Propustnost vodních par a parozábrany ve stavebních konstrukcích

Propustnost vodní páry je jednou z nejdůležitějších materiálových vlastností ve stavebnictví, která má zásadní vliv na trvanlivost a funkčnost stavebních konstrukcí. Nedostatečné zohlednění této vlastnosti může vést k vážným problémům, jako je kondenzace vodní páry uvnitř konstrukcí, což může způsobit poškození izolace, vznik plísní a snížení tepelněizolačních vlastností. Cílem správného návrhu je zabránit pronikání vlhkosti do konstrukce nebo zajistit její rychlý odvod.

Základní pojmy a veličiny

K pochopení problematiky propustnosti vodních par je nutné se seznámit s několika klíčovými pojmy a veličinami:

• Schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí: Difúze vodní páry probíhá vždy z místa s vyšším částečným tlakem vodní páry do míst s nižším částečným tlakem.
• Částečný tlak vodní páry: Vyjadřuje se v Pa a představuje tlak, kterým by pára v nádobě působila na stěny, kdyby v nádobě byla sama. Množství vodní páry ve vzduchu se vyjadřuje pomocí tzv. částečného tlaku vodní páry. Ten může vystoupat nejvýše k hodnotě tzv. částečného tlaku syté vodní páry, který silně, exponenciálně klesá s termodynamickou teplotou.
• Součinitel difúze vodní páry (δp): Charakterizuje difúzní schopnost materiálu a udává míru, s jakou konstrukce brání difúznímu prostupu vodní páry. V praxi se používá k obecnému vyjádření difúzní propustnosti stavebních materiálů pro vodní páru. Hustotu ustáleného difuzního toku vodní páry lze vyjádřit vztahem: gv=-δp grad pv, kde gv je hustota difúzního toku vodní páry, δp součinitel difúze vodní páry a pv skutečný částečný tlak vodní páry.
• Faktor difúzního odporu (µ): Bezrozměrná veličina, která udává, kolikrát je příslušný materiál méně propustný pro vodní páru než vzduch. Dnes se více používá než součinitel difúze vodní páry. Pro vzájemný přepočet těchto jednotek platí vztah: µ = 1 / (δp·N), kde N je teplotně difúzní funkce. Pro běžné výpočty se užívá konstantní hodnoty N=5,315·10⁹ s^-1.
• Ekvivalentní difúzní tloušťka (sd): Tato veličina vypovídá o volném prolínání molekul (difúzních vlastnostech) materiálu. Udává, jaká by měla být tloušťka vzduchové vrstvy, aby měla stejný difúzní odpor jako vrstva zkoumaného materiálu. Je definována jako tloušťka nehybné vrstvy vzduchu mající stejný difúzní odpor, jako bezpředmětná vrstva materiálu. Její velikost je dána součinem hodnoty faktoru difúzního odporu μ a vlastní tloušťky daného materiálu (sd = µ · d). Ekvivalentní difúzní tloušťka se nejvíce používá pro rychlé porovnání difúzních kvalit nátěrových a fóliových materiálů.

Parozábrany a parobrzdy

Pro zamezení průniku vodní páry do stavebních konstrukcí se používají dvě základní strategie:

1. Paro- a vzduchotěsná fólie: Umístěná na interiérové straně zabraňuje pronikání vodní páry difúzí či prouděním vzduchu do ochlazovaných obvodových stěn.
2. Difúzně otevřené ("dýchající") konstrukce: Navrhují se tak, aby k případné kondenzaci docházelo jen v extrémních podmínkách (mrazech) a ve velmi malé míře.

V kontextu těchto strategií rozlišujeme mezi parozábranou a parobrzdou:

Parozábrana

Parozábrana je fólie ve stěnách dřevostavby, která omezuje pronikání vodní páry z venkovního vzduchu. Jedná se o vrstvu v konstrukci, která zabezpečuje těsnost vnitřního pláště proti prostupu vodní páry do střešní nebo obvodové konstrukce, resp. do tepelné izolace. Vrstva parotěsné zábrany musí vzduchotěsně oddělit vnitřní prostory od ostatních konstrukčních vrstev a zabránit prostupu a následnému hromadění vlhkosti, hlavně v tepelné izolaci. Tato vrstva musí být absolutně těsná, aby neunikal teplý vlhký vzduch a nezkondenzoval v izolační vrstvě. Funkčnost parotěsné zábrany musí být zajištěna vzduchotěsným spojováním a napojováním na stavební konstrukce pomocí lepících a těsnících doplňků. Parotěsné zábrany povrstvené hliníkovou vrstvou zvyšují nepropustnost pro vodní páru a zároveň umožňují úsporu tepelné energie reflexí tepelného záření. Pro uplatnění tohoto úsporného jevu je ovšem zapotřebí uzpůsobit konstrukční skladbu tak, aby reflexe (odraz) tepelného záření mohla nastat. Vnitřní parozábrana je zapotřebí, aby neunikal teplý vlhký vzduch a aby nezkondenzoval v izolační vrstvě. Fólie s hodnotou Sd větší než 150 m jsou vhodné pro parotěsnou zábranu.

Čtěte také: Průvodce tepelně odolnými tmely

Parobrzda

Parobrzda je důmyslně řešené brzdění propustnosti vodních par obsažených ve vzduchu skrze tuto fólii do konstrukce, která je vyplněna tepelnou izolací. Parobrzda tedy nezamezí průchodu vodních par do konstrukce, ale řízeně je propouští do konstrukce do vrstvy ležící za touto netěsností. Jestliže projektant navrhne parobrzdu do konstrukce stěny nebo střechy, je nutné, aby za touto fólií byla v konstrukci další vrstva směrem ven do exteriéru s větší difúzní otevřeností, nežli je parobrzda. Musí tedy být zajištěn odchod vodních par do exteriéru. Typická parobrzda je navoskovaný papír. Fólie s malým odporem proti prostupu vodních par jsou určeny pro vlhkostně nenáročná prostředí. Rozdíl mezi parobrzdou a parozábranou lze vyjádřit stručně: parobrzda propouští „něco“, zatímco parozábrana nepropouští „nic“.

Návrh stavebních konstrukcí s ohledem na difúzi vodní páry

Vrstvené stavební konstrukce jsou navrhovány s ohledem na kondenzaci vodní páry s hlavní zásadou, která spočívá ve správném řazení jednotlivých vrstev konstrukce z hlediska jejich difúzního odporu. Ideálním řazením vrstev je, když difúzní odpor vrstev klesá směrem od vnitřního k vnějšímu povrchu. V praxi to znamená, že vrstva s nejvyšším difúzním odporem je situována na vnitřním líci konstrukce, naopak s nejnižším na vnějším líci. Jednoduše vnitřní vrstvy musí mít větší difúzní odpor než vrstvy vnější. Množství vlhkosti vstupující do pláště tak je částečně redukováno a ta vlhkost, která se do konstrukce dostane, může skrze vrstvy s menším difúzním odporem snáze odejít do exteriéru. Navrhnout na vnitřní líc konstrukce vrstvu se stejným nebo vyšším difúzním odporem než je na vnějším líci.

Všechny zásady jsou pouze teoretickým návodem pro ideální navržení stavební konstrukce. Praxe ukazuje, že v řadě konstrukcí jsou jejich vrstvy řazeny opačně, než uvádí zásady, protože dodržení těchto zásad je mnohdy zcela nemožné. Ukázkovým příkladem jsou konstrukce jednoplášťových střech, kde je hydroizolační vrstva s nejvyšším difúzním odporem na vnějším líci konstrukce. Kvalifikovaný návrh takovéto konstrukce může zajistit, aby splňovala požadavky normy.

Kondenzace vodní páry a její hodnocení

Nejvyšší riziko kondenzace je v zimě za mrazů, kdy obvodová stěna přenáší velký teplotní rozdíl mezi vnitřkem domu a venkovním prostředím a kdy je uvnitř vysoký částečný tlak vodní páry a venku velmi nízký. Případná kondenzace, která se vesměs hromadí v izolacích nebo v izolačním zdivu, je pak vždy nevítaná. Bezpečnostní vlhkostní přirážka △φi = 5% se pokaždé hodnotí při kondenzaci vodní páry uvnitř stavební konstrukce. Ve vlhkých nebo mokrých provozech se běžně uvažuje φi + △φi = 55%. Jak navrhovat stavební konstrukce, aby v nich nedocházelo ke kondenzaci vodní páry, doporučuje Norma ČSN 73 0540. Množství zkondenzované vodní páry za rok nesmí přesáhnout limit, který udává norma, a to pro jednoplášťové střechy - Mc,a ≤ 0,1 kg m² a případně nižších hodnot.

Výpočtové hodnocení stavebních konstrukcí z hlediska difúze a kondenzace vodní páry je nutné, jestliže skladba konstrukce obsahuje parotěsné vrstvy se spárami, spoji nebo obecně jakékoliv úpravy vedoucí k místnímu snížení paronepropustnosti materiálu. Je nutné zvážit míru konstrukčního řešení na snížení difúzního odporu parotěsných vrstev a vždy do výpočtu zahrnout vliv spárové difúzní vodivosti.

Čtěte také: Jak se testují stavební materiály v Akademii věd ČR?

Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry

Jestliže v konstrukcích dochází ke kondenzaci vodní páry, je dalším krokem výpočet roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry. Obě metodiky jsou rovnocenné a získané výsledky jsou zcela akceptovatelné podle platné české technické normy. Za jediný rozdíl lze považovat, že výpočet podle metodiky ČSN 73 0540 je považován za klasický, zatímco postup podle ČSN EN ISO 13 788 je moderní výpočtová metoda, která vyžaduje velmi podrobné vstupní klimatické údaje. Výsledek z této normy je ovšem daleko přesnější, a tudíž i reálnější. Doporučuje se prioritně používat výpočet podle ISO, pokud jsou dostupné všechny vstupní klimatické údaje. Výsledkem průběhu kondenzace a vypařování vodní páry v konstrukci je, zda veškerá vlhkost, která byla zkondenzovaná během ročního cyklu, je schopna se v průběhu dalšího (stejného) cyklu beze zbytku odpařit. Vyčísluje se roční zkondenzované množství vodní páry a množství páry, která se vypaří za rok.

Vliv okrajových podmínek na difúzní vlastnosti

Kloknerův ústav, jako jedno z vědeckých pracovišť, se zabývá zkouškami difúzních vlastností rozmanitých stavebních materiálů, jelikož tyto vlastnosti jsou jedněmi ze základních charakteristik stavebních materiálů. Znalost těchto vlastností je vždy vítána, například v případě, kdy je třeba konstrukci vysušit po povodni, aby bylo možné vybrat vhodnou metodu sanace budovy. Klíčové je znát hodnoty faktoru difúzního odporu použitého materiálu, abychom věděli, jak dlouho bude konstrukce vysychat a kdy budou uživatelé moci budovu znovu obývat. Vysychání závisí také na teplotě, vlhkosti a rychlosti proudění okolního vzduchu.

Mezi zkoumané okrajové podmínky mající vliv na hodnotu faktoru difúzního odporu a ostatní difúzní vlastnosti patří relativní vlhkost, teplota a barometrický tlak vzduchu. V akreditované laboratoři Kloknerova ústavu bylo provedeno mnoho zkoušek skladeb stavebních materiálů. Tři vybrané skladby, které jsou v praxi často používané, byly porovnány v rámci jednoho článku. Tyto skladby se navzájem liší především ve svých difúzních parametrech. Zmíněnými skladbami jsou: sanační malta bez povrchové úpravy; skladba s penetrací navíc a skladba, která má navíc silikátovou omítku. Skladby byly vybrány proto, že mají rozdílné difúzní vlastnosti a mohou pomoci ukázat vliv okrajových podmínek na difúzně rozdílné skladby.

Měření a vliv relativní vlhkosti

Pro zkoušky byly z každé skladby vybrány tři vzorky. Požadovaný průměr terčů, podle kterých byly vyrobeny, je uveden v normách ČSN EN ISO 7783. Průměr terčů je 117 mm, přičemž od každé skladby byly vyrobeny tři terče. Měření probíhalo rovněž podle norem ČSN EN ISO 7783. Netěsnosti mezi vzorkem a formou způsobené nepřesnostmi byly řešeny silikonovým tmelem, který měl zajistit nepropustnost vodních par okolo vzorku a umožnit propustnost vodní páry pouze skrz vzorek.

Tyto tři vzorky z každé skladby byly současně zkoušeny v jednom měřicím intervalu. Požadované okrajové podmínky byly zajištěny pomocí nepropustné skleněné nádoby napojené na ventilační systém, jež zajišťoval teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu uvnitř skleněné nádoby. Všechny hodnoty, relativní vlhkost vzduchu a teplota vzduchu uvnitř a venku, byly nepřetržitě měřeny a monitorovány. Stejně tak byly zaznamenávány úbytky hmotnosti.

Čtěte také: Použití jednorázových vinylových rukavic

Relativní vlhkost vzduchu má velký vliv na faktor difúzního odporu. K porovnání byly vybrány pouze A vzorky z každé skladby. Během dosahování rovnovážného stavu bylo dosaženo relativní vlhkosti vzduchu 52 % a 43 % u všech skladeb, tudíž bylo možné udělat v těchto meznících porovnání.

Tabulka 1: Vliv relativní vlhkosti na faktor difúzního odporu

Kromě relativní vlhkosti vzduchu má na faktor difúzního odporu vliv mnoho jiných okrajových podmínek a parametrů. Například tloušťka a průměr vzorku patří mezi parametry, které na faktor difúzního odporu mají také vliv. Teplota a barometrický tlak vzduchu jsou veličinami během měření proměnnými. Článek „The Influence of Incoming Parameters on Accuracy of Determination Water Vapour Resistance Factor of Lime and Modified Mortars“ [3] se také zabývá parametry, které mohou mít vliv na faktor difúzního odporu. Z tohoto článku je jasné, že významný vliv na faktor difúzního odporu mohou mít nejen okrajové podmínky, ale také právě norma, podle které je vzorek zkoušen a vyhodnocován, jelikož každá norma požaduje jiné zkušební podmínky (požadovaná relativní vlhkost a vzdálenost mezi roztokem a vzorkem). Hlavní otázkou však stále zůstává, do jaké míry jednotlivé zmíněné parametry ovlivňují hodnotu faktoru difúzního odporu.

Charakteristiky průběhů faktorů difúzního odporu a okrajových podmínek se u jednotlivých skladeb liší. U skladby 1 je průběh faktoru difúzního odporu téměř stejný jako průběh relativní vlhkosti, zatímco u skladby 2 je spíše opačný. U skladby 3 není průběh faktoru difúzního odporu identický ani s průběhem relativní vlhkosti, ani s průběhem barometrického tlaku vzduchu, a je spíše opačný. Definice těch parametrů, které mají největší vliv, není tak jednoduchá a u jednotlivých skladeb se liší. Liší se podle toho, jakých hodnot faktor difúzního odporu dosahuje. U některých hodnot může být rozhodující relativní vlhkost, u jiných barometrický tlak vzduchu a u jiných není jednoduché najít přímý vztah mezi nimi.

Z hlediska difúzních vlastností jsou nejdůležitějšími kritérii faktor difúzního odporu a vliv relativní vlhkosti vzduchu. Jestliže máme skladbu s opravdu malým faktorem difúzního odporu, kolem 8, zdá se, že je faktor ovlivněn relativní vlhkostí vzduchu směrem dolů. Jestliže je faktor o něco větší, snižující se relativní vlhkost vzduchu způsobuje změnu faktoru difúzního odporu směrem nahoru.

tags: #propustnost #vodnich #par #parozabrana #informace

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce krytinou Tondach
• jak správně používat asfaltovou lepenku
• Kvalitní sprchové hadice Siko
• Historie truhlářství
• Bzučení a vrzání z palubní desky Škoda Fabia 1: Kompletní řešení