YTONG dýchající a zdravý aneb difúzně otevřené zdivo

Oblíbený bílý pórobeton YTONG je přirozenou cestou k „dýchajícím“ neboli difúzně otevřeným konstrukcím, známým spíš u dřevostaveb s přírodními izolacemi. YTONG je v tom výjimečný. Prostá stěna YTONG Theta dokáže odpařovat vlhkost už od –4 °C venkovní teploty, stěny YTONG Lambda se zateplením YTONG Multipor již od –20 °C! To zvyšuje jejich životnost a nabízí zdravý pobyt.

Jsou to výborné výsledky. Ukazuje to graf na obr. 1. Zcela výjimečná je stěna YTONG s izolací YTONG Multipor, která se uvnitř začíná rosit až když spadne venkovní teplota na –20 °C a níže! Takové teploty u nás reálně trvají nejvýš několik desítek hodin ročně. Po zbytek roku v této stěně převládá silný potenciál k vysychání. Jinými slovy, stěna YTONG s izolací YTONG Multipor ve skladbě podle grafu na obr. 1 (žlutá čára) prakticky nikdy nevlhne.

Také jednovrstvé stěny YTONG, například z tvárnic YTONG Theta, YTONG Lambda a jiných, nabízejí vedle jiných výhod i spolehlivé řešení z pohledu difúze vodní páry a nežádoucí kondenzace. Je známo, že dlouhodobá průměrná teplota v lednu, nejstudenějším měsíci, je –2 °C napříč Českou republikou. To je cca o 5 °C více, než je hraniční teplota (–7 °C), při které a vyšší se tyto stěny dostávají do režimu vysoušení. Po většinu nejchladnějšího měsíce jsou tak vysoušeny, je-li co vysoušet. To je takřka ideální.

Obr. 1: Intenzita kondenzace v různých stěnách z tvárnic YTONG v závislosti na venkovní teplotě. Vnitřní prostředí má

YTONG a polystyrén

Běžný způsob zateplování difúzně propustných stěn, mezi něž patří i pórobeton YTONG, je polystyrénem z venkovní strany. Lidově se říká, že takto zateplená stěna nedýchá. Tzn. nedokáže se rychle zbavit vlhkosti jejím odvětráním ven. Je to nepříjemné po zimě, když s růstem teplot nastanou podmínky pro odpar.

Graf na obr. 1 ukazuje, že vnější polystyrénové zateplení na zdivu YTONG Lambda (zelená a červená křivka) spustí kondenzaci mnohem dříve, při teplotě cca +2 °C pro tloušťku polystyrénu 4 cm a teplotě –2 °C pro tloušťku 20 cm. Polystyrén zároveň zvýší intenzitu kondenzace, čím je tenčí, tím více. Je to vidět z tab. 1: polystyrén tl. 4 cm vykazuje cca dvojnásobnou kondenzaci oproti polystyrénu tl. 20 cm.

Tab. 1 ukazuje oblast, ve které dochází ke kondenzaci. Ani 20 cm silná polystyrénová izolace nestačí, aby „přestěhovala” kondenzaci hluboko do izolace a nezatěžovala nosné zdivo vlhnutím. O to by měl usilovat správný návrh s tím, že by kondenzace měla nastávat při co nejnižších teplotách.

Rozhodneme-li se doplnit tvárnice YTONG vnější tepelnou izolací, je nejvhodnější YTONG Multipor, s nímž kondenzaci oddálíme až k mrazům pod –20 °C. Nejméně vhodné jsou tenké desky polystyrénu, které většinou „slouží” jen účelově ke snazší realizaci fasády.

Rosná zóna a intenzita kondenzace vnitřní teplota 20 °C; rel. vlhkost 60 % (1430 Pa) venkovní rel. vlhkost 80 %venkovní teplotazačátek zóny kondenzace, mmkonec zóny kondenzace, mmintenzita kondenzace, ml/(m2·den)
YTONG THETA 499 mm, λ=0,085 W/(mK); μ=5
R = 6,25 m2K/W; Rd = 1,4×1010 m/s; Sd=2,5 m
-25 °C2244329,03
-15 °C2284084,15
-5 °Cbez kondenzace
YTONG LAMBDA 375 mm, λ=0,085 W/(mK); μ=5
+ YTONG Multipor 200 mm; λ=0,045 W/(mK); μ=3
R = 8,87 m2K/W; Rd = 1,39×1010 m/s; Sd=2,48 m
-25 °C4825222,68
-15 °Cbez kondenzace
-5 °C
YTONG LAMBDA 375 mm, λ=0,085 W/(mK); μ=5 + EPS 200 mm, λ=0,04 W/(mK); μ=25
R = 9,24 m2K/W; Rd = 3,87×1010 m/s; Sd=6,88 m
-25 °C3605266,69
-15 °C3765764,25
-5 °C3784681,02
YTONG LAMBDA 375 mm, λ=0,085 W/(mK); μ=5 + EPS 40 mm, λ=0,04 W/(mK); μ=25
R = 5,42 m2K/W; Rd = 1,62×1010 m/s; Sd=2,88 m
-25 °C20638611,60
-15 °C2663767,71
-5 °C3723763,45
Tab. 1: Rosná zóna a intenzita kondenzace ve vybraných konstrukcích z pórobetonu YTONG. Vnitřní, vytápěný okraj konstrukce odpovídá hloubce 0 mm. R je tepelný odpor konstrukce, λ je součinitel tepelné vodivosti, Rd je difúzní odpor konstrukce, μ je faktor difúzního odporu, Sd je ekvivalentní difúzní tloušťka.

O difúzi vodní páry

Difúzi vodní páry (VP) v konstrukcích nepotřebujeme a většinou ani ničemu nevadí. Problém vzniká, když prostupující vodní pára v chladných místech konstrukce kondenzuje. Stává se to zejména v zimě a může to snížit nejen účinnost tepelné izolace. Dlouhodobě vlhká místa se stávají zdrojem plísní a ještě horší je, že voda může narušit strukturu, pevnost a soudržnost nosných a nenosných materiálů, zejména když v konstrukci zmrzne. V praxi máme dvě možnosti:

a) difúzi VP stěnou či střechou úplně zastavit nebo

b) difúzi VP akceptovat a uřídit ji tak, aby k ní docházelo jen krátkodobě v extrémních mrazech, po jejichž odeznění se zkondenzovaná voda co nejrychleji odpaří.

Kondenzace v konstrukci v závislosti na venkovní teplotě

První případ se týká např. většiny montovaných dřevostaveb, jejichž interiér je cíleně uzavřen parotěsnou folií. Pára zevnitř nemůže vstupovat do útrob „nedýchajících” stěn a tudíž v nich ani kondenzovat.

Druhou možností jsou dýchající stěny, histoticky sahající až k počátkům civilizace. Uznává je i moderní doba, mj. i proto, že poškození parotěsnosti záměrně „nedýchajících” domů, může vážně narušit funkčnost stavby. Pro tyto stěny platí pravidlo, že ve směru zevnitř ven by měl:

růst (či aspoň neklesat) měrný tepelný odpor stěny (= převrácený součinitel tepelné vodivosti) a zároveň klesat (či aspoň nerůst) její měrný difúzní odpor, o kterém bude řeč níže.

Průběh teploty (červená křivka) a částečného tlaku vodní páry (žlutá křivka) ve stěně YTONG Theta

Tlak syté vodní páry a relativní vlhkost vzduchu

Difúze VP je výslednicí statistického chování molekul H2O ve vzduchu. Ten jich při teplotě 20 °C a relativní vlhkosti 60 % obsahuje přes 350 miliard molekul v jediném krychlovém milimetru. Molekuly páry H2O narážející na stěnu nádoby vyvolávají za uvedených podmínek tlak ca 1430 Pa, což je asi 1,43 % z celkového tlaku vzduchu 100 kPa. Říkáme, že částečný tlak VP je 1430 Pa.

Je velmi důležité, že se vodní pára nemůže v prostoru hromadit libovolně, ale jen do výše částečného tlaku syté vodní páry (ČTSVP), který závisí na teplotě a lze ho dostatečně přesně spočítat podle Magnusova vzorce:


kde pSVP je částečný tlak syté vodní páry (ČTSVP) v Pa a t je teplota ve °C. Dodáme-li vodní páru do prostředí, které je vodní párou již nasyceno, stejné množství zkondenzuje (jako rosa, déšť ap.).

Skutečný částečný tlak vodní páry (ČTVP) v Pa podělený ČTSVP (částečným tlakem syté vodní páry) při stejné teplotě je tzv. relativní vlhkost vzduchu, která se nejčastěji udává v procentech. Z tab. 2 také plyne, proč je po většinu roku difúze VP orientována zevnitř ven: ve vyhřátých bytech je zejména v topné sezóně až 10× vyšší ČTVP než venku.

teplota, °C-30-20- 100102030
ČTSVP, Pa42108255570119323864555
Tab. 2: Hodnoty částečného tlaku syté vodní páry při různých teplotách podle Magnusova empirického vzorce.

Součinitel difúze δ a difúzní odpor Rd

Difúzní vrstva, oddělující dvě prostředí, je protkána klikatými, miniaturními chodbičkami, v nichž nemůže proudit vzduch. Avšak molekuly VP, které do nich náhodně vlétnou, mohou jimi postupně pronikat až na druhou stranu. Mají-li obě prostředí stejné koncentrace molekul VP, např. uvedených 350 mld/mm3, „projde” takto náhodně v jednom směru právě tolik molekul páry, jako v opačném. Liší-li se obě koncentrace (= částečné tlaky vodní páry), přejde – jen na základě statistické pravděpodobnosti – z hustšího do řidšího prostředí více molekul než naopak. Hustotu difúzního toku VP vrstvou definuje 1. Fickův zákon:


kde

    φ je hustota difúzního toku vodní páry (VP) v kg/(m2·s),
    δ je součinitel difúze VP daného materiálu v kg/(Pa·m·s) = s,
    w je tloušťka materiálu v m,
    ΔpVP je rozdíl částečných tlaků VP v Pa obou prostředí a
    Rd = w/δ je difúzní odpor pro vodní páru.

Vzorec připomíná 1. Fourierův zákon z výpočtů stacionárního vedení tepla. Princip difúze VP i její početní aparát je totiž tentýž jako u vedení tepla, které je v podstatě také difúzí. Jen místo molekul VP se u tepla přenáší pohybová energie molekul či molekulárních a krystalových kmitů (fononů). Hnací „silou” u difúze VP je, místo rozdílu teplot, rozdíl částečných tlaků VP. Stejnou logiku mají i následující veličiny.

Měrný difúzní odpor ρ

Je to difúzní odpor konstrukce pro VP dělený její tloušťkou. Jde o materiálovou veličinu, pro kterou platí:


Faktor difúzního odporu μ

Jde o známou poměrnou materiálovou veličinu, která říká, kolikrát je součinitel difúze VP ve vzduchu větší, než součinitel difúze VP v daném materiálu. Platí

kde δVZ = 0,178×10–9 s je součinitel difúze VP ve vzduchu, respektive ρVZ = 5,6218×109 s-1 je faktor difúzního odporu VP μ.

Ekvivalentní difúzní tloušťka Sd

Poslední používaná, v tomto případě konstrukční veličina, udává, jaká tloušťka vzduchu w = Sd v metrech by měla stejný difúzní odpor pro VP, jako daná vrstva, souvrství nebo konstrukce tloušťky w. Používá se zejména při ohodnocení fólií nebo nátěrů. Platí:

Průběh ČTVP v konstrukci

Ustálené pole částečného tlaku vodní páry (ČTVP) pro různé konstrukce z bílého pórobetonu YTONG ukazují žluté křivky v grafech na obr. 2 až 4. Tam, kde zelená čerchovaná křivka ČTVP podle 1. Fickova zákona zdola protne modrou čerchovanou křivku ČTSVP podle Magnusova vzorce – obr. 2 a obr. 4 – musíme řešení přizpůsobit požadavku, že

    a) ČTVP je vždy nejvýše roven ČTSVP,
    b) průběh ČTVP je hladký, tzn. že žlutá čára nesmí být (až na místa styku různých materiálů) lomená.
Obr. 4: Průběh teploty (červená křivka) a částečného tlaku vodní páry (žlutá křivka) ve stěně YTONG Lambda zateplené tenkou vrstvou 40 mm polystyrénu. Vnitřní prostředí má konstantní teplotu 20 °C a relativní vlhkost 60 % (ČTVP = 1430 Pa). Venkovní teplota -15 °C a relativní vlhkost 60 % (ČTVP = 134 Pa). Modrá čerchovaná křivka ukazuje průběh ČTVP. Zelená čerchovaná je ČTVP spočítaný podle ustáleného řešení difúzní rovnice (1. Fickův zákon).

Grafický postup si ukážeme např. na grafu v obr. 4: Nasměrujeme celou zelenou čerchovanou lomenou čáru ČTVP (1. Fickův zákon) ze vstupního bodu I o souřadnicích [hloubka w = 0; pVP = 1430 Pa] tak, aby se právě dotkla čerchované křivky ČTSVP. Bod dotyku je K1 [0,265 m; 560 Pa].

Tentýž postup opakujeme z opačného studeného konce E [415 mm; 134 Pa) a získáme bod druhý dotyku K2 [376 mm;288 Pa].

Skutečná křivka ČTVP se pak skládá 1) ze suchého úseku podle 1. Fickova zákona mezi body I a K1, 2) zóny kondenzace mezi body K1 a K2 podle Magnusovy křivky pSVP (t) a 3) suchého úseku mezi body K2 a E podle 1. Fickova zákona.

Difúzní vlastnosti tvárnic YTONG

V dokumentaci uvádí výrobce pro tepelnou izolaci YTONG Multipor faktor difúzního odporu μ = 3 a pro tvárnice YTONG pak faktor μ = 5/10. Dvojznačná hodnota 5/10 se vztahuje ke dvěma různým podmínkám stanovení součinitele difúze VP.

V prvním případě se měří metodou tzv. mokré misky, kdy měřený vzorek odděluje dvě prostředí o relativních vlhkostech 50 % a 100 %.

V druhém případě vzorek odděluje prostředí o relativních vlhkostech 0 % a 50 %.

V tomto článku jsme pro zdicí tvárnice YTONG použili hodnotu μ = 5, která lépe přibližuje reálné podmínky s vyššími relativními vlhkostmi. Návrh, který s nimi počítá, je bezpečnější z hlediska vzniku možných rizik.

Závěr

Bílý pórobeton YTONG, který zahrnuje zdicí tvárnice i tepelnou izolaci stejného materiálového složení, je vhodný pro výstavbu difúzně otevřených či dýchajících obvodových stěn i střech. Ta je jednoduchá, rychlá a velice bezpečná i z pohledu možných rizik spojených s difúzí vodní páry. To je ještě umocněno tím, že celý tento stavební systém včetně izolace YTONG Multipor je silikátového původu a je tak velmi trvanlivý a rozměrově i kvalitativně stabilní.

Výjimečná je kombinace zdicích tvárnic YTONG a vnější izolace YTONG Multipor, která při výrobcem doporučené fasádní omítce se dostává do režimu vysoušení již od teploty –20 °C.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archiv firmy