Tepelně izolační systém DURLIN se vzduchovou mezerou

Popsaný systém vnější tepelné izolace se od běžných způsobů zateplení liší mezerou mezi nosnou zdí a izolací. Mezera slouží jako izolační vrstva, která pomáhá odvádět vysráženou vlhkost ze zdiva a izolantu. Toto jedinečné řešení tepelné izolace je vhodné pro všechny stavby, zejména však pro starší budovy, které po sanačním zásahu nestačily vyschnout, nebo pro novostavby s vyšším obsahem zabudované vody ve zdivu.

Řešení, které dobře izoluje a rychle vysouší vysráženou vlhkost v obvodové konstrukci

Vlhké zdivo, plísně a bydlení ve vlhku jsou ve stavebnictví i v současné době živými pojmy, které odrážejí nedobré pobytové zkušenosti některých uživatelů starších staveb i novostaveb. Vlhkost v podobě vodní páry není ve stavebních konstrukcích nebezpečná, ovšem jen potud, pokud zde nekondenzuje. Vlhkost uvnitř staveb bývá připisována - hlavně laickou veřejností - absenci tzv. dýchajícího zdiva1 a k takovému výkladu se přidávají i někteří profesionální stavaři.

Velká vlhkost v bytě je ve skutečnosti většinou způsobena špatným větráním a v zimě také nízkou vnitřní teplotou, kdy uživatel chce šetřit na vytápění, ale neomezí přitom zdroje, při nichž pára vzniká (pobyt osob, vaření, sprchování, koupání, zalévání domácích rostlin atd.). Často jde o kombinaci obojího. Vlhkost se do místnosti dostává také z mokrých obvodových zdí tak, že voda z hloubi zdiva vzlíná na povrch a odtud se odpařuje do vnitřního prostoru. Vysušování mokrého zdiva tím, že by se v jeho hloubi přítomná voda odpařovala a její pára postupovala dovnitř (odkud by pak byla odstraněna větráním) je účinné, jak ještě přiblížíme, pouze v létě.


Obr. 1: Teplý vzduch ve vzduchové mezeře způsobí tání sněhu, ale tepelné ztráty zvyšuje jen zanedbatelně

I když zcela zabráníme tomu, aby do zdiva pronikala voda z podloží (tzn. dobrou izolací spodní stavby) nebo dešťová voda (dobrou střechou s přesahem tak, aby nebyly dešťovou vodou smáčeny kostrukce ani fasáda), existuje ještě třetí cesta, jak se může kapalná voda dostat do obvodové konstrukce. Je to difúze vodní páry a její kondenzace v konstrukci.

Difúze vodní páry a její srážení

Difúze je samovolný pohyb látky z míst o vyšší koncentraci do míst s nižší koncentrací. Tento děj je podmíněn pouze statisticky, není hnán žádnou vnější silou. Máme-li nádobu oddělenou polopropustnou fólií na dvě části a je-li na začátku na jedné straně vzduch se 100 % relativní vlhkostí a na druhé straně suchý vzduch, uvede se po nějaké době soustava spontánně do stavu, v němž budou relativní vlhkosti na obou stranách stejné, totiž 50 %. Děj je charakteristický zvýšením entropie, což je ovšem vlastnost všech samovolných dějů. Obrácený děj, při němž by obsah vodní páry klesal v té části nádoby, kde je nižší, a rostl tam, kde je vyšší, lze realizovat jen s vynaložením práce (energie), nikoliv samovolně.

Vodní pára má dále vlastnost, že se ve vzduchu nemůže koncentrovat libovolně, ale jen do maximálního množství, které exponenciálně roste s teplotou. Při teplotě 21 °C může koncentrace vodní páry ve vzduchu dosahovat nejvýš hodnoty 18,29 g/m3, což odpovídá jejímu částečnému tlaku 2485 Pa. Říkáme také, tento vzduch má relativní vlhkost 100 % (50 % vlhkost znamená pak poloviční obsah vody v takto teplém vzduchu, tj. 9,145 g/m3).

Ochladíme-li tento vzduch na -15 °C, může maximální koncentrace vodní páry v něm být už jen 1,38 g/m3, což odpovídá částečnému tlaku 165 Pa. Všechna přebytečná vodní pára pak zkondenzuje, v tomto případě do tuhého skupenství (sníh, led). Pokud měl původní teplý vzduch (21 °C) relativní vlhkost 100 %, vysráží se téměř 17 g v jednom m3. Pokud měl relativní vlhkost jen 50 %, vysráží se 7,77 g/m3 a teprve v případě, že měl původní teplý vzduch relativní vlhkost jen 7,5 %, nevysráží se nic.

Z toho vyplývá, že při obvyklém užívání stavby, kdy je uvnitř teplota kolem 21 °C a relativní vlhkost 60 %, směřuje difúzní tok po většinu roku směrem zevnitř ven, tedy do chladnějších míst s menším obsahem vodní páry ve vzduchu. Výjimkou jsou letní dny, pokud je uvnitř udržována nižší teplota než venku.

Vodní pára a voda v obvodové konstrukci

Je zřejmé, jak se prostřednictvím difúze vodní páry dostane do obvodového zdiva voda. Difúze je nejintenzivnější v zimě, kdy je uvnitř teplo a venku mráz. Difúze molekul vodní páry, jak ji ve stavebních materiálech pozorujeme, neprobíhá uvnitř pevné krystalické fáze, ale skrze systém mikroskopických pórů a spojovacích kanálků, které jsou vyplněny vzduchem. Vodní pára, která je v teplém vzduchu bohatě zastoupena, putuje vzduchovými kanálky samovolně difúzí ven, cestou chladne a po cestě někde v konstrukci (přesněji ve vzduchem vyplněných kanálcích stavební hmoty) dosáhne teploty rosného bodu a zkondenzuje.

Kondenzaci v obvodové konstrukci se můžeme bránit buď přísným dodržováním způsobu užívání stavby, a to jen částečně, ale hlavně vhodným řešením této konstrukce, k čemuž směřuje řešení systému DURLIN.

Co se týče ukázněného užívání, museli bychom v zimě vnitřní teplý vzduch udržovat na velmi nízké hodnotě relativní vlhkosti pod 20 % a za tuhých mrazů i pod 10 %. To je ovšem skoro nereálné a navíc riskantní pro zdraví.

Konstrukční řešení je např. umístit na vnitřní straně obvodové zdi fólii, která páru nepropouští. To se aplikuje např. u dřevostaveb montovaných ze stěnových dílců; fólie se zde umístí za vnitřní pohledovou desku. U těžkých konstrukcí vyzdívaných pomocí malty je toto řešení komplikované a neuplatňuje se.

Vlhkost a kondenzovaná vlhkost u těžkých zdiv

Standardně realizovanými těžkými obvodovými zdivy difunduje v zimě zevnitř ven vodní pára vždy a skoro vždy zde alespoň trochu vody kondenzuje.

Malá množství vysrážené vody nevadí. Větší množství vysrážené vody ale může v obvodové konstrukci způsobit pokles její tepelně izolační schopnosti právě v nejkritičtější době, kdy je venku silný mráz. Ještě větší množství vysrážené vody, která se z konstrukce po oteplení navíc špatně odpařuje, nebo se dokonce nestačí ani v létě zcela odpařit, je už horší. Poznamenejme, že vysrážená vlhkost v konstrukci kromě zhoršení tepelně izolačních vlastností snižuje i její životnost, má vliv na růst a množení řas, vzhled fasády apod.

Dobrá zásada pro navrhování je, že když už řešení obvodové konstrukce umožňuje vstup většího množství vodní páry do konstrukce, musí také umožnit její výstup ven. Potíže s vlhkostí se objevují v praxi např. tehdy, když je tepelně izolační zdivo s vysokou difúzní propustností zatepleno slabou vrstvou izolantu s výrazně menší difúzní propustností. Toto řešení sníží vstup vodní páry jen málo, ale velmi omezí její výstup ven i po oteplení, viz [4].

Nežádoucí mokro může do konstrukce vnést také nešetrné lepení izolačních desek na ještě čerstvou obvodovou zeď při aplikaci kontaktního zateplovacího systému, který je u nás nejrozšířenější. Počítejte s námi: na rozmíchání lepicí hmoty pro zateplení 100 metrů čtverečních je potřeba zhruba 100 litrů vody. Po nalepení izolačních desek se voda z lepicí malty sice částečně odpaří, ale převážně vsákne do zdiva. Efekt je tedy takový, jako kdybychom mezi izolaci a zdivo nalili deset kbelíků vody. Následným rychlým provedením stěrky a omítky toto malé pařeniště pod kontaktním zateplením uzavřeme. Zejména pokud zateplujeme těsně před zimou, můžeme si založit problém s kondenzovanou vlhkostí a jejími důsledky, kterými jsou především plísně a řasy.

Dalším zdrojem vlhkosti uvnitř domu je samozřejmě vaření, mytí nebo i úplně obyčejné dýchání. Také tato vlhkost po většinu roku postupuje difúzí do nitra zdi.

Většina lidí řeší mokré zdivo intenzivním větráním. Z výše uvedených zákonitostí, kdy vodní pára postupuje po většinu roku jen směrem ven, však plyne, že účinné odpařování vysrážené vlhkosti, která byla do hloubi konstrukce zapracována při zateplení nebo dopravena difúzí, je intenzivním větráním nereálné. V zimě bychom vydatným větráním nejen neřešili vysychání zdiva a nejspíš bychom ani vlhnutí nezastavili. Jen bychom promrhali výhodu zateplení.

DURLIN - plášť, který dýchá

Novinkou uvedenou na trh je patentovaný [1], [3] a právě testovaný tepelně izolační systém se vzduchovou mezerou mezi zdivem a vnější tepelnou izolací. Jde o opravdu „dýchající" tepelně izolační fasádu. Vnější pohledová omítka je na izolační desky z pěnového polystyrénu nanesena standardním, tj. kontaktním způsobem.

Tento systém řeší především tepelně izolační ochranu stavby, ale důsledně a zásadním způsobem také požadavek, aby vodní pára, která do konstrukce vstupuje, z ní mohla také vystupovat a nemohla se tak hromadit a kondenzovat v konstrukci.

Při montáži tepelně izolačních fasád systému DURLIN se vyhneme problematickým operacím při kotvení izolačních desek z pěnového polystyrénu. Kotvení se provádí patentovanou technologií [2], která využívá kotvících rozpěrek, montážní PU pěny a jednoduchého pracovního postupu tak, aby mezi izolační deskou a zdivem vznikla požadovaná mezera. Následně vložená rozpěrka i v hloubce, kde je jinak vzduchová mezera, prochází lepidlem (zde PU pěnou), což nebývá u běžných kontaktních systémů zateplení samozřejmostí, přestože to stanoví předpis.

Takto řešená tepelná izolace s mezerou mezi zdivem a izolačními deskami je plně funkční, záměrně vložená vzduchová mezera zde slouží jako dodatečná tepelně izolační vrstva. Po skončení života stavby jsou desky lépe recyklovatelné, neboť, na rozdíl od dosloužilých desek ze standardních systémů kontaktního zateplení jsou prosty cementových lepidel.

Vlastnosti tepelně izolačního systému se vzduchovou mezerou

Základním prvkem patentem chráněného inovativního zateplovacího systému je záměrně vložená úzká vzduchová mezera, která vznikne mezi izolačními deskami a obvodovým zdivem. Tím se tento systém tepelné izolace staveb liší od všech ostatních. Popišme princip účinkování tohoto tepelně izolačního systému:

  • Mezera plní tepelně izolační funkci.
  • Mezera odvádí vlhkost, která zkondenzovala ve zdivu a vodní páru, která by jinak (bez mezery) mohla zkondenzovat v izolaci. Mezera tedy obě pevná prostředí udržuje v suchu.
  • Vzduch, který vstupuje do mezery z venku se v této mezeře ohřívá a přitom absorbuje vysráženou vlhkost z povrchu zdiva i povrchu izolačních desek a odvádí ji ven. Z úvodu článku již víme, že zejména v zimě má vzduch ohřátý v mezeře velkou schopnost pojmout páru - při ohřevu z -15 °C na +5 °C je vlhkost takového vzduchu maximálně jen 20 % rel. vlhkosti!
  • Stoupání ohřátého vzduchu zajistí známý komínový efekt. Šířka mezery je navržena tak, aby rychlost stoupání vzduchu při plně otevřených vstupních a výstupních otvorech (nádeších resp. výdeších) byla nízká. Doporučuje se tloušťka mezery 2 cm. Rychlost proudění, která je při dané geometrii mezery dána viskozitou vzduchu (17,1·106 Nsm2 při 0 °C), lze snadno ovlivňovat různým stupněm otevření nádechů a výdechů. Jsou-li uzavřeny, vzduchová mezera slouží jen jako izolace. Je-li součinitel prostupu tepla touto obvodovou konstrukcí U = 0,28 W/(m2K), potom při vnitřní teplotě 21 °C a venkovní teplotě -15 °C postupuje konstrukcí tepelný tok 8,68 W/m2. Teplotní spád v mezeře je pak 1,68 °C i se započtením radiační složky záření (uvažuje se povrchová teplota zdiva 5 °C).
  • Ukažme, že vodní pára vstupující difúzními mechanismy do mezery je s vysokou rezervou absorbována vzduchem a unášena ven mimo konstrukci. Velikost difúzního toku i při extrémních teplotních podmínkách a zároveň i tehdy, uvažujeme-li zdivo s vysokou difúzní propustností, nedosahuje vyšší hodnoty než 2·107 kg/(m2s). Jestliže je výška odvětrávaného sloupce 4 m (vzdálenost mezi nádechem dole a výdechem nahoře) a jeho šířka 1 m, difunduje do tohoto sloupce ne více než 8·104 g/s. Vzduch, který do tohoto sloupce dolním nádechem vstoupí, se zde ohřeje o 19 °C (z -15 °C na 5 °C) a jestliže proudí rychlostí 0,1 m/s, může při tloušťce mezery 2 cm pojmout až 0,6 g/s. Plyne to z nepříliš komplikovaného výpočtu. I mnohem menší proudění vzduchu, než uvedených 0,1 m/s, dokáže pohodlně a s velkou rezervou pojmout vodní páru, která do mezery difunduje. Musíme mít také na paměti, že tím, že se vzduch v mezeře ohřeje, může absorbovat vodní páru i tehdy, kdyby do ní vstoupil vlhký na úrovni rosného bodu. Mezera je tedy zejména v zimě vždy plně funkční.
  • Zbývá diskutovat zásadní otázku, do jaké míry studený vzduch, který proudí do mezery o tloušťce 2 cm, oslabí tepelnou ochranu aplikované izolace. Buď součinitel prostupu tepla konstrukcí U = 0,28 W/(m2K) a nechť je dále vnitřní teplota 21 °C a venkovní -15 °C. Při těchto podmínkách konstrukcí postupuje tepelný tok 8,68 W/m2. Nechť je dále teplota v mezeře 4 °C. Proud vzduchu o šířce 1 m, který odnímá konstrukci teplo z celého sloupce o ploše 4 m2, vystupuje ohřátý na 5 °C, když byl na své pouti v mezeře ohřát o 10°C. Při rychlosti proudění vzduchu 1 m/s a se započítáním jeho hustoty a specifické tepelné kapacity je tepelná ztráta způsobená prouděním vzduchu 0,13 W/m2, což představuje necelých 1,5 % z celkových ztrát prostupem tepla konstrukcí. Při mnohem realističtější rychlosti proudění 0,1 m/s už jen 0,15 %.

Obr. 2: Schéma zateplovacího systému

Realizační zkušenosti

Několikaměsíční měření zkušebního objektu během současné zimy potvrdilo, že efekt vzduchové mezery je pozitivní. Proudění a ohřívání vzduchu mezi stěnou a izolací je tak pomalé, že objekt ani při velkých mrazech nemá výrazně zvýšenou tepelnou ztrátu oproti kontaktnímu zateplení.

V místech horních výdechů jsou jasně viditelná místa, kde vlivem proudění teplého vzduchu roztál sníh (viz. foto). Nepotvrdil se však názor skeptiků, že do štěrbiny bude nasáváno tolik mrazivého okolního vzduchu, že objekt bude ochlazován silně, nebo se dokonce vliv zateplení úplně eliminuje. Naopak: Měřicí sondy ukázaly (viz. schéma), že při vnější teplotě vzduchu -10 °C, je teplota uvnitř vzduchové mezery překvapivě vysoká - kolem +10 °C. Výsledkem zateplení s odvětrávanou mezerou jsou tedy nejen významné úspory energií, ale i „zdravý" dýchající dům. Za pětiměsíční zkušební období letošní zimy vystačil elektrický otopný systém pokusného objektu s polovinou výkonu, potřebného při srovnatelných venkovních teplotách před zateplením.

Literatura a zdroje:
[1] Patent č. 293 630 – Izolační systém
[2] Patent č. 290 305 – Rozpěrka
[3] Užitný vzor č. 111 63 – Izolační systém
[4] Hejhálek, Jiří: Pro a proti v zateplování pórobetonového zdiva. Stavebnictví a interiér č. 4/2004.

1 Dýchající zdivo je lidové označení a tudíž nemá přesnou definici. Jinak chápe dýchající zdivo umělec, jinak prodavač, právník, ekonom atd. a jinak stavební odborník, pokud tento pojem vůbec akceptuje. Od dýchajícího zdiva nelze čekat, že by sloužilo k větrání vydýchaného vnitřního vlhkého vzduchu. Intuitivně však lze čekat, že když už se v dýchajícím zdivu objeví zkondenzovaná vlhkost, umožní dýchající zdivo její snadné odpaření a rychlé vysušení zdiva.

Další články na toto téma

Nesprávná tvrzení v článku o systému DURLIN se vzduchovou mezerou
Článek autora Romana Oty informoval o funkci vzduchové mezery v nové technologii podle českých patentů a užitných vzorů. Firma MUREXIN čerpala z technologií vyvinutých ve firmě FANA s.r.o. Zašová, která izolační technologie postupně inovuje na základě získaných zkušeností. Ověřováním funkcí vzduchové mezery na stovkách staveb, kde byla použita, svědčí o nezastupitelnosti jejího difuzního vlivu. (Čtěte více ...)

Bezkontaktní tepelné izolační systémy KLIMA a KLIMA E
Bezkontaktní tepelněizolační systém KLIMA a KLIMA E se od jiných zateplení liší systémovou vzduchovou vrstvou mezi nosnou zdí a vnější tepelnou izolací z EPS. Vrstva umožňuje odvětrání vlhkosti z míst, kde je největší riziko kondenzace. Oba systémy se proto hodí i pro zateplení starších domů s nejistou těsností spodní hydroizolace. Výrobek je zařazen v programu Zelená úsporám. (Čtěte více...)

Autor:
Foto: Archiv firmy MUREXIN