Jak skladba stěny ovlivňuje energetickou bilanci

Dana Jakoubková | Pondělí, 18. květen 2020 |

Energie a energetická bilance jsou pojmy skloňované v souvislosti s bydlením často a v mnoha ohledech. Je důležité, kolik energie dům spotřebuje a v současnosti také stále důležitější, z jakých zdrojů tato energie pochází. Stavby jsou posuzovány jako celek, ovšem při jejich návrhu je potřeba rovněž zhodnotit odděleně jednotlivé části. V tomto článku se pokusíme zjistit, jaký vliv má na energetickou bilanci celé stavby skladba stěny.

Energetická bilance obecně je poměr mezi příjmem a výdejem energie. Jestliže se jí zabýváme v souvislosti se stavbou, je důležitá pro stanovení energetických potřeb daného objektu. Celková energetická bilance zahrnuje množství dodané energie, a na druhé straně také energii na pokrytí tepelných ztrát především prostupem tepla a větráním.

Současně je třeba započítat tepelné zisky ze slunečního záření, metabolického tepla a tepla z provozu domu. Je navíc žádoucí, aby energetická potřeba byla v maximální míře pokryta z obnovitelných zdrojů a případně energií vyrobenou na domě či na pozemku.

Efektivní projektování staveb jako výchozí bod

Energetickou bilanci ovlivňuje mnoho faktorů – mimo jiné jednoduchý a co nejméně členitý tvar domu, orientace budovy vůči světovým stranám tak, aby byly maximálně využity tepelné zisky ze slunce v zimním období, vhodně zvolené materiály, přizpůsobení řešení místním klimatickým podmínkám a podobně.

Dále je při projektování staveb kladen důraz na snížení tepelných ztrát pláštěm domu, na využití tepla rekuperací a podobně. Je také logické, že při vyšším tepelném odporu konstrukce tepelné zisky netransparentními konstrukcemi klesají, neboť průchod tepla z vnější osluněné strany stěny dovnitř je omezován.

Tuto skutečnost může dále ovlivnit zastínění objektu vegetací, zástavbou a podobně, vliv má i míra akumulace použitých materiálů. „Pokud vynecháme spotřebu energie na provoz domácnosti v budově," vysvětluje Ing. Roman Šubrt ze společnosti Energy Consulting, „je energie potřeba na osvětlení, přípravu teplé vody, větrání, vytápění a případně chlazení (odvlhčování a vlhčení vzduchu se zatím používá zcela výjimečně, a proto je pomineme).

Kolik energie procentuálně připadá na tepelné úniky stěnami, záleží na tom, jak jsou tepelně izolovány a jaká je jejich plocha ve vztahu ke střeše, podlaze a oknům. V současné době se pro novostavby používají konstrukce s tepelněizolačními vlastnostmi odpovídajícími cca 300 až 400 mm tepelné izolace. U takovýchto budov je pochopitelně vliv stěny na celkovou energetickou bilanci budovy mizivý, avšak pro starší, dosud nezateplené stavby je únik tepla stěnou v celkové energetické bilanci rozhodující složkou."

obr.: Odvětrávaná fasáda představuje ideální konstrukční systém – provětrávaná dutina odvede vlhkost z konstrukce a stěna i konstrukce zůstávají suché, bez vlhkosti. Je třeba dbát na to, aby konstrukce byla bez tepelných mostů, přičemž velkou roli hrají i bodové tepelné mosty. Foto: James Hardie

Poměr energetických zisků a ztrát

V případě energetických zisků a výdejů objektu je velmi často věnována pozornost pouze proskleným plochám. Ovšem solární tepelné zisky pronikají i netransparentními konstrukcemi a jejich velikost závisí též na součiniteli prostupu tepla konstrukcí.

Prosklené a neprůsvitné části obvodového pláště ovlivňují obě strany tepelné bilance – tepelné zisky i ztráty. Jejich skutečný vliv však závisí ještě na mnoha dalších faktorech. Nelze tedy obecně a jednoznačně říci, jak navrhnout jednotlivé prvky obvodového pláště z pohledu jejich vlastností, rozměrů, orientace ke světovým stranám, stínění oken.

Ideální je řídit se při návrhu hodnotami součinitele prostupu tepla konstrukce pro pasivní stavby tak, jak je uvedeno v ČSN 73 0540-2.

Obvodové pláště dřevostaveb bývají konstruovány dvojím způsobem – jako klasická dřevostavba s parozábranou pro optimální podmínky vzhledem ke kondenzaci a vypařování vodní páry uvnitř konstrukce (v případě dřevostaveb jde o velmi nebezpečný jev), nebo jako difuzně otevřená konstrukce bez parozábrany.

Konstrukce s parozábranou je vždy lepší variantou a nenese taková rizika jako konstrukce bez ní, samozřejmě za podmínky, že je parozábrana funkční. Naproti tomu difuzně otevřená konstrukce vyžaduje správné materiálové řešení a optimální provedení stavby.

„Difuzní otevřenost či uzavřenost konstrukce nemá sice na energetiku budovy vliv," upřesňuje Roman Šubrt, „nicméně tyto jevy stojí za bližší zkoumání. Difuzní otevřenost či uzavřenost je velmi diskutabilní termín, neboť nikde není řečeno, jaké vlastnosti stavba musí mít, aby ji bylo možné do jedné z uvedených kategorií zařadit.

Je potřeba sledovat chování vodní páry. Předpokládá se výpočtový stav, kdy v zimě je v interiéru teplota 21 °C, relativní vlhkost 50 %, tedy přibližný částečný tlak vodní páry je 1300 Pa a ve vzduchu je přibližně 9,6 g vodní páry na 1 m³ vzduchu.

V exteriéru je pak teplota -15 °C, relativní vlhkost 95 %, částečný tlak vodní páry 130 Pa a 0,75 g vodní páry na 1 m³ vzduchu. Vodní pára se rozdílem částečných tlaků tlačí skrz konstrukci z interiéru do exteriéru. A je otázkou, co se s ní stane.

Pokud jsou v konstrukci vrstvy, které jí v tom brání, tak její množství směrem ven klesá, stejně tak jako teplota. V konstrukci pak nedochází ke kondenzaci vodní páry. Pokud však na vnitřní straně chybí parotěsná vrstva, dostává se do konstrukce více vodní páry, která v ní může kondenzovat, což může mít za následek růst plísní, porušení mrazem, hnilobu dřeva...

Stejně tak je špatně, když je na vnější straně stěny vrstva, která zabraňuje pronikání vodní páry ven, například tenkovrstvá omítka. V případě takzvaných „difuzně otevřených" konstrukcí je potřeba postupovat zvlášť obezřetně, neboť často jde o proklamaci, která nemá s reálným fyzikálním stavem nic společného. Je také potřeba zabránit nekontrolovatelnému pronikání jak vnějšího, tak i vnitřního vzduchu do konstrukce."

obr.: Fasáda z cementotřískových desek CETRIS ® Lasur s probarveným lazurovacím nátěrem, který vytváří na povrchu polokrycí barevný efekt. Vzhledem k částečnému překrytí a samotné struktuře podkladu připomíná záměrně nejednotný povrch vzhled dřevěných obkladů. Opláštění je zkombinováno se dřevem, Obklad zajišťuje i ochranu zateplovacího systému před klimatickými vlivy a mechanickým poškozením tak, aby dobře plnil svou tepelněizolační funkci. Foto: CETRIS

"Tmavší barvy způsobují větší námahu fasády prostřednictvím solárního zahřívání v průběhu dne a ochlazování během noci."

obr.: CETRIS LASUR je cementotřísková deska s hladkým povrchem, opatřená základním pigmentovaným podnátěrem a finálním lazurovacím probarveným lakem. Na výběr je 12 barevných odstínů. Světlejší barevné odstíny jsou vhodnější, neboť fasády tmavých barev vstřebávají více tepla než fasády světlé. Foto: CETRIS

Potřebujeme znát fázový posun?

Při posuzování skladby stěny se nabízí v případě energetické bilance stavby otázka vlivu určitého druhu tepelné izolace, a také případný fázový posun. Poněkud překvapivým zjištěním může být fakt, že druh tepelné izolace není v tomto případě vždy zásadním ukazatelem.

„Většina tepelných izolací funguje na principu nízké tepelné vodivosti vzduchu, který je uzavřený v malých dutinkách tak, aby nemohlo dojít k jeho proudění," vysvětluje Roman Šubrt.

„Pro použití konkrétní tepelné izolace jsou rozhodující její vlastnosti. Z tepelného hlediska to je zejména tepelná vodivost (výpočtová hodnota, nikoliv deklarovaná), která udává, kolik energie prochází materiálem o ploše 1 m² a tloušťce 1 m při rozdílu teplot na obou stranách 1 °C.

V případě tepelných izolací se pohybuje řádově mezi 0,025 až 0,045 W/(m²·K), výjimku zde tvoří vakuové tepelné izolace. Pro investora je pochopitelně rozhodující cena, nenáročnost zpracování, pevnost, nasákavost. Pro fázový posun jsou pak také určující vlastností hmotnost a tepelná kapacita, kterou mají například přírodní materiály výrazně vyšší než umělé.

Fázový posun udává zpoždění v pronikání slunečního tepla do interiéru. To je pochopitelně rozhodující tam, kde na stěnu v létě svítí slunce. Ideální v našich zeměpisných šířkách je, aby toto sluneční teplo proniklo do interiéru za 12 hodin, neboť v té době je již noc a je možné přebytečné teplo vyvětrat ven.

Ovšem v případě velmi dobře tepelně izolovaných konstrukcí brání tepelněizolační materiály pronikání tepla do interiéru a je tedy možné říci, že fázový posun je v případě kvalitních staveb zanedbatelný."

Varianty tepelněizolačního pláště budovy

Jednou z možností vytvoření tepelněizolačního pláště budovy je vnější zateplovací systém ETICS. Základní materiál pláště tvoří statická dřevěná konstrukce, ETICS plní funkci tepelněizolační. Ve své skladbě nabízí použití většiny tuhých tepelných izolací na trhu.

Pro stavbu může být však energeticky výhodné i zřízení provětrávané fasády, v níž jako další izolační vrstva funguje vzduch. Vnější vrstvou stěny domu je tepelná izolace, na níž je ukotven nosný rám ze dřeva nebo lehkého kovu.

Její předností je spolehlivost z hlediska difuze a kondenzace vodní páry v obvodové konstrukci a také rozsáhlá variabilita vnějšího materiálového řešení.

„Všeobecně můžeme říci, že zavěšené odvětrávané fasády lze kombinovat s tepelnými izolacemi, které jsou pro toto použití určeny a certifikovány," upřesňuje Ing. Jaroslav Benák ze společnosti James Hardie.

„Je důležité jednotlivé vrstvy i celý systém správně navrhnout a provést. Odzkoušené jsou jak izolace na bázi minerálních vláken (kamenné nebo skelné vaty), tak i na bázi přírodní (například dřevovláknité). Hlavní roli hrají především požadavky na požární bezpečnost fasádního systému."

Princip provětrávané fasády je poměrně jednoduchý – na nosnou fasádní konstrukci jsou upevněny různé druhy fasádních obkladů. Vytváří tak předsazenou vrstvu fasády se vzduchovou mezerou. „Skladba a samotné provedení vnějšího opláštění, fasády, může výrazně ovlivnit celkovou energetickou bilanci objektu," potvrzuje Ing. Miroslav Vacula ze společnosti Cetris.

„Podstatnou roli zde hraje typ a tloušťka použité tepelné izolace, celkové řešení zateplení včetně tepelných mostů a detailů – ostění a nadpraží otvorů, izolace v úrovni stropních a základových konstrukcí a podobně.

Nezanedbatelný vliv má i samotná konstrukce fasády - odvětrávané fasády v porovnání s kontaktním zateplovacím systémem umožňují účinné odvětrání, v letním období i snížení přehřívání obvodové konstrukce zejména lehkých montovaných konstrukcí dřevostaveb."

obr.: Tuhá deska z kamenné vlny s integrovanou dvouvrstvou strukturou. Horní velmi tuhá vrstva o tloušťce do 20 mm zabezpečuje vysokou odolnost proti mechanickému namáhání. Spodní vrstva desky je měkčí a proto se dobře přizpůsobuje fasádě. Deska Rockwool Frontrock MAX je určena pro stavební tepelné, protipožární a akustické izolace ve vnějších kontaktních zateplovacích systémech (ETICS) mechanicky kotvených s doplňkovým lepením. Foto: ROCKWOOL

"Materiálové složení určuje tloušťku , míru tepelných ztrát a estetiku stěny domu."

obr.: Kontaktní zateplení ETICS aplikované na nosné stěně dřevostavby. Izolační fasádní desky s podélným vláknem Isover TF PROFI splňují požadavky na ETICS a jsou vhodné do vnějších kontaktních zateplovacích systémů. Foto: Isover

Kritické tepelné mosty

Tepelná izolace stěny má návaznost na tepelnou izolaci střechy, důležitá je vodotěsnost konstrukce a v neposlední řadě i eliminace tepelných mostů, které mohou také významně ovlivnit energetickou bilanci domu. Kritickými místy pro jejich vznik jsou spoje sousedících stěn či stěny a stropu, místa vsazení oken ve stěně a podobně.

„Zatím jsme se vždy bavili o stěně jako o celkové konstrukci," vysvětluje Roman Šubrt. „Ta má v sobě nejen tepelnou izolaci, ale i různé konstrukční prvky, které způsobují, že se přes ně teplo dostane z jedné strany na druhou stejně jako lidé po mostě přes řeku.

V případě dřevostaveb mohou tepelné mosty vzniknout v místech, kde jsou do roviny tepelné izolace vloženy konstrukční prvky, šrouby a podobně. Z laického pohledu se může zdát, že se jedná o malá, nepodstatná místa, která způsobují pouze lokální nevýznamné úniky tepla.

Ovšem při použití moderních tepelných izolací mohou tvořit nezanedbatelnou část tepelných ztrát. Například když kotvíme kontaktní zateplovací systém hmoždinkami a z nich pět na ploše 1m² (což je obvyklý počet) bude nekvalitních, zhoršíme tepelněizolační schopnost stěny o 12 %.

Jestliže použijeme pět kvalitních hmoždinek na 1 m², dojde ke zhoršení o pouhá 2 %. A ještě jinak: Setkal jsem se s rodinným domem, kde chybně provedeným balkonem unikalo z domu 40 % tepla. Proto je potřeba opravdu důsledně minimalizovat všechny tepelné mosty a tepelné vazby."

obr.: Šroubovací hmoždinky pro zápustnou montáž s integrovanou tepelněizolační zátkou. Hmoždinky omezují vznik systematických tepelných mostů a prokreslení kotevních hmoždinek na fasádu. Foto: KNAUF INSULATION

Mohlo by vás zajímat...

Autor článku Dana Jakoubková

Publicistka s náklonností ke smysluplným činům a věcem. Obdivuje brilantně provázané duchovní gangsterky, ale neodvrhne ani lyrické, tajemné, lakonické a současně vtipné příběhy s tématem originální syntézy křehkosti úmrtnosti.

Nejnovější články autora