlivých dielcov. Vzhľadom na to, že testované drevodomy boli počas meraní už v stave užívania, nedali sa určiť presné miesta netesností. Bolo to spôsobené najmä vytvorením inštalačných predstien pred hlavnou vzduchotesnou vrstvou konštrukcií rodinných domov.

Záver
V príspevku sa prezentovali najčastejšie netesnosti z hľadiska vzduchotesnosti obalových konštrukcií, ktoré sa vyskytli v testovanom súbore rodinných domov. Príčiny vzniku netesností možno v prvom rade hľadať v konštrukčnom návrhu, ako aj v kvalite vyhotovenia konštrukčných detailov. Vplyv na výslednú hodnotu vzduchotesnosti má okrem realizácie aj samotný projekčný návrh. Podrobná projektová dokumentácia s vyriešenými konštrukčnými detailmi a s určením polohy a materiálu hlavnej vzduchotesnej vrstvy (HVV) v skladbe jednotlivých obalových konštrukcií budov výrazne zvyšuje pravdepodobnosť dosiahnutia požadovanej úrovne vzduchotesnosti celej budovy.

Literatúra
1.    Cihlář, J. – Hazucha, J.: Neprůvzdušnost, zkoušky kvality. Brno: Centrum pasívního domu, 2007. Dostupné na http://www.mpo-efekt.cz.
2.    Orme, M. – at al.: Numerical Data for Air Infiltration and Natural Ventilation Calculations, AIVC TN 44. Coventry: Air Infiltration and Ventilation Centre, 1998.
3.    Sherman, M. H. – Matson, N. E.: Air Tightness of New U.S. Houses: A Preliminary Report. LBNL – Indoor Environment Department Publications, LBL, March 2002.
4.    Novák, J.: Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. Praha: Grada Publishing, 2008.
5.    Zwiener, V.: Zdrojové a datové podklady rodinných domov.
6.    ČSN 73 0540-2: 20011: Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky.
7.    STN EN 13829: 2011: Tepelnotechnické vlastnosti budov, Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov, Metóda pretlaku pomocou ventilátora.

TEXT: Ing. Maroš Nemec, Ing. Róbert Rudišin, PhD., prof. Ing. Dušan Katunský, PhD.
OBRÁZKY A FOTO: autori

Ing. Maroš Nemec je doktorandom v Ústave pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Košiciach.

Ing. Róbert Rudišin, PhD., je odborným asistentom v Ústave pozemného staviteľstva Katedry fyziky budov Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Košiciach.

Prof. Ing. Dušan Katunský, PhD., je riaditeľom Ústavu pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty Technickej univerzity v Košiciach.

Recenzoval Ing. Viktor Zwiener, PhD., ktorý sa zaoberá stavebnou fyzikou a nedeštruktívnou diagnostikou stavieb. Od roku 2011 pôsobí ako súdny znalec v odbore termodiagnostika a vzduchotesnosť stavieb.

Príspevok vznikol vďaka finančnej podpore z prostriedkov štrukturálnych fondov EÚ, prostredníctvom Operačného programu Výskum a vývoj a projektu OPVaV-2008/2.2/01-SORO „Architektonické, konštrukčné, technologické a ekonomické aspekty navrhovania energeticky efektívnych budov“, s kódovým označením ITMS: 26220220050, ktorý je spolufinancovaný zo zdrojov ES.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.