14. srpna 2014

Jak na efektivní zakládání pasivních domů?

Na co si dát pozor při zakládání pasivních domů na tepelné izolaci? Jak správně postupovat? O tom odborníci na specializovaném Fóru expertů, pořádaném Centrem pasivního domu. Shrnutí nejzajímavějších informací a doporučovaných postupů v českých podmínkách přinášíme v tomto článku. 

 

 

Přijďte na další fórum expertů!

Fórum expertů

Další Fórum expertů se bude věnovat efektivnímu větrání v pasivních domech a uskuteční se 12. září v Praze.

PŘIHLÁSIT SE

Fórum expertů je unikátní formát moderovaného setkávání odborníků pod záštitou nezávislého Centra pasivního domu. Cílem každého z nich je rozebrat do detailů konkrétní konstrukční problémy z praxe stavby pasivních domů za účasti expertů z oboru. Moderuje vždy nezávislý odborník a účastníci mohou přicházet s vlastními podněty a problémy k diskusi. Poslední Fórum expertů se zabývalo právě zakládáním pasivních domů na tepelné izolaci.

Proč je klasické založení na pasech pro pasivní domy nevýhodné?

Klasické založení stavby na základových pasech už řadu let není jediný možný a také ekonomicky výhodný způsob, jak zakládat pasivní domy. Zejména u masivních staveb z vodivých materiálů je složité vyloučení tepelného mostu paty zdiva, který tak narušuje celistvost izolační obálky. Proč je to u pasivních domů nevýhodné? Takové řešení může u rodinných domů způsobit zhoršení potřeby tepla na vytápění o 10 – 15 %.

01_založení_na základových pasech

Existuje několik způsobů jak tento detail řešit, žádný z nich jej však neřeší dokonale. Systémová řešení jako tvarovky Schöck Novomur nebo IsoKimm naráží na horší tepelně izolační vlastnosti a cenu. Ostatní řešení jako pěnové sklo nebo pórobeton mají zase limity ve statice, nebo vysoké nasákavosti. Všechny tyto detaily jsou blíž popsané v naší databázi konstrukčních detailů na stránkách Centra pasivního domu. Zakládání na základových pasech je tedy výhodné pro obvodové stěny z méně vodivých materiálů s tepelnou vodivostí pod 0,2 W/(m.K) jako pórobeton nebo dřevěné konstrukce, kde nemusíme řešit oddělení tepelného mostu paty zdiva.

Jaké jsou alternativní možnosti založení?

Elegantním způsobem, jak se vyhnout přerušení tepelné izolace zdivem, je založení vyztužené železobetonové desky na únosné tepelné izolaci (Obr. 2). Vzniká tím souvislá tepelně izolační obálka kolem celého domu, jak je vidět na obrázku. Všechny nosné konstrukce tak jsou tak v teplu v interiéru. Masivní železobetonová deska navíc přináší do domu velkou akumulační hmotu, která pomáhá udržovat stabilní vnitřní teplotu. Přitom takové řešení nemusí být dražší než klasické založení na základových pasech dokonce v některých případech levnější. Vždy je potřeba porovnávat srovnatelné, protože obsah nabídek základových konstrukcí se může významně lišit. 

Při založení na základové desce je v ceně obsaženo všechno až pod vyrovnávací vrstvu nášlapné vrstvy podlahy. K nabídkám běžného založení na základových pasech je vždy potřeba připočítat tepelnou izolaci podlahy, soklové zdivo a první řady příček obsahující oddělení tepelného mostu paty zdiva a izolaci soklu až do nezámrzné hloubky. Když se to spočítá, vychází základové konstrukce ekonomicky velmi podobně. Tento typ konstrukce je použitelný i pro větší stavby – například kolej ve Vídni Molkereistrasse byla postavena na tepelné izolaci.

02_A_založení na desce 02_B_molkereistrasse

Obr. 2 Plošné založení na tepelné izolaci je použitelné i pro větší stavby. Na fotce studentská kolej ve Vídni Molkereistrasse založená na extrudovaném polystyrenu. (Zdroj: CPD)

Jaké zásady a principy platí při návrhu a realizaci založení na tepelné izolaci? 

Na začátku je vhodné základní rozdělení dle použitého materiálu:

  • založení na deskové izolaci (extrudovaný polystyren)
  • založení na sypané izolaci (štěrk z pěnoskla, kamenivo Liapor).  

03_pěnosklo_Kalksandstein 03_XPS_DOW_Europe

Obr. 3. Založení na deskové izolaci extrudovaného polystyrenu (vlevo) a sypané izolaci štěrku z pěnoskla nebo kameniva Liapor (vpravo). Zdroj: DOW Europe, Kalksandstein.

Oba případy jsou si podobné co do celkové koncepce. Před aplikací izolace musí být provedeny výkopové práce a příprava podkladních vrstev. Výkop dna musí být spádu a provedena zhutněná drenážní vrstva s příslušným drenážním systémem, aby se zabránilo zaplavení vrstvy izolace. U založení na XPS platí omezení, že nesmí být navržena víc než 3,5 m pod hladinu spodní vody (zdroj: Bauaufsichtliche Zulassungen (Obecné povolení stavebního dohledu) DIBt Berlin pro výrobky XPS s účelem použití pod základovou desku a do styku se zeminou). Při předpokladu působení tlakové vody je nutné provést těsnící opatření - desky XPS lepit k sobě i na podklad pomocí bitumenového lepidla. Při přímém styku s vodou dochází k malému nasáknutí (do 3 % objemu) a zhoršení součinitele tepelné vodivosti přibližně o 20 % oproti deklarovaným hodnotám.

U založení na sypané izolaci platí omezení, že nesmí být navrhovány do základových poměrů s vysokou hladinou spodní vody, aby nedocházelo k dlouhodobému zaplavení izolačního materiálu. I když se jedná obecně o málo nasákavé materiály s nevzlínavou strukturou, kterým nevadí krátkodobé působení vody, nejsou určeny pro trvalý styk s vodou. Stejné platí i pro základové poměry s úplně nepropustnou zeminou, kde hrozí vznik vany s hromaděním povrchové vody bez možnosti odtečení.

04_A_Drenaz_01 04_B_drenaz_Lias
Obr. 4 Před samotnou aplikací izolace vždy probíhají výkopové práce do sklonu směrem k drenáži, provedení přípojek, drenáže do ochranné geotextilie a samotné zhutněné drenážní vrstvy nejčastěji z kameniva frakce 32/63. (Zdroj: Lias Vintířov)

Založení na extrudovaném polystyrenu (XPS)

05_XPS_detail_orez

Obr. 5 Desková izolace se ukládá na zhutněné vrstvy štěrku postupně zmenšující se frakce, kde poslední vrstva štěrkopísku nebo štěrku do 8 mm je oddělena od předchozích vrstvou geotextilie kvůli přepadávání. Důležité je v této fázi provést velice přesné srovnání vrchní podkladní vrstvy.  (Zdroj: ABatelier).

Používá se třída únosnosti od 300 kPa až po 700 kPa, dle statického výpočtu. Desky XPS v jedné vrstvě a v potřebné tloušťce cca 25 cm pro dosažení U = 0,15 W/(m2K) nejsou dostupné ani vhodné pro použití kvůli vzniku mezer. Proto pokládka XPS probíhá ve dvou nebo třech vzájemně kolmo pokládaných vrstvách. Ty je potřebné prokotvovat mezi sebou plastovými hřeby (obr. 6), čímž se vytváří pevná izolační vrstva, která se nerozchází při montáži. Další možností je lepit desky k sobě speciálním PU lepidlem určeným pro lepení perimetrických izolací, které má sníženou nasákavost. Na vrstvu XPS provedena vyztužená železobetonová deska s hydroizolací pod nebo nad deskou.

06_A 06_B 06_C

Obr. 6 Plastové hřeby na fixaci vrstev XPS (Zdroj: LohrElement), pokládka ve vrstvách s použitím kotvících hřebů a montáž výztuže. (zdroj: friedenauerARCHITEKTUR).

07_A_XPS_chyby_01_Smola07_B_XPS_chyby  

Obr. 7 Při realizaci desek XPS je nutné dbát pravidel: dořezy desek nesmí být u kraje desky a stejně tak jsou nepřípustné mezery mezi deskami (Zdroj: Josef Smola, Frank Schmidt)

Založení na sypaném materiálu – štěrk z pěnoskla a kamenivo Liapor

Ze sypaných materiálů byly na expertním fóru představeny dva materiály štěrk z pěnoskla Refaglass (firma Recifa) a kamenivo Liapor (firma Lias Vintířov). Oba u nás používané sypané materiály jsou vysoce únosné. Kromě použití pod základovou deskou mají široké uplatnění od tepelně izolačních a vylehčených zásypů střech až po izolační vrstvy do podlah renovovaných staveb. Jejich vlastnosti jsou uvedeny v tabulce níže. 

  Štěrk z pěnoskla Kamenivo Liapor
Zrnitost 32 – 63 mm (alt. 16 – 32 mm) 4 – 8 mm
Sypná hmotnost [kg/m3] 145 – 165 350 ±10%
Deklarovaná tepelná vodivost λD dle ČSN EN 126671 [W/(m2K)] 0,075 (0,085) 0,095
Hodnota tepelné vodivosti se zohledněním vlhkosti [W/(m2K)] 0,085 – 0,0902
(vlhkost 3 %)
0,107
(EN ISO 10456, vlhkost 3 %)
Max. nasákavost W3 [obj. %] 11 - 15 18 ± 4%
Potřebná tloušťka zhutněné vrstvy pro dosažení U = 0,15 W/(m2K)4 550 mm 680 mm
Poměr hutnění5 1,3 : 1 1,13 : 1
Únosnost v tlaku 0,6 MPa
(při 10% zhutnění)

1,2 MPa (odolnost proti drcení)

1 Deklarovaná hodnota tepelné vodivosti materiálu v suchém zhutněném stavu. Rozsah u pěnového skla je dán rozptylem zrnitost 16 až 63 mm. Deklarované hodnoty jiných výrobců jsou v rozsahu 0,080 – 0,093 W/(m2K) dle zrnitosti a vrstvy štěrku (Zdroj: Technopor, Glapor, Misapor).
2 Výpočtová hodnota tepelné vodivosti se stanovuje pro praktickou vlhkost 3 %. Pro pěnové sklo není k dispozici hodnota dle EN ISO 10456, proto byla hodnota odečtena z grafu závislosti součinitele tepelné vodivosti na obsahu vlhkosti, od výrobce Misapor (Zdroj: Fraunhofer Institut). Dle německého institutu DIBt vychází hraniční hodnota tepelné vodivosti pro nejhorší možné zabudování pěnoskla při objemové vlhkosti 10 – 12 % v intervalu 0,11 – 0,14 W/(m2K). U kameniva Liapor tato hodnota není k dispozici.    
3 Pro pěnosklo zdroj DIBt (Deutsche Institut für Bautechnik) a Fraunhofer Institut. Pro Liapor zdroj Lestungserklärung no. 3 rakouského výrobce Liapor pro kamenivo 4-8 mm. Běžná nasákavost pěnového skla naměřená na stavbě se podle Fraunhofer Institutu pohybovala mezi 1 – 6 % objemu dle použitých drenážních vrstev a zakládacích poměrů.
4 Výpočet součinitele prostupu tepla při skladbě 250 mm ŽB deska + sypaná izolace s výpočtovým součinitelem tepelné vodivosti u pěnoskla Refaglass 0,085 W/(m2K), Liaporu 0,107 W/(m2K). Při použití další vrstvy izolace v podlaze se bude hodnota snižovat.
5 Běžný poměr hutnění, kterým je nutné vynásobit návrhovou zhutněnou vrstvu násypu. Dle výrobce Recifa je doporučený poměr hutnění 1,3:1 (může být však i větší při přehutnění). Kamenivo Liapor má maximální míru zhutnění 13 %, kdy už dále nesesedá. 

08_pěnosklo 01 08_liapor_01

Obr. 8 Pěnosklo i kamenivo Liapor vznikají procesem pečení, čímž vzniká pórovitá vnitřně uzavřená, nekapilární struktura, zaručující nenasákavost a nevzlínavost vlhkosti. (zdroj: Refaglass, Lias Vintířov)

Vhodnost použití kameniva Liapor 4-8/350 a 8-16/275 je patrná z tabulky:

Zemina / mocnost vrstvy  Liapor 0,5 m  Liapor 0,75 m
Počet podlaží RD 1 2 1 2
Písky dobře zrněné, tř. S1, S2 ANO ANO ANO ANO
Písek s příměsí jemnozrnné zeminy, tř. S3  ANO ANO ANO ANO
Hlinité a jílovité písky; třídy S4 a S5 ANO ANO ANO ANO
Hlína štěrkovitá, jíl štěrkovitý třídy F1 a F2 ANO ANO ANO ANO
Hlína písčitá třídy F3  ANO ANO ANO ANO
Jíl písčitý tř. F4, hlína s nízkou a střední plasticitou tř.F5, jíl s nízkou a střední plasticitou tř.F6 ANO NE ANO NE
Hlína s vysokou plasticitou tř.F7, jíl s vysokou plasticitou tř.F8 NE NE NE NE

 

Vhodnost použití kameniva Liapor 4-8/350 a 8-16/275 (podobně tomu je i u štěrku z pěnoskla) je patrná z tabulky:

  • modré pozadí – zlepšení základových poměrů – velmi výhodné použití Liaporu
  • červené pozadí – zvyšující se riziko použití Liaporu vyplývající z nadměrných deformací, v této oblasti nelze generalizovat a je nutné provést konkrétní statický výpočet.

Kamenivo Liapor je dlouho známé v inženýrských stavbách a cestních konstrukcí a výrobce má k němu velice podrobně zpracovanou geotechniku a oblasti použití, včetně normových podkladů pro navrhování. Pro štěrk z pěnoskla nejsou k dispozici geotechnické výpočty základových poměrů. Oblast použití se může shodovat s kamenivem Liapor, je však nutné posouzení pro konkrétní případ.

09_A_sypana_izolace 09_B_sypaná_izolace_B
Obr. 9 U sypaných izolací se používají dva způsoby provedení základové desky - s ohraničením v místě soklu (vlevo) nebo s vodorovným přesahem sypaného materiálu (vpravo). Varianta s izolačním bedněním si vyžaduje precizní vnější opěrný zhutněný zásyp v průběhu výstavby, který nesmí být následně uvolněn. Zdroj: Jan Praisler, ABatelier.
  

Aplikace izolační vrstvy je jednoduchá a vyžaduje pouze malou mechanizaci (kolečka, hrábě, vibrační desku). Materiál se vysype na připravenou drenážní vrstvu zakrytou geotextilií a pomocí hrábí rozprostře. Hutnění násypu probíhá po vrstvách – pěnosklo 200 – 250 mm, kamenivo Liapor 300 – 350 mm. Pro hutnění se používají vibrační desky o hmotnosti cca 150 kg (pro menší vrstvy do 200 mm postačí 100 kg). U pěnoskla je nesmírně důležité dodržovat výrobcem doporučený poměr hutnění a zejména zbytečně nepřehutnit vrstvu, aby nebyla ve výsledku zmenšena projektovaná tloušťka izolační vrstvy. 

Jsou známy případy, kdy z neznalosti zásad aplikace pro „jistotu“ hutnili štěrk z pěnového skla znovu a znovu vibrační deskou až do momentu, kdy pěnosklo dále nesedalo. Ve výsledku bylo dosaženo hutnícího poměru1,9:1 místo doporučovaného 1,3:1 a bylo nutné dovézt další materiál pro doplnění do požadované tloušťky. Zde mohou výborně posloužit kontrolní výškové značky (např. roxor s označením výšky) nebo průběžné měření laserovým nivelačním přístrojem. Kamenivo Liapor po dosažení maximální míry zhutnění 13 % dále nesesedá a není potřeba hutnící poměr sledovat. 

10_A_sypání do připraveného výkopu 10_B_HUtneni_00_A
Obr. 10 Postup realizace železobetonové desky na zásypu z pěnoskla nebo kameniva Liapor – navážka do připraveného výkopu s vyloženou geotextilií min. 250 g/m2 a vyrovnání. (Zdroj: Lias Vintířov)

10_C_hutneni_01 10_D_výztuž a šalování
Hutnění, příprava výztuže a šalování ŽB desky na hydroizolační a protiradonovou fólii s oddilatovanými prostupy. (Zdroj: ABatelier)

10_E_betonáž 10_F_deska_hotovo
Betonáž a finální deska, která může být hotova v případě dobré organizace stavby během týdne. (Zdroj: Lias Vintířov)

Na co si dát pozor?  

Důležité je přesné zaměření prostupů (kanalizace, elektro, voda), protože vzhledem k chybějící další vrstvě izolace už není prostor na změnu umístění. Další častý problém bývá, pokud se soklová izolace použije současně jako bednění pro železobetonovou desku. V takovém případě často během stavby dochází k poškození hrany izolace, zašpinění a není pak možné provést napojení fasádní izolace bez spáry. Doporučuje se proto použít jako bednění tenčí vrstvu soklové izolace a následně provést čistě a přesně nalepenou doplňující desku. Také je potřeba pohlídat při provádění dostatečné krytí výztuže. 

11_A_prostupy 11_B_CPD_002
Obr. 11 Pěkné provedení oddilatovaných prostupů (vlevo) včetně čistě napojené hydroizolace (Zdroj: ABatelier). Špatné provedení napojení ušlapané a zašpiněné soklové izolace na fasádu. Během výstavby je toto nutné chránit. (Zdroj: CPD).

Umístění hydroizolace – pod deskou, nebo nad ní?

Při volbě umístění hydroizolace existují dvě možnosti: pod desku (na tepelnou izolaci) nebo na desku. V případě umístění pod deskou je složitější a náchylnější fáze provádění výztuže a betonování a hydroizolaci je nutné během této fáze chránit. Provedením ochranného betonového potěru, který je sice dražší a prodlužuje realizační fázi, je hydroizolace spolehlivě chráněna. Existuje i možnost hydroizolaci chránit oboustranně vrstvou geotextilie (gramáž min. 500 g/m2), ale jelikož poškození hydroizolace může znamenat vážný problém, tato varianta se v podmínkách našich staveb nedoporučuje. Umístění hydroizolace pod deskou nám umožní použít aktivaci betonového jádra nebo hlazený povrch, na který lze při rovinatosti 2 mm/m umístit přímo nášlapnou vrstvu. V takových případech je nutné už během provádění výztuží umístit chráničky na instalace vedení elektřiny.

V případě umístění hydroizolace nad deskou je jednoduché provedení desky, ale hydroizolace je vystavena provoznímu namáhání během celé výstavby. To je však běžná situace, která nastává i při klasickém založení na základových pasech.

12_A_hydroizolace_pod_deskou 12_B_smola_P1030390_small
Obr. 12 Hydroizolace pod deskou chráněna oboustranně vrstvou geotextilie (vlevo) a provádění ochranného potěru na hydroizolaci (vpravo). (Zdroj: ABatelier, Josef Smola)

Potřeba tepelné protimrazové clony

Plošné zakládání na tepelné izolaci se provádí do zámrzné hloubky, a proto často vzbuzuje nedůvěru, že objekt musí v patě základové desky podmrzat. Z toho důvodu se navrhuje přesah tepelné izolace, jako protimrazová clona v šířce cca 40 - 60 cm od okraje soklové izolace. Dochází tím k posunu izoterm tak, že izoterma 1 °C prochází bezpečně mimo svislý průmět hrany základové desky (Obr. 13). Při simulaci se počítá s vnější návrhovou teplotou jako měsíčním průměrem za nejchladnější měsíc v extrémně chladném roce. S běžnou vnější návrhovou teplotou se nepočítá, protože zemina reaguje s velkým zpožděním a vyrovnává tak běžné kolísání teplot. Důležité je mít drenážní vrstvu kolem objektu (nemusí být stejná ve středu) až do nezámrzné hloubky min. 80 cm, aby nedošlo k podmrznutí paty zdiva v případě, že objekt nebude delší dobu obydlen/vytápěn.

13_A_detail_CPD 13_B_promrzani_03
  
Obr. 13 Simulace provedena s okrajovými podmínkami: venkovní teplota = – 5 °C (průměrná měsíční teplota za leden), teplota v hloubce 3 m = 3 °C, zemina vlhký jíl λ = 2,0 W/(m.K). Simulace je na stranu bezpečnou - při těchto podmínkách zemina zamrzá do hloubky 1,8 m a navíc byly zanedbány tepelné ztráty přes podlahovou desku, které přispívají ohřívání podloží. I při těchto extrémních podmínkách je izoterma 1 °C bezpečně vedle hrany desky. (Zdroj: CPD)

Efektivní založení masivních staveb nad terénem – systém Elegohouse

Novinkou v zakládání pasivních domů je systém Elegohouse od firmy Cemex, která vytváří základovou desku na bázi stropních montovaných betonových nosníků s izolační samonosnou vložkou z polystyrenu (Obr. 14). Jednoduše se jedná o zateplený strop na základových pasech. Kombinují se tím osvědčené a vyzkoušené technologie, které vytváří samonosný systém bez potřeby podsypů. Integrovaná izolace je nezatížená váhou stavby a její vlastnosti neovlivňuje vlhkost zeminy. Pro oddělení tepelného mostu je použit pás 8 cm XPS mezi základovou deskou a pasem. Systém je cenově výhodnější než klasické založení na pasech a v jedné operaci je vytvořena i izolace podlahy. Není potřeba hydroizolace ani protiradonové opatření, protože dutina je odvětraná.

14_A_Elegohouse_01 14_B_Elegohouse_02  14_C_Elegohouse_03.png
Obr. 14 Systém Elegohouse přináší současně řadu výhod. Kromě ekonomické efektivity a výborných tepelně-izolačních vlastností také výraznou úsporu množství betonu, bez potřeby nenasákavé izolace a hydroizolace. (Zdroj: Cemex)

Závěrem

Existuje více možností, jak zakládat energeticky úsporné stavby a zde byly ukázány ty, které dle zkušeností přináší nejen energetické úspory, ale i úsporu vstupních nákladů.

Článek vznikl na základě proběhlého Fóra expertů Centra pasivního domu. Další podobné setkání se uskuteční 12. září v Praze. Tématem bude Efektivní větrání pasivních domů.

Přijďte na další fórum expertů!

Fórum expertů

Další Fórum expertů se bude věnovat efektivnímu větrání v pasivních domech a uskuteční se 12. září v Praze.

PŘIHLÁSIT SE

Autor: Ing. Juraj Hazucha, odborný poradce Centra pasivního domu.
Použité zdroje: archiv autora, databáze detailů CPD a prezentace z expertního fóra od autorů:

  • Akad. Arch Aleš Brotánek (ABatelier)
  • Ing. Martin Konečný (Kalksandstein)
  • Ing. Václav Šenbauer (Recifa a.s.)
  • Ing. Michaela Hubertová (Lias Vintířov)
  • Ing. Tomáš Doležel (CEMEX)
     

Diskuse


Naši členové
  • Divize WEBER, Saint-Gobain Construction Products CZ a.s.
  • ASTING CZ PASIVNÍ DOMY s.r.o.
  • URSA CZ s.r.o.
  • Ing. Michael Jaďuď
  • TAUSH, s.r.o.
  • Úsporné bydlení s.r.o.
  • KONSTRUKTA - STAVBY s.r.o.
  • JRD s.r.o.
  • Kalksandstein CZ s r.o.
  • Michal Škařupa - aluplast GmbH
  • TECTOR ateliér - Ing. Martin Němeček
  • ISOCELL GmbH
  • Ing. Martin Škornička
  • Divize Isover, Saint-Gobain Construction Products CZ a.s.
  • Chytrý dům s.r.o.
  • 3AE s.r.o.
  • ATREA s.r.o. | DOMY ATREA
  • Ing. Michal Hučík
  • DŘEVOSTAVBY BISKUP s.r.o.
  • Ing. arch. Petr Dobrovolný