CZ27796U1

CZ27796U1 - Konstrukční perforovaný oplášťující prvek s nízkým difuzním odporem

Info

Publication number: CZ27796U1
Application number: CZ2014-30198U
Authority: CZ
Inventors: Jiří Teslík; Jiří Labudek; Petr Waldstein
Original assignee: Vysoká škola báňská- Technická univerzita Ostrava
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-02-06
Also published as: SK501492014U1; SK7346Y1

Description

Konstrukční perforovaný oplášťující prvek s nízkým difuzním odporem

Oblast techniky

Řešení se týká deskového konstrukčního prvku s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva opatřeného perforací, který je určen pro obvodové pláště staveb.

Dosavadní stav techniky

Obvodové nosné konstrukce dřevostaveb jsou obvykle tvořeny svislými nosnými prvky a oplášťující konstrukcí. Svislé nosné prvky mohou být z masivního dřeva či dřevěných nosníků tvaru I. Nosníky v konstrukcích dřevostaveb zajišťují statickou únosnost stavby. Pro ztužení konstrukcí dřevostaveb ve vodorovném směru se svislé nosníky opatří opláštěním z vnitřní anebo vnější strany konstrukce. Dřevěné nosníky a oplášťující desky tvoří nosnou konstrukci dřevostaveb. Jako materiál opláštění se obvykle využívá desek na bázi dřeva, např. desek OSB. Výhodou opláštění z desek na bázi dřeva je jejich velká únosnost a nízká hmotnost. Při ztužení konstrukce pouze z jedné strany, obvykle z interiéru, dochází k omezení tuhosti dřevostaveb jako celku a je nutno konstrukce ztužovat dalšími konstrukčními prvky. U difuzně uzavřených systémů obsahujících parozábranu na vnitřním líci, je možno použít opláštění s desek na bázi dřeva na vnitřní i vnější straně konstrukcí. U difuzně otevřených systémů je možno využít opláštění z desek na bázi dřeva pouze na vnitřní líc konstrukcí. Důvodem je vysoká hodnota difuzního odporu neperforovaných desek na bázi dřeva, typicky μ = 50-200. Pokud se použije neperforovaná oplášťující deska na bázi dřeva i ze strany exteriéru, často dochází uvnitř konstrukce k nepřípustné kondenzaci vodní páry. Kondenzační zóna se nachází na exteriérové straně konstrukce na vnitřním povrchu vnější oplášťující desky.

V japonské přihlášce vynálezu č. JP 19990156951 je popsáno řešení, které zabraňuje uchovávání vlhkosti a vniknutí dešťové vody do stěny budovy. Řešení spočívá v umístnění panelu s propustnými otvory pro vzduch, nebo vody na vnější vrstvu podkladového materiálu stěny budovy. Panel se aplikuje na stěnu budovy společně s tepelnou izolací a umožňuje komunikaci propustných otvorů s ventilační vrstvou stěny budovy. Panel, který slouží jako obklad fasády, neslouží pro vytvoření nosné konstrukce a nelze jej použít jako oplášťující desku. Panel je vyroben z plechu, a ne z materiálů na bázi dřeva.

V korejské přihlášce vynálezu č. KR 20020053842 je popsán další panel, který slouží k odvětrání vlhkosti z konstrukce stěny budovy a odvod vodní páry pomocí ventilačního průchodu a větracích otvorů, které mohou nabývat různých tvarů a velikosti. Panel je určen pro interiéry budov, jelikož má i dekorativní funkci, a proto nemůže být určen pro exteriéry budov jako oplášťující deska. Základní deska panelu popsaného v této přihlášce je opatřena ventilačním otvorem, přičemž její konstrukce na horní, dolní, přední i zadní straně podporuje ventilaci vzduchu skrz panel. Ventilační průchody mají stanovenu šířku a výšku, přičemž ventilační otvory můžou být tvarovány různě.

V americké přihlášce vynálezu č US 2003194584 je dále popsán vynález, který slouží jako dekorativní a odolná forma sádrokartonové deskové stěny pro použití v konstrukci stěny budovy. Skládá se ze sádrového panelu, lepicí vrstvy, dekorativní propustné vinylové vrstvy s póry pro odvádění vlhkosti, a biologicky nerozložitelných skleněných vláken. Stěna desky má voděodolné sádrové jádro vyztužené skleněnými vlákny. Dekorační propustná fólie z plastu uspořádaná na jedné straně sádrové desky je uchycena na zeď pomocí lepicí vrstvy. Hotový vynález slouží jako dekorativní deska, odolná proti plísním a nebude zadržovat vlhkost v místnosti. Nelze jej využít jako konstrukční - nosný prvek, slouží jako opláštění a dekorace stěnových konstrukcí. Není vyroben z přírodních materiálů na bázi dřeva

V japonské přihlášce vynálezu č. JP 2002322750 je zmíněno řešení, které slouží k zabránění povrchového poškození struktury materiálu, způsobeného stagnující vlhkostí. Řešení představuje tepelně izolační desku s otvory s propustnou fólií na vnější straně desky. V řešení tohoto vynálezu se nejedná o konstrukční - nosnou desku, deska má primárně funkci tepelně izolační.

-1 CZ 27796 Uí

V další japonské přihlášce č. JP 19900104468 je popsáno řešení, panel, který je složený z nosných prvků svislých, vodorovných a ztužujících prvků. Perforovaná deska na bázi dřeva zde neplní funkci nosnou. Uvedená obvyklá tloušťka je 6 mm. Tato tloušťka není dostatečná pro využití jako nosného či ztužujícího prvku v obvodové konstrukci. Z uvedeného popisu není zřejmé, že by perforovaná deska sloužila k odvodu vodní páry z konstrukce do exteriéru. Její použití je zde uvedeno i pro interiérovou stranu konstrukcí stěn, stropů, podlah. Použitím na interiérové straně konstrukce výrazně zhoršíme vzduchotěsnost a parotěsnost obvodové konstrukce. Domníváme se, že deska je určena spíše pro vnitřní konstrukce v objektech a měla by zajistit přirozenou ventilaci, tedy výměnu vzduchu mezi místnostmi. Pokud by byl panel použit v obalových konstrukcích, musel by obsahovat tepelnou izolaci. Případně je jej možno využívat pro nezateplené vnější konstrukce. Nalezený prvek není určen pro nosnou či ztužující funkci v konstrukci a zároveň není určen pro odvod vodní páry z konstrukcí do exteriéru.

V současné době se na trhu nevyskytuje deskový materiál na bázi dřeva s takovou hodnotou difuzního odporu μ, aby jej bylo možno použít jako oplášťující desku ze strany exteriéru dřevostaveb a zároveň aby dosahoval potřebných mechanicko-fyzikálních parametrů vhodných pro vnější opláštění u difůzně otevřených obvodových plášťů dřevostaveb.

Cílem řešení je vytvoření deskového konstrukčního prvku na bázi dřeva s potřebnými mechanicko-fyzikálními parametry a nízkým difuzním odporem μ < 50.

Podstata technického řešení

Nedostatky dosavadních řešení konstrukčních deskových materiálů prvků na bázi dřeva do značné míry odstraňuje konstrukční oplášťující prvek s nízkým difuzním odporem opatřený perforací, jehož podstata spočívá vtom, že je tvořen deskou, jež má v půdorysném řezu tvar čtyřúhelníku a je opatřena průchozími otvory, které jsou uspořádány v odstupu vůči sobě, přičemž jejich vzdálenost 1 je v rozmezí 80 až 120 mm.

Pro zaručení difuzního odporu μ 1 až 4 je výhodné, je-li deska opatřena průchozími otvory o průměru 5 až 15 mm.

Jako výhodná pro montáž je deska s rozměry 2500 x 1250 (625) mm a tloušťku 10 až 25 mm, přičemž pro zaručení difuzního odporu μ 1 až 4 je tato opatřena 100 otvory na 1 m².

Pro vzájemné spojování konstrukčních oplášťujících desek je výhodné, je-li každá z nich po obvodu opatřena perem a drážkou.

Deskový konstrukční prvek s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva podle tohoto řešení tvoří konstrukční perforovaná deska (např. dřevotřísková deska, OSB, překližka, atd.). Pro zajištění nízkého difuzního odporu μ výsledného deskového konstrukčního prvku je v konstrukční perforované desce vytvořena perforace v podobě průchozích otvorů různých dimenzí a různých roztečí. Tyto otvory mohou mít v půdorysném řezu různý tvar, například čtyřúhelníku, kruhu, oválu apod. Perforace v podobě otvorů v deskovém konstrukčním prvku, např. v konstrukční perforované desce, zajistí vyrovnání parciálních tlaků vodní páry na obou stranách desky a tím dojde ke snížení difuzního odporu μ deskového konstrukčního prvku podle Tab. 1.

Podíl plochy otvorů A_p.[%]	Součinitel podmínek působení z [%]	snížení faktoru difúzního odporu μ o X %
0	1	0
0,1	0,3	70
0,2	0,08	92
0,3	0,06	94
0,4	0,03	97
0,6	0,02	98
1	0,01	99

-2CZ 27796 U1

Tab. 1: Závislost podílu plochy otvorů na hodnotě součinitele podmínek působení

Tím se výrazně eliminuje nebezpečí kondenzace vodní páry v obvodových konstrukcích dřevostaveb při použití konstrukčních desek jako vnějšího opláštění.

Nové řešení konstrukčního prvku s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva dává možnost konstruovat difuzně otevřené obvodové konstrukce staveb za současného zvýšení mechanické odolnosti a tuhosti konstrukce stavby s výrazným snížením nebezpečí kondenzace vodní páry uvnitř konstrukcí. Použití takto řešeného konstrukčního prvku má i vliv na zvýšení požární odolnosti skladby, tj. musí splňovat kritérium REI.

Z technického hlediska je použití oplášťujících desek ze strany interiéru (neperforované) a exteriéru (perforované) konstrukce velmi výhodné v kombinaci s foukanými izolacemi. Při aplikaci (foukání) foukaných izolací je izolantem a vzduchem vyvíjen tlak na stěny konstrukce. Může tak docházet k boulení stěn. Použitím konstrukčních perforovaných desek ze strany interiéru a exteriéru se toto nebezpečí eliminuje.

Objasnění výkresů

Řešení deskového konstrukčního prvku s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva bude blíže vysvětleno pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje čelní pohled na deskový konstrukční prvek s otvory, obr. 2 znázorňuje pohled na deskový konstrukční prvek v horizontálním řezu B-B, obr. 3 znázorňuje pohled na deskový konstrukční prvek ve vertikálním řezu A-A, obr. 4 znázorňuje rozložení tlaků vodní páry skladby č. 1, obr. 5 znázorňuje rozložení tlaků vodní páry skladby č. 2, obr. 6 znázorňuje čelní pohled na deskový konstrukční prvek opatřený perem a drážkou, obr. 7 znázorňuje pohled na deskový konstrukční prvek v horizontálním řezu B-B opatřený perem a drážkou a obr. 8 znázorňuje pohled na deskový konstrukční prvek v horizontálním řezu BB opatřený perem a drážkou.

Příklad provedeni technického řešení

Řešení bude vysvětleno na následujících příkladných konstrukčních provedeních s rozdílným průměrem otvorů a výsledným difuzním odporem, přičemž toto řešení není omezeno tvarem otvorů nebo jejich rozměry a roztečemi.

Příklady provedení deskového konstrukčního prvku s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva opatřeného perforací jsou znázorněny na obr. 1 až obr. 3

Příklad provedení konstrukční oplášťující prvek 1 s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva tvoří deska 2 na bázi dřeva o rozměrech 2500 x 1250 (625) mm a tloušťce od 10-25 mm, přičemž perforace v desce 2 je vytvořena pomocí vyvrtaných otvorů 3. Průměr otvorů 3 je 5 mm a vzdálenost otvorů 3 od sebe je 10 cm. Počet otvorů 3 na 1 m² je 100. Deska 2 na bázi dřeva může být v provedení s perem 4 a drážkou 5, nebo bez pera a drážky jak je patrné z obr. 6 až 8. Výsledný difuzní odpor deskového konstrukčního prvku 1 je μ - 4 podle Tab. 2.

Další příklad provedení konstrukční oplášťující prvek 1 s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva tvoří deska 2 na bázi dřeva o rozměrech 2500 x 1250 (625) mm a tloušťkách od 10 25 mm, přičemž perforace v desce 2 je vytvořena pomocí vyvrtaných otvorů 3. Průměr otvorů 3 je 10 mm a vzdálenost otvorů 3 od sebe je 10 cm. Počet otvorů 3 na 1 m² je 100. Deska 2 na bázi dřeva může být v provedení s perem 4 a drážkou 5, nebo bez pera a drážky, jek je patrné z obr. 6 až 8. Výsledný difuzní odpor konstrukčního oplášťujícího prvku 1 je μ = 1 podle Tab. 2.

Další příklad provedení konstrukčního oplášťujícího prvku 1 s nízkým difuzním odporem na bázi dřeva tvoří deska 2 na bázi dřeva o rozměrech 2500 x 1250 (625) mm a tloušťkách od 10 25 mm, přičemž perforace v desce 2 je vytvořena pomocí vyvrtaných otvorů 3. Průměr otvorů 3 je 15 mm a vzdálenost otvorů 3 od sebe je 10 cm. Počet otvorů 3 na 1 m² je 100. Deska 2 na bázi dřeva může být v provedení s perem 4 a drážkou 5, nebo bez pera a drážky jak je patrné

-3CZ 27796 U1 z přiložených obrázků. Výsledný difuzní odpor konstrukčního oplášťujícího prvku 1 je μ = 1 podle Tab. 2.

& n v E	Počet otvorů n [ks]	Průměr otvorů B [m]	Plocha otvorů [m²]	Procento otvorů v desce np %	Součinitel podmínek působení z [%]	Snížení faktoru difúzního odporu X%	Výchozí faktor difúzního otvoru OSB desky μ]-]
1	100	0,005	0,001964	0,20	0,080	92	4,00
1	100	0,010	0,007854	0,80	0,015	98	1,00
1	100	0,015	0,017672	1,80	0,010	99	1,00

Tab. 2 Výpočet výsledného faktoru difuzního odporu perforované OSB desky

Aplikace perforovaných oplášťujích desek má využití nejen u svislých konstrukcí, ale je velmi výhodná i v konstrukci podlah dřevostaveb nad větranou vzduchovou mezerou jako exteriérová vrstva. Je však nutné důsledně řešit difúzi vodní páry a vyloučit nebezpečí kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce. Uvedené aplikace jsou níže posouzeny podle ČSN, podle které byly posouzeny skladby konstrukce č. 1 a č. 2.

Praktické použití výše popsaného deskového konstrukčního prvku s nízkým difuzním odporem je uvedeno v následujícím textu.

Jako příklad využití perforované desky na bázi dřeva s nízkým difuzním odporem byla posouzena skladba obvodové stěny dřevostavby. Cílem bylo stanovit bilanci vlhkosti a hodnotu difúze vodní páry dle ČSN 730540. Posouzení bylo provedeno v programu TEPLO2010. Pro posouzení byla zvolena skladba obvodové stěny dřevostavby s difuzně otevřeným pláštěm a tepelnou izolací z foukané celulózy. Posouzení bilance vodní páry bylo provedeno pro skladby konstrukce č. 1 s neperforovanou konstrukční deskou z OSB v exteriéru skladby a pro skladbu č. 2 s perforovanou konstrukční deskou z OSB.

Níže jsou uvedeny okrajové podmínky výpočtu, skladba konstrukce č. 1 a č. 2, hodnoty difúze vodní páry, bilance vlhkosti v konstrukci a požadavky na šíření vlhkosti v konstrukci dle ČSN 730540-2.

Okrajové podmínky výpočtu - Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi:	0.13m²K/W
- dtto pro výpočet kondenzace a povrch teplot Rsi:	0.25 m²K/W
- Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse :	0.04 m²K/W
- dtto pro výpočet kondenzace a povrch teplot Rse :	0.04 m²K/W

- Návrhová venkovní teplota Te :	-15.0 C
- Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai:	21.0 C
- Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe :	84.0 %
- Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi:	55.0 %

-4CZ 27796 U1

Skladba konstrukce č. 1 (od interiéru): neperforovaná konstrukční deska

v Číslo Název	D[m]	L[W/mK]	C[J/kgK]	Ro[kg/m³]	Mi[-]	Ma[kg/m²
1	Sádrokarton	0.0125	0.2200	1060.0	750.0	9.0	0.0000
2	Uzavřená vzduc	0.0500	0.2940	1010.0	1.2	0.2	0.0000
3	OSB desky	0.0150	0.1300	1700.0	650.0	50.0	0.0000
4	Climatizer Piu	0.2500	0.0370	2000.0	27.0	1.1	0.0000
5	OSB desky	0.0150	0.1300	1700.0	650.0	50.0	0.0000

Difúze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540: (bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:

rozhraní: i 1-2 2-3 3-44-5 e tepl.[C]:

P [Pa]: p,sat [Pa]:

19.8 19.5 18.7 18.2 -14.3-14.8

1367 1294 1288 802 624138

2308 2270 2157 2084 176168

Při venkovní návrhové teplotě dochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry.

Kond. zóna Hranice kondenzační zóny číslo levá [m] pravá

Kondenzující množství vodní páry [kg/m²s]

0.3275 0.3275

1.974E-0007

Celoroční bilance vlhkosti:

Množství zkondenzované vodní páry Mc, a:

Množství vypařitelné vodní páry Mev, a:

1.250 kg/m²,rok

3.070 kg/m²,rok

Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než 10° C.

Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2)

Požadavky:

1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce.

2. Roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu.

3. Roční množství kondenzátu Mc, a musí být nižší než 0,1 kg/m².rok, nebo 3% plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot).

Limit pro max. množství kondenzátu odvozený z min. plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 0,203 kg/m²,rok (materiál: Climatizer Plus 1).

Dále bude použit limit pro max. množství kondenzátu: 0,100 kg/m²,rok

Vypočtené hodnoty: V kci dochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci.

Roční množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 1,2501 kg/m²,rok

Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 3,0703 kg/m²,rok

Vyhodnocení 1. požadavku musí provést projektant.

Mc,a < Mev,... 2. požadavek je splněn.

Mc,a > Mc,N.. .3. požadavek není splněn.

Rozložení tlaků vodní páry skladby konstrukce č. 1 je znázorněno na obr. 4.

-5CZ 27796 U1

Skladba konstrukce č. 2 (od interiéru): perforovaná konstrukční deska na straně exteriéru

Číslo Název D[m] L[W/mK]

1	Sádrokarton	0.0125	0.2200
2	Uzavřená vzduc	0.0500	0.2940
3	OSB desky	0.0150	0.1300
4	Climatizer Piu	0.2500	0.0370
5	OSB perforovaná	0.0150	0.1300

C[J/kgK]	Ro[kg/m3]	Mi[-]	Ma[kg/m2]
1060.0	750.0	9.0	0.0000
1010.0	1.2	0.2	0.0000
1700.0	650.0	50.0	0.0000
2000.0	27.0	1.1	0.0000
1700.0	650.0	4.0	0.0000

Difúze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540: bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:

rozhraní: i 1-2 2-3 3-44-5 e tepl.[C]:

P [Pa]: p,sat [Pa]:

19.8 19.5 18.7 18.2 -14.3-14.8

1367 1253 1242 479 199138

2308 2270 2157 2084 176168

Kond.zóna Hranice kondenzační zóny Kondenzující množství číslo levá [m] pravá vodní páry [kg/m²s]

1 0.3275 0.3275 Celoroční bilance vlhkosti:	8.054E-0008
Množství zkondenzované vodní páry Mc,a:	0.046 kg/m²,rok
Množství vypařitelné vodní páry Mev,a:	32.203 kg/m²,rok

Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než -10.0 C.

Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2)

Požadavky:

1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce.

Limit pro max. množství kondenzátu odvozený z min, plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 0,203 kg/m²,rok (materiál: Climatizer Plus 1).

Dále bude použit limit pro max. množství kondenzátu: 0,100 kg/m²,rok

Roční množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 0,0459 kg/m²,rok

Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 32,2031 kg/m²,rok

Vyhodnocení 1. požadavku musí provést projektant.

Mc,a < Mev,a... 2. požadavek je splněn.

Mc,a < Mc,N... 3. požadavek je splněn.

Rozložení tlaků vodní páry skladby konstrukce č. 2 je znázorněno na obr. 5

-6CZ 27796 U1

Z posouzení skladby č. 1 a č. 2 je zřejmé, jaký vliv má perforace v oplášťující desce na snížení množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce. Perforace v konstrukční desce na straně exteriéru, skladba č. 2, umožní difúzi vodní páry do vnějšího prostředí, snižují parciální tlak vodní páry, viz obr. 5 a nedochází tak k masivní kondenzaci vodní páry jako v případě skladby konstrukce č. 1. V případě skladby č. 1 nejsou splněny podmínky ČSN 730540-2 na maximální množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce. V případě skladby č. 2 jsou podmínky splněny.

Průmyslová využitelnost

Deskový konstrukční prvek na bázi dřeva je využitelný napříč stavebním průmyslem obzvláště v oblasti moderních staveb na bázi dřeva. Je použitelný v oblastech nízkoenergetických až pasivních staveb, kde je nutno precizně řešit stavební tepelnou techniku a akustiku obvodových plášťů na bázi dřeva při zachování mechanické odolnosti.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Konstrukční oplášťující prvek (1) s nízkým difuzním odporem a opatřený perforací, vyznačující se tím, že je tvořen deskou (2), jež má v půdorysném řezu tvar čtyřúhelníku a je opatřena průchozími otvory (3), které jsou uspořádány v odstupu vůči sobě, přičemž jejich vzdálenost 1 je v rozmezí 80 až 120 mm.
2. Konstrukční oplášťující prvek (1) s nízkým difuzním odporem opatřený perforací, vyznačující se tím, že je tvořen deskou (2), na bázi dřeva.
3. Konstrukční oplášťující prvek (1), podle nároku 1, vyznačující se tím, že průměr průchozích otvorů (3)vje5ažl5 mm.
4. Konstrukční oplášťující prvek (1), podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že deska (2) má rozměr 2500 x 1250 mm, nebo 2500 x 625 mm a tloušťku 10 až 25 mm a je opatřena 100 otvory (3) na 1 m², přičemž výsledný difuzní odpor deskového konstrukčního prvku (1) je μ 1 až 4.
5. Konstrukční oplášťující prvek (1), podle nároku 1, vyznačující se tím, že deska (2) může být v provedení s perem (4) a drážkou (5).