Problematika vzduchotěsnosti halových objektů ve vztahu k certifikaci metodikou BREEAM

2015
Ing. Viktor Zwiener, Ph.D., Ing. Leoš Martiš, Ing. Jan Matička
Foto: Ing. Viktor Zwiener, Ph.D., Ing. Martin Černohorský

Pro zahraničního investora jsme zajišťovali komplexní certifikaci BREEAM k novostavbě velkoobjemové skladové haly nedaleko Prahy. Požadavek na těsnost obálky stavby investor vznesl bez ohledu na certifikaci BREEAM, zřejmě si vědom příznivého přínosu této vlastnosti na náklady na vytápění ze svých zahraničních projektů.

PRŮVZDUŠNOST V CERTIFIKAČNÍM SYSTÉMU BREEAM

Základní informace o certifikačním systému BREEAM jsme v minulosti uvedli v článku kolegyně Ing. Daniely Danešové (licencovaná BREEAM Assessorka): BREEAM a LEED – Certifikace z hlediska udržitelného rozvoje. Připomeňme pouze, že se jedná o jeden z celosvětově nejrozšířenějších a nejuznávanějších systémů certifikace staveb z hlediska udržitelné výstavby, který současně slouží i jako motivační nástroj pro investora ke zvyšování kvality a užitných vlastností staveb a pro jejich vzájemné porovnávání. Metodika BREEAM je založena na bodovém systému, kterým se hodnotí soubor jednotlivých kritérií. Pro dosažení požadovaného stupně certifikace je zapotřebí splnit a získat předepsaný minimální počet bodů.

V polovině roku 2013 BRE vydalo nový technický manuál pro certifikaci novostaveb (BREEAM International New Construction – Technical Manual), který upravil metodiku hodnocení. Jednou z novinek vůči předchozí verzi manuálu (BREEAM Europe Commercial 2009 Assessor Manual) je možnost zohlednit parametr vzduchotěsnosti obálky stavby v bodovém hodnocení. A právě úprava metodiky certifikace umožnila s výhodou využít požadavku investora na vzduchotěsnost stavby zároveň pro hodnocení BREEAM. Investor si vytyčil za cíl dosažení stupně hodnocení „very good“. Vzduchotěsnost obálky může do procesu certifikace vstoupit hned ve 2 oblastech:

• Management
• Energy

V oblasti Management se konkrétně jedná o možnost zisku 1 kreditu v podoblasti Man 01 Sustainable procurement (Řízení procesu přípravy a výstavby s ohledem na udržitelný rozvoj), a to ve fázi construction and handover (výstavba a převzetí stavby). V oblasti Energy se pak jedná o možnost zisku až 2 kreditů v podoblasti Ene 01 Energy efficiency (energetická účinnost), avšak pouze za předpokladu, že není možné nebo vhodné provést hodnocení energetické účinnosti stavby schváleným výpočtovým programem. Hodnocení schváleným výpočtovým programem obvykle vede k dosažení lepšího bodového hodnocení. V našem případě jsme z tohoto důvodu použili schválený program Energetika ze skupiny programů pro stavební fyziku DEKSOFT. Test vzduchotěsnosti obálky haly jsme tedy využily pro získání jednoho kreditu v podoblasti Man 01. Možný kreditový zisk shrnuje tab. 1.

Tab. 1 – Požadovaná kritéria na průvzdušnost objektů dle manuálu BREEAM

Jak je z tabulky patrné, odvolává se technický manuál na národní předpisy. Připomeňme, že v České republice a na Slovensku se vzduchotěsnost hodnotí jako intenzita výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa mezi interiérem a exteriérem – hodnota označována jako n₅₀ (1/h). U hodnoty n₅₀ je vztažnou veličinou celkový objem měřeného prostoru. U průvzdušnosti je vztažnou veličinou plocha obálky měřeného prostoru a vypočítá se dle ČSN EN 13829 podle následujícího vztahu:

q₅₀ = V₅₀ / A_E (m³/(h.m²))

kde
V₅₀ je objemový tak vzduchu potřebný pro udržení tlakového rozdílu 50 Pa [m³]
A_E je plocha obálky měřeného prostoru [m²]

Hodnota q₅₀ uvádí, kolik m³ vzduchu průměrně projde 1 m² obálky budovy za 1 h při tlakovém rozdílu 50 Pa. Na rozdíl od některých evropských zemí nemá Česká republika ve svých předpisech požadované maximální hodnoty zavedeny, a proto platí v České republice hodnoty uvedené v tabulce 1.

SPECIFIKACE HALY, KTERÁ BYLA PŘEDMĚTEM CERTIFIKACE BREEAM (V DALŠÍM TEXTU JAKO „CERTIFIKOVANÁ HALA“)

Půdorysné rozměry haly byly 230×170 m a výška 13,5 m. V hale byla přibližně v polovině plánována dělicí příčka, která celkový objem 521 000 m³ rozdělí na dva dílčí prostory o objemech 225 000 m³ a 296 000 m³ (viz také obr. 10). Nosnou konstrukci tvořily železobetonové sloupy a vazníky. Stěny byly plánovány z kompletizovaných sendvičových panelů s tl. tepelné izolace 100 mm a s vloženou butylkaučukovou páskou mezi panely. Střechu tvořily trapézové plechy s parotěsnicí a vzduchotěsnicí vrstvou z PE fólie, tepelnou izolací tl. 160 mm z minerálních vláken a hydroizolační vrstvou z PVC-P fólie. Do objektu bylo navrženo 17 dveří a 21 vjezdových vrat, z čehož byla 2 vrata úrovňová s nájezdovou rampou můstkem a 19 vrat mimoúrovňových s vnitřním nakládacím můstkem. Dále bylo ve střeše navrženo 140 bodových a 14 pásových světlíků.

OVĚŘENÍ PLÁNOVANÝCH KONSTRUKCÍ NA ZKUŠEBNÍ HALE

Konzultace s projektantem a realizační firmou ohledně řešení vzduchotechnických opatření probíhaly od samého začátku realizace. Do projektu jsme tak mohli vnést naše zkušenosti z měření jiných objektů. U vybraných konstrukčních prvků byla navíc provedena praktická zkouška. Pro tento účel byla využita menší již realizovaná hala, která sice měla odlišnou konstrukci obvodové stěny (C-kazety s tepelnou izolací z minerálních vláken oproti plánovaným sendvičovým panelům), ale ostatní konstrukce a řešení detailů měla obdobné jako plánovaná certifikovaná hala. Jednalo se především o tyto detaily:

• těsnění spoje mezi C-kazetami (utěsnění bylo provedeno butylkaučukovými páskami);
• napojení C-kazet na nosné sloupy (opět řešeno butylkaučukovými páskami);
• napojení dveří a vrat do obvodových stěn;
• těsnost vrat;
• střešní světlíky.

Zkušební hala měla celkový vnitřní objem 24 900 m³ a plochu obalových konstrukcí 7 100 m². V obvodových stěnách bylo 5 vstupních dveří a 19 průmyslových sekčních vrat. Deset z nich mělo nakládací můstek se sklopným klínem (obr. 1) a devět vrat bylo bez nakládacího můstku.

A) sekční vrata s dojezdem k můstku se sklopným klínem
B) sekční vrata s vnitřním nakládacím můstkem se sklopným klínem

Obr. 1 – Průmyslová vrata s klasickým a vnitřním nakládacím můstkem (příklady)

Měření se uskutečnilo v březnu 2014, kdy ještě byla dostatečná zima pro získání vhodného rozdílu teplot mezi interiérem a exteriérem, a proto byla součástí měření průvzdušnosti také termodiagnostika. Termodiagnostika byla provedena v interiéru haly za přirozeného tlakového rozdílu a při udržovaném podtlaku v interiéru cca 30 Pa. Porovnání termogramů pořízených za různých tlakových podmínek umožňuje přesnou lokalizaci netěsností. Měření průvzdušnosti bylo provedeno pouze za podtlaku. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v grafu na obr. 2 (zelená přímka a body). Z uvedených dat vychází průvzdušnost q₅₀ = 4,5 m³/(h.m²), která vysoce převyšuje požadovanou hodnotu u certifikované haly.

Obr. 2 – Naměřené hodnoty při stanovení průvzdušnosti q₅₀

Na obr. 3 až 8 jsou ukázky termogramů vybraných detailů. Teplota vzduchu v exteriéru byla 5 °C až 7 °C a v interiéru (cca 1,5 m nad podlahou) 14,5 °C až 16,5 °C. Z termogramů je patrné, že „nejslabším článkem“ objektu jsou světlíky a vrata a jejich připojovací spára a styk nakládacích můstků s podlahou haly.

Civilní fotografie	Přirozený tlakový rozdíl	Podtlak
Obr. 3 – Plocha stěny, tepelně se propisují pásnice C-kazet; spoje mezi C-kazetami a spoj C-kazet s nosnými sloupy jsou vzduchotěsné
Obr. 4 – Plocha stěny, patrná jsou lokální nevzduchotěsná místa ve spoji C-kazet (pravděpodobně z důvodu chybné aplikace butylkaučukové pásky)
Obr. 5 – Vrata bez nakládacího můstku, patrné je nevzduchotěsné provedení připojovací spáry
Obr. 6 – Vrata s nakládacím můstkem se sklopným klínem
Obr. 7 – Detail nakládacího můstku se sklopným klínem
Obr. 8 – Světlíky

Poznámka k obr. 3 až 8: Z důvodů odlišného součinitele emisivity vnitřní povrchové vrstvy C-kazet a betonu neplatí na termogramech teplotní stupnice pro betonové konstrukce.

Pro zjištění míry vlivu styku můstků s podlahou na celkovou průvzdušnost jsme u šesti můstků tento detail vzduchotěsně zalepili lepicími páskami (obr. 9). Následně jsme opakovali měření průvzdušnosti při podtlaku (modrá čárková přímka a body na obr. 2). Průvzdušnost se snížila ze 4,6 m³/(m².h) na 3,9 m³/(m².h), viz také tab. 2.

Obr. 9 – Přelepený styk rampy a podlahy haly

MĚŘENÍ CERTIFIKOVANÉ HALY

Na základě výsledků měření bylo rozhodnuto, že způsoby těsnění mezi C-kazetami vzájemně a mezi C-kazetami a nosnými sloupy se použijí také u sendvičových panelů plánované certifikované haly. Nejproblematičtější konstrukcí tak zůstaly světlíky a vrata a způsob jejich osazení do obvodové stěny. Ve spolupráci s realizační firmou jsme koncepčně navrhli řešení detailu spoje a současně jsme doporučili použití sekvenčních vrat s vnitřními nakládacími můstky se sklopným klínem (obr. 1). V průběhu výstavby jsme provedli několik kontrol, díky kterým jsme eliminovali nepříjemná překvapení při měření po dokončení obálky. Po dostavbě celé haly bylo provedeno měření průvzdušnosti. Půdorys haly je na obr. 10.

Obr. 10 – Schéma půdorysu haly s vyznačením osazení měřicích zařízení

Jak již bylo řečeno, byla hala přibližně v polovině přepažena vzduchotěsnou dělicí příčkou (obr. 11 až 13), ve které byly 3 průchozí dveře a 3 průjezdová vrata. Vzduchotěsnost příčky se nám podařilo včas u investora a zhotovitele prosadit, čímž se zvýšila šance na úspěšnost měření. Otvory pro průjezdová vrata byly vzduchotěsně uzavřeny OSB deskami s přelepenými spoji. Do třech průchozích dveří byly osazeny výkonné měřicí sestavy blower door, každé se 3 ventilátory (obr. 13 a 14). Toto řešení umožnilo měřit halu po 2 částech, čímž bylo zapotřebí méně měřicích sestav a současně jsme nemuseli zařízení přemisťovat. Dále byly připraveny další dvě měřicí aparatury, které by byly v případě potřeby osazeny do dveří v obvodové stěně. Při měření části haly A byla v části B otevřena všechna vrata a tato část se prakticky chovala jako exteriér. Při měření části B byl postup obrácený.

Obr. 11 – Pohled do části B, nalevo dělicí příčka

Obr. 14 – Měřicí sestavy osazeny do dveří dělicí příčky

U části A byla naměřena hodnota q₅₀ = 0,58 m³/(h.m²) a u části B hodnota q₅₀ = 0,64 m³/(h.m²), viz také tab. 2. Na obr. 12 až 15 jsou opět termovizní snímky některých konstrukčních částí za přirozeného tlakového rozdílu a při podtlaku v interiéru. Teplota vzduchu v exteriéru byla cca 5,0 °C a v interiéru (cca 1,5 m nad podlahou) 13,0 °C.

Civilní fotografie	Přirozený tlakový rozdíl	Podtlak
Obr. 15 – Termogram koutu dělicí příčky a obvodové stěny, patrna jsou lokální nevzduchotěsná místa mezi sendvičovými panely a v úrovni parapetu okna
Obr. 16 – Vrata s vnitřním nakládacím můstkem se sklopným klínem, patrna jsou nevzduchotěsná místa ve vratech, připojovací spáry jsou provedeny vzduchotěsně
Obr. 17 – Vzduchotěsně osazený střešní světlík
Obr. 18 – Střešní světlík s lokální netěsností

Na základě porovnání měření zkušební haly a certifikované haly lze konstatovat, že plocha fasády obsahuje v obou případech pouze lokální nevzduchotěsná místa. V certifikované hale jsou vzduchotěsnější střešní světlíky a připojovací spáry vrat. Použitím vnitřních nakládacích můstků byly zcela eliminovány netěsnosti mezi můstkem a podlahou. Netěsnosti ve vratech jako výrobku lze u obou hal označit za přibližně stejné. Výsledkem veškerého snažení byla velice nízká hodnota průvzdušnosti obálky certifikované haly 0,6 m³/(h.m²). Jsme přesvědčeni, že bez informací získaných ze zkušební haly, bez úprav projektu a bez dohledu nad těsněním spár při výstavbě haly by byla hodnota výrazně vyšší. Z hlediska realizace nemá smysl se na hodnotu průvzdušnosti dívat pouze jako na číslo a na hodnocení „požadavek splněn / nesplněn“, popř. „kredit získán / nezískán“, ale je třeba vidět také reálné úspory na vytápění, které při tak velké ploše haly budou významné. V úvodu tohoto článku jsme uvedli, že certifikace dle BREEAM slouží mimo jiné také jako motivační nástroj pro zvyšování kvality staveb. Domníváme se, že v popsaném případě tato situace nastala a investor obdrží objekt s kvalitnější obálkou.

ÚVAHA NAD HODNOTOU PRŮVZDUŠNOSTI

Zamysleme se ještě nad hodnotou průvzdušnosti. Z metodiky měření plyne, že čím je měřený prostor větší, tím lze snáze získat nižší hodnotu n₅₀ resp. q₅₀. U certifikované haly jsme provedli pár dodatečných měření. Jedním z nich bylo také zjištění, jaký vliv na průvzdušnost části B mají jedny otevřené dveře o ploše 1,9 m² (0,9 x 2,1 m). Proto jsme provedli jednobodové měření při podtlaku 50 Pa. Jedná se o měření s větší mírou nejistoty, které sice ČSN EN 13829 nepřipouští, ale pro hrubý odhad je dostačující. S otevřenými dveřmi se průvzdušnost více jak zdvojnásobila (q₅₀ = cca 1,4 m³/(h.m²)). Při dalších otevřených dveřích už výkon všech zařízení nestačil na vytvoření požadovaného podtlaku 50 Pa. Plocha netěsností jedněch dveří 1,9 m² je k celkové ploše obalových konstrukcí části B 53 000 m² zanedbatelná a činí pouze 0,004 %, ale jak je patrné, na celkovou průvzdušnost má významný vliv. Proto je důležité se zabývat z hlediska vzduchotěsnosti každou konstrukcí a každým detailem. Pokud by měla mít certifikovaná hala stejnou průvzdušnost jako zkušební hala (q₅₀ = 4,6 m³/(h.m²)), znamenalo by to ponechat otevřené několikeré dveře nebo by obálka objektu musela být realizována s daleko většími netěsnostmi. Na základě tohoto závěru se domníváme, že stanovení pouze jedné požadované hodnoty pro všechny objekty bez zohlednění jejich geometrie je nedostačující. Podívejme se ještě na něktré další haly, jejichž průvzdušnost jsme měřili.

MĚŘENÍ DALŠÍCH HAL

Výrobní a skladovací hala 1, Senec (Slovensko)

Na obr. 19 až 23 jsou vnější a vnitřní pohledy haly a místa osazení měřicích sestav.

Objem: 145 000 m³
Plocha obalových konstrukcí: 30 900 m²

Naměřené hodnoty: n₅₀ = 0,3 (1/h), q₅₀ = 1,4 m³/(h.m²), viz také tab. 2. Hodnota q₅₀ splnila požadavek BREEAM a měření bylo použito pro získání kreditů.

Obr. 23 – Pohled do haly s osazenými měřicími sestavami

Výrobní a skladovací hala 2, Senec (Slovensko)

Na obr. 24 až 28 jsou pohledy na halu, pohledy do haly a jedna z měřicích sestav.

Objem: 277 000 m³
Plocha obalových konstrukcí: 53 500 m²

Další informace: v obvodových stěnách je 57 velkých sekčních vrat s dojezdem k nakládacím můstkům (viz obr. 1) a 18 malých sekčních vrat bez můstku. Nepodařilo se docílit požadovaného minimálního tlakového rozdílu 25 Pa. Naměřená hodnota tak byla odhadnuta.

Naměřené hodnoty: q₅₀ = cca 6,0 m³/(h.m²), viz také tab. 2. Hodnota q₅₀ nesplnila požadavek BREEAM a měření v této fázi nemohlo být použito pro získání kreditů. Byly navrženy úpravy a měření bude opakováno.

Obr. 24 – Pohled na halu

Tato hala byla s největším počtem vjezdových vrat, kterou jsme kdy měřili. Vzhledem k tomu, že 3/4 všech vrat byly s dojezdem k nakládacímu můstku, zajímala nás přibližná plocha potenciálních netěsností mezi nakládacím můstkem a podlahou haly. Obvod můstku je cca 6 m. Při předpokládané šířce spáry mezi můstkem a podlahou cca 1 cm a počtu 57 můstků vychází plocha netěsností cca 3,4 m². Prakticky se jedná o plochu dvou otevřených klasických dveří. Jaký vliv může mít tato plocha na výslednou průvzdušnost jsme si ukázali u certifikované haly.

Tab. 2 – Soubrn naměřených hodnot všech hal

POROVNÁNÍ S OSTATNÍMI HALAMI V EVROPĚ

V roce 2012 jsme se účastnili 7th International BUILDAIR-Symposium ve Stuttgartu. V přednášce paní Stefanie Rolfsmeier a pana Paula Simonse: „Postulat für Luftdichtheits-Grenzwerte bei großen Gebäuden“ byl mimo jiné prezentován graf závislosti změřené hodnoty průvzdušnosti na objemu měřeného prostoru. Uvedený graf je na obr. 29. Do obrázku jsou zaneseny změřeného hodnoty halových objektů prezentované v tomto článku. Čárkovanou křivkou je potom naznačen trend, který plně koresponduje s tvrzením „Čím je měřený prostor větší, tím lze snáze získat nižší hodnotu q₅₀“. Z uvedeného plyne, že stanovení pouze jedné požadované hodnoty pro všechny objekty bez zohlednění jejich geometrie se skutečně jeví jako nedostačující a požadavek by měl být do určité míry flexibilní jako je to například u některých jiných oborů.

Obr. 29 – Závislost naměřené hodnoty q50 na objemu haly, graf převztaý z Simons, P., Rolfsmeier, St.: Postulat für Luftdichtheits-Grenzwerte bei großen Gebäuden a doplněný o námi naměřené hodnoty

KONCEPČNÍ ÚPRAVA POŽADOVANÝCH HODNOT

Jak z toho ven? Naše akreditovaná zkušební laboratoř provádí mimo jiné akustická měření, mezi která patří také měření doby dozvuku. A právě u této veličiny se lze inspirovat. Dozvuk je velice důležitý parametr vnitřního prostoru z hlediska srozumitelnosti řeči, podání zvuku v prostoru (např. hudby) apod. Obecně lze dobu dozvuku definovat jako čas od vypnutí zdroje, za který dojde ke snížení hladiny zvuku o definovanou úroveň. Požadavky na dobu dozvuku jsou uvedeny v ČSN 73 0527. V normě je mimo jiné graf závislosti požadované doby dozvuku na objemu a druhu prostoru. Na obr. 30 je příklad pro sportovní a plavecké haly. Na ose X je v logaritmickém měřítku vynesen objem a optimální dobu dozvuku pro libovolně velký prostor lze odečíst na ose Y.

Obr. 30 – Požadovaná doba dozvuku ve sportovních a plaveckých halách v závislosti na objemu prostoru (příklad)

Průvzdušnost je rovněž závislá na objemu, stejně tak i na ploše obalových konstrukcí. Dva tvarově různé objekty stejného objemu nemají stejnou plochu obalových konstrukcí. Členitější hala má větší plochu obalových konstrukcí. Proto je pro stanovení požadavku na průvzdušnost výhodnější použít právě plochu obalových konstrukcí. Na obr. 31 je koncepčně navržen graf pro stanovení požadované hodnoty průvzdušnosti v závislosti na ploše obalových konstrukcí. Obecný vztah by mohl mít tvar:

q_50,N = -P ln (A_E) + Q

Kde konstanty P a Q je třeba stanovit na základě výsledků měření a popř. energetických výpočtů.

Obr. 31 – Návrh grafu pro stanovení požadované hodnoty průvzsušnosti na základě plochy obalových konstrukcí

PODKLADY