Tepelno-vlhkostne optimálna šikmá strecha

Splnenie tepelno-vlhkostných požiadaviek a voľba správneho konštrukčno-materiálového riešenia sú základným predpokladom kvalitnej šikmej strešnej konštrukcie. Celosvetové trendy v oblasti spotreby energie vedú k jej znižovaniu. Tento fakt sa sekundárne prejavuje zvyšovaním tepelno-technickej kvantifikácie všetkých častí tepelno-výmenného obalu budovy.

Pri celkovom energetickom koncepte a tepelno-vlhkostnej optimalizácii zohráva strešná konštrukcia a jej segmentálne časti podstatnú úlohu. Preto sú normatívne požiadavky na strechu najprísnejšie.

Základné požiadavky normy
Správny stavebno-fyzikálny návrh strechy je snáď najdôležitejšia časť projektovej fázy ovplyvňujúca funkciu strechy. Podmienky takéhoto návrhu stanovujú v súčasnosti platné technické normy. Stavebno-fyzikálny návrh musí spĺňať:

• hygienické a funkčné kritérium (primárne),
• energetické kritérium (sekundárne).

Hygienické kritérium zabezpečuje vnútornú povrchovú teplotu na každom mieste vnútornej konštrukcie väčšiu, ako je kritická povrchová teplota na vznik plesní so započítaním bezpečnostnej prirážky. Kritická povrchová teplota na vznik plesní je teplota zodpovedajúca 80 % relatívnej vlhkosti vzduchu v tesnej blízkosti vnútorného povrchu stavebnej konštrukcie pri teplote vnútorného vzduchu a relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu. Napríklad pri teplote vnútorného vzduchu 20 °C a relatívnej vlhkosti vzduchu 50 % je kritická povrchová teplota 12,6 °C. Bezpečnostná prirážka zabezpečuje zohľadnenie spôsobu vykurovania miestnosti a spôsobu jej využívania. Funkčným kritériom je požiadavka na skondenzované množstvo vodnej pary v konštrukcii. Bez kondenzácie vodnej pary v konštrukcii musia byť navrhnuté strechy, v ktorých by skondenzovaná vodná para ohrozila ich požadovanú funkciu. Vznik obmedzeného množstva kondenzátu sa pripúšťa v prípadoch, keď:

• kondenzát neohrozí funkciu strešnej konštrukcie,
• ročná bilancia vzniknutého kondenzátu a jeho odparenie je priaznivá za predpokladu, že množstvo kondenzátu je menšie, nanajvýš rovné 0,1 kg/(m² . rok) pre jednoplášťové strechy a pre ostatné 0,5 kg/(m² . rok),
• v strechách s otvorenou vzduchovou vrstvou treba overiť priebeh relatívnej vlhkosti vzduchu prúdiaceho v tejto vrstve. Relatívna vlhkosť v tejto vrstve musí byť menšia ako 100 % a povrchové teploty menšie ako teplota rosného bodu.

Jedným zo základných hodnotiacich parametrov pri popise konštrukcie z hľadiska energie je súčiniteľ prechodu tepla U [W/(m² . K)]. Podľa normy STN 73 0540-2: 2002: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Tepelná ochrana budov. Časť 2: Funkčné požiadavky je maximálna hodnota prechodu tepla pre šikmú strechu so sklonom väčším ako 45° U = 0,46 W/(m² . K) a odporúčaná U = 0,32 W/(m² . K). Plochá a šikmá strecha so sklonom menším, nanajvýš rovným 45° musí dosahovať hodnotu prechodu  tepla maximálne U = 0,30 W/(m² . K), pričom odporúčaná hodnota je U = 0,20 W/(m² . K). Za predpokladu, že sa dodržia odporúčané alebo maximálne hodnoty súčiniteľa prechodu tepla, do energetického kritéria vstupuje strecha sekundárne. V tomto prípade sú do bilancie zahrnuté všetky konštrukcie podieľajúce sa na tepelných stratách. Z hľadiska energetického sa stavba hodnotí ako celok.

Staré budovy z minulosti majú obvykle potrebu tepla na vykurovanie dvoj- a viacnásobne vyššiu ako štandardné novostavby. Štandardná novostavba je v podstate budova, ktorá je realizovaná podľa aktuálnych záväzných normatívnych požiadaviek a jej potreba tepla na vykurovanie je v rozmedzí 80 až 140 kWh/(m² . rok) v závislosti od faktoru tvaru. Potreba tepla na vykurovanie je pre nízkoenergetický dom menšia nanajvýš rovná 50 kWh/(m² . rok), pre pasívny dom menšia nanajvýš rovná 15 kWh/(m² . rok) a pre nulový dom menšia ako 5 kWh/(m² . rok). Vývoj energetických požiadaviek na budovy sa premieta aj do vývoja požiadaviek na samotné stavebné konštrukcie (tab. 1).

Tab. 1 Príklady odporúčaných hodnôt súčiniteľa prechodu tepla U (W/m² . K)

Nárast potreby vykazovania energetických úspor v súčasnosti si vyžaduje aj skvalitňovanie tepelnoizolačných vlastností stavebných konštrukcií. Správnou kombináciou materiálov (z hľadiska transportu vlhkosti konštrukciou) a dobrými tepelnotechnickými vlastnosťami sa definitívne odbúrava problém povrchovej kondenzácie a vzniku plesní.

Tepelná strata strešnou konštrukciou
Podiel strát strešnou konštrukciou z celkových tepelných strát budovy môže byť pri bežných stavbách niekde v rozpätí 5 až 20 %, podľa tvaru budovy. Pri nízkopodlažných budovách (rodinné domy) je podiel vyšší a pri vyšších budovách (viacpodlažné bytové domy, viacpodlažné administratívne budovy) je nižší.

Strešné okná, ktoré sú súčasťou strešnej konštrukcie, sa rovnako podieľajú na strate, a to prostredníctvom ich infiltrácie.

Zásady tvorby šikmej strechy
Optimálna strešná konštrukcia vychádza zo správneho stavebno-fyzikálneho a konštrukčno-materiálového projektového riešenia so zreteľom na technologicky správny priebeh realizácie. Projektové riešenie vychádza z poznania poveternostných vlastností vonkajšieho prostredia a vnútornej klímy. Návrh determinujú štyri základné parametre:

• vodotesnosť – hydroizolačná bezpečnosť,
• schopnosť tepelne izolovať,
• vetrotesnosť – ochladzovanie vrstiev,
• parotesnosť – difúzia vodných pár.

Všetky spomínané parametre sa môžu vo významnej miere navzájom ovplyvňovať. Funkciu hydroizolačnej bezpečnosti primárne zabezpečuje hydroizolačná vrstva spolu so systémom odvedenia vody zo strešného plášťa a sekundárne poistná hydroizolačná vrstva. Schopnosť tepelne izolovať zabezpečuje tepelná izolácia. Túto schopnosť sekundárne ovplyvňuje vlhkosť (nasiakavosť) materiálu tepelnej izolácie, spôsobená kondenzáciou difundujúcich vodných pár alebo narušením hydroizolačnej bezpečnosti. Zlá vetrotesnosť poistnej hydroizolácie spôsobuje v prípade tepelnej izolácie na báze minerálnej vlny ochladzovanie hornej vrstvy izolantu (v prípade odvetranej vzduchovej vrstvy). Parotesnosť ovplyvňuje tepelnotechnickú kvantifikáciu a vplýva na stav nosnej konštrukcie krovu. Uvedené faktory treba dôrazne rešpektovať vo fragmente, ale aj vo všetkých detailoch strešnej konštrukcie.

Príklady riešenia tepelných mostov vo fragmente
Strechy pre nízkoenergetický a pasívny štandard možno riešiť ako šikmé aj ploché, podstatná je hrúbka tepelnej izolácie, ktorá je v týchto prípadoch 260 až 400 mm (v závislosti od druhu použitej izolácie). Z hľadiska voľby nosnej konštrukcie ide o ťažké (napríklad železobetónová konštrukcia) a ľahké konštrukcie (napríklad konštrukcia s vyľahčenými väzníkmi).

Konštrukcia šikmej strechy v takomto štandarde sa významne podobá konštrukcii obvodovej steny pri drevostavbe (obr. 1). Ako nosné prvky sa využívajú navzájom kolmé hranoly prípadne fošne vo forme roštov, I-nosníky a iné tvary (kombinácia hranola a OSB dosky). Zmysel optimalizácie konštrukcie krokvy je pri tomto štandarde výstavby veľmi dôležitý. Dôvodom takéhoto riešenia je fakt, že súčiniteľ tepelnej vodivosti λ pre drevo je asi 0,18 W/(m . K) a pre tepelnú izoláciu 0,04 W/(m . K), čo je viac ako štvornásobný rozdiel. Tepelný tok cez takto optimalizovaný prvok krokvy môže byť nižší až o 20 %.

Obr. 1 Príklady konštrukčného riešenia krokiev (A – nevhodné, B, C, D – vhodné riešenie)

Ďalším dôležitým faktorom ovplyvňujúcim tepelné straty je správne riešenie všetkých tepelných mostov mimo fragmentu strechy.

Príklady fragmentov pre nízkoenergetickú a pasívnu budovu
Pre jednotlivé typy strešných konštrukcií nízkoenergetických a pasívnych budov sa odporúča použiť nasledovné skladby:
1.    Vegetačná strecha (šikmá), ťažká konštrukcia (obr. 2 B1):

• extenzívna vegetácia,
• vegetačný substrát stabilizovaný tkaninou,
• filtračný, drenážny, hydroakumulačný a hydroizolačný systém,
• tepelná izolácia,
• parozábrana,
• stropná konštrukcia,
• vnútorná omietka.

2.    Šikmá strecha, ľahká konštrukcia (obr. 2 B2):

• krytina,
• prevetrávaná vzduchová dutina,
• poistná hydroizolácia,
• záklop,
• tepelná izolácia + nosníky,
• záklop,
• parozábrana,
• tepelná izolácia + laty,
• sadrokartón.

3.    Šikmá strecha, ľahká konštrukcia (obr. 2 B3):

• krytina,
• prevetrávaná vzduchová dutina,
• poistná hydroizolácia,
• tepelná izolácia + nadkrokvové držiaky,
• záklop,
• tepelná izolácia + krokvy,
• parozábrana,
• uzavretá vzduchová dutina + laty,
• sadrokartón.

4.    Šikmá strecha, ľahká konštrukcia (obr. 2 B4):

• krytina,
• prevetrávaná vzduchová dutina,
• poistná hydroizolácia,
• záklop,
• tepelná izolácia + krokvy,
• tepelná izolácia + laty,
• parozábrana,
• tepelná izolácia + laty,
• sadrokartón.

Obr. 2 Fragmenty konštrukcie šikmého strešného plášťa pre nízkoenergetický a pasívny dom

Materiálové riešenie
Z hľadiska tepelno-vlhkostného môžeme materiály začleniť podľa ich najvýznamnejších vlastností do troch základných skupín:

• tepelné izolanty,
• parozábrany (parobrzdy),
• poistné hydroizolácie.

Tepelné izolanty
Primárnou schopnosťou tepelného izolantu je minimalizovať tepelné straty a vytvárať tepelnoizolačnú bariéru medzi interiérom a exteriérom. Ako tepelné izolanty sa v šikmých strechách používajú minerálna vlna, extrudovaný polystyrén, penový polyuretán, viacvrstvové reflexné izolácie, drevovláknité dosky, celulóza, slama, konope, korok, ovčia vlna a iné.

Minerálna vlna je najčastejšie používaným tepelnoizolačným materiálom šikmých striech a používa sa vo forme dosiek prípadne rúna. Extrudovaný polystyrén sa vyrába vo forme lisovaných dosiek potiahnutých hliníkovou fóliou so zabudovaným pozinkovaným nosníkom na uchytenie škridiel. Penový polyuretán je vysoko účinný tepelnoizolačný materiál používaný vo forme dosiek z tvrdenej polyuretánovej peny. Viacvrstvové reflexné izolácie sú založené na princípe viacerých vzduchových vrstiev oddelených reflexnými fóliami. Drevovláknité dosky sú vyrábané z rozvlákneného ihličnatého dreva. Celulózové tepelnoizolačné materiály sa vyrábajú z recyklovaného novinového papiera, základnou surovinou je v prvopočiatku drevo. Izolácia sa aplikuje fúkaním. Jeden z najstarších a v dávnej minulosti používaných izolačných materiálov je slama. Používa sa vo forme balíkov prípadne lisovaných dosiek. Jej výhodou je rýchla obnoviteľnosť. Medzi často využívané technické rastliny patrí konope. Jeho najväčšou prednosťou je, podobne ako pri slame, rýchla obnoviteľnosť. Z vlákien tejto rastliny sa vyrábajú izolácie vo forme dosiek či rúna. Korok sa získava z kôry korkovej borovice. Používa sa vo forme granulátu alebo korkových platní. Izolácia z ovčej vlny sa vyrába v podobe rohoží, v prípade väčších hrúbok ako upchávková vlna.

Parozábrana
Parozábrana (parobrzda) je vrstva, ktorú musí obsahovať každá strecha. Vyznačuje sa vysokým difúznym odporom. Správne umiestnenie parozábrany, respektíve parobrzdy je veľmi dôležité (obr. 3). Jej poloha musí byť fyzikálne, ale aj konštrukčne správna. Z fyzikálneho hľadiska je túto vrstvu vhodné umiestňovať čo najviac do interiéru. Z konštrukčného hľadiska treba rešpektovať fakt, že táto vrstva má byť minimálne perforovaná kotviacimi prvkami a otvormi na technologické zariadenia (napríklad prechod elektroinštalácií).

Obr. 3 Umiestnenie parobrzdy a parozábrany v konštrukcii strechy (A – nevhodná konštrukcia, B – vhodná konštrukcia)

Poistná hydroizolácia
Poistná hydroizolácia sa spravidla nachádza pod odvetranou vzduchovou dutinou. Vyznačuje sa nízkym difúznym odporom a schopnosťou odviesť vodu na jej vrchnom líci. Sekundárnou funkciou je zamedzenie ochladzovania tepelnej izolácie zloženej z vlákien vplyvom prúdenia chladného vzduchu. Poistné hydroizolácie sú kontaktné a nekontaktné. Pod nekontaktnou sa musí nachádzať vzduchová vrstva a nesmie sa dotýkať ani tepelnoizolačnej vrstvy (v prípade dotknutia nie je vodotesná). Pri kontaktnej poistnej hydroizolácii je dôležité, aby nedošlo k jej vydutiu v smere do vzduchovej dutiny (vytlačenie môže zapríčiniť tepelná izolácia). V miestach perforácií treba použiť samolepiace tesniace pásky. Vhodné riešenie poistnej hydroizolačnej vrstvy je znázornené na obr. 4a.

V prípade vetrotesnosti a zamedzenia ochladzovania tepelnoizolačnej vrstvy je dôležité prelepovanie spojov medzi jednotlivými pásmi (obr. 4b). Zvlášť dôležité z hľadiska parozábrany a poistnej hydroizolácie je zvládnutie detailov pri konštrukciách prestupujúcich cez strešný plášť, akými sú potrubie, komín, ale aj konštrukcia strešných okien a výlezov.

Záver
Správnou aplikáciou všetkých poznatkov získaných počas dlhých rokov vývoja striech za pomoci technológií, materiálov dneška a dodržaním konštrukčných zásad môže vzniknúť strecha zachovávajúca optimálnu klímu vnútorného prostredia a šetriaca energiu.

Tento príspevok vznikol ako súčasť Grantovej výskumnej úlohy VEGA 1/0748/08.

TEXT, FOTO: Ing. arch. Ing. Milan Palko, PhD.

Autor pôsobí na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.