Výrobkové vlastnosti versus návrhové parametry konstrukce

Velká okna, která se u moderních staveb navrhují, mohou mít ve skutečnosti výrazně horší celkový součinitel prostupu tepla (Uw ) než ten, který je uveden v prohlášení o vlastnostech výrobku. Deklarované vlastnosti totiž platí většinou jen pro okno o rozměru 1,23 × 1,48 m. 
Na fotografii je rodinný dům ve svahu s velkými prosklenými plochami ve Šternberku, který získal čestné uznání poroty v soutěži Stavba roku Olomouckého kraje. Autoři: Ing. arch. Pavel Martinka, Ondřej Spousta (masparti s.r.o.), zhotovitel: Stavební firma Vymětal s.r.o. a další. (foto: OMNIS Olomouc, a.s.)
Velká okna, která se u moderních staveb navrhují, mohou mít ve skutečnosti výrazně horší celkový součinitel prostupu tepla (Uw ) než ten, který je uveden v prohlášení o vlastnostech výrobku. Deklarované vlastnosti totiž platí většinou jen pro okno o rozměru 1,23 × 1,48 m. Na fotografii je rodinný dům ve svahu s velkými prosklenými plochami ve Šternberku, který získal čestné uznání poroty v soutěži Stavba roku Olomouckého kraje. Autoři: Ing. arch. Pavel Martinka, Ondřej Spousta (masparti s.r.o.), zhotovitel: Stavební firma Vymětal s.r.o. a další. (foto: OMNIS Olomouc, a.s.)

Proč je nezbytné znát při navrhování staveb rozdíly mezi výrobkovými vlastnostmi a návrhovými parametry? Rozdíly mezi výrobkovými a konstrukčními parametry autor článku pro lepší představu vysvětluje na několika v praxi běžných příkladech. Neznalost těchto rozdílů má negativní dopad na kvalitu staveb. Stavba totiž není laboratoř.

Nedávno jsem měl možnost jako člen komise u státních závěrečných zkoušek sledovat nastupující generaci stavebních inženýrů a hodnotit znalosti a vědomosti, se kterými do odborného života vstupují. První z nich byly diplomové práce, které se zabývaly současným trendem v navrhování budov, tj. navrhováním stavby v BIM prostředí. Z rozprav nad pracemi však vyplynulo, že absolventi modelovat umí skvěle, ale často netuší, s jakými parametry pracují, kde se vzaly a co vlastně znamenají. Každodenní praxe tento trend neznalosti původu používaných parametrů bohužel jenom potvrzuje, a možné negativní dopady na kvalitu staveb se tím jen zvyšují.

Stavba není laboratoř

Rozdíl mezi dokonalou vyzdívkou se správně umístěnými vodovodními rozvody (foto č. 1) a smutnou skutečností na většině staveb (foto č. 2). Laboratorně deklarované hodnoty akustické zátěže způsobené odhlučněnými vodovodními rozvody jsou u běžné stavby nedosažitelné. (foto: archiv autora)

Zamyšlení nad rozdílem parametrů začíná už v přípravě nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011, kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh. To totiž změnilo pohled na posuzování výrobků ze shody na deklaraci vlastností. Jedním z cílů, které si nařízení vytklo, byla možnost přímé aplikace deklarovaných vlastností pro navrhování a provádění staveb. Tak problém vnímá i část odborné veřejnosti, ale bohužel ve většině případů je opak pravdou. Tlak na jednotnost, a především jednoduchost zkoušek přináší v reálném životě prohlubování rozdílů mezi vlastnostmi zkoušenými v laboratoři za jasně definovaných okrajových podmínek, kdy často jde o statistickou hodnotu z více měření, a parametry výrobku v kontextu vnitřních a vnějších vlivů okolí ve stavbě po zabudování.

Významné rozdíly mezi výsledky laboratorních zkoušek a skutečností po zabudování činí stále větší problémy nejen na stavbách a při řešení reklamací nevhodně zabudovaných výrobků, ale i během tvorby norem a právních předpisů. Aplikace parametrů v komplexním prostředí BIM tento rozpor může omezit, ale je nezbytné, aby datový standard vycházel z potřeb kategorií a parametrů základních prvků stavby, kterými jsou konstrukční prvky (části), nikoliv z členění podle výrobkových kategorií.

Stavba je užívána jako komplexní systém konstrukčních prvků se zabudovanými výrobky, jejichž vlastnosti ve stavbě se po zabudování významně liší od vlastností samostatného výrobku zkoušeného v laboratorních podmínkách zcela odlišných od reálných podmínek stavby.

Rozpor v názorech na parametry výrobků demonstruje i nedávná žaloba Evropy na Spolkovou republiku Německo ve věci platnosti DIN norem. Podle názoru Rady Evropy měly být některé DIN normy už zrušeny, protože udržují v platnosti požadavky na vlastnosti nad rámec harmonizace výrobkových norem, kdežto Německo trvá na vlastních parametrech vyplývajících ze znalosti prostředí, do kterého jsou výrobky zabudovávány. Spor pokračuje, dnes Německo blokuje harmonizaci několika novel evropských harmonizovaných norem pro zaměňování vlastností výrobku a parametrů na konstrukce z výrobků zhotovených, tedy stavby.

 

Součinitel tepelné vodivosti na stavbě

Rozdíly mezi výrobkovými a konstrukčními parametry se pokusím pro lepší představu vysvětlit na několika v praxi běžných příkladech. Jedním z nich je součinitel tepelné vodivosti λ (v praxi známá lambda), který se váže ke splnění šestého základního požadavku na stavby (energetická náročnost a tepelná ochrana). Právě tento parametr jsme dlouze diskutovali na zmiňovaných státnicích.

Výrobce deklaruje hodnotu λD podle harmonizovaných norem a norem zkušebních. Parametr výrobce stanovuje v laboratorních podmínkách homogenního samostatného výrobku. V reálných podmínkách stavby a podle klimatických podmínek umístění stavby především tepelná izolace v obalových konstrukcích (fasádě, střešním plášti či ve spodní stavbě) je vystavena teplotně-vlhkostnímu namáhání, které tuto vlastnost zhorší podle typu použití a způsobu zabudování o 10 % a někdy i více. Pokud si je projektant vědom těchto změn fyzikálních vlastností, použitím korekce vznikne hodnota návrhového součinitele tepelné vodivosti – lambda návrhová λu. U některých konstrukcí ale ani taková korekce není postačující, protože izolace je přikotvena, oslabena průchodem např. kotevních prvků větrané fasády apod. Teprve při zohlednění těchto parametrů je možné vypočítat součinitel prostupu tepla celé konstrukce a ten následně využít – posoudit konstrukci podle požadavků normy, energetické náročnosti budovy apod.

Na první pohled jde o základní inženýrskou dovednost. Kontroly projektových dokumentací před realizací ukazují, že tomu často tak není. U budov blížících se pasivnímu standardu a lepších mohou být tyto chyby významné, vedoucí až k ohrožení čerpání dotačních titulů. Následkem může být významná finanční škoda, v krajním případě i trestněprávní odpovědnost.

Jak navrhovat součinitel prostupu tepla u oken

Ve spojitosti se součinitelem prostupu tepla neboli U hodnoty, je vhodné se dotknout i deklarace výplní otvorů. Jejich výslednou hodnotu nejvíce ovlivňuje součinitel prostupu tepla zasklení Ug. Zde, pomineme-li vliv stárnutí, lze dát rovnítko mezi deklarovanou a návrhovou hodnotu. Jediné omezení vyplývá z parametrů stanovených pro zasklení ve svislé poloze. Možný odklon zasklené plochy od svislice způsobuje změnu parametru Ug, což je obvykle při výpočtech zanedbáno. Ug je však jen dílčí parametr, důležitější je hodnota Uw, tj. součinitel prostupu tepla celého okna, kterou výrobce oken deklaruje v prohlášení o vlastnostech, a platí většinou pro okno o rozměru 1,23 × 1,48 m. Tlak na snižování energetické náročnosti budov přinesl snahu výrobců deklarovat co nejlepší hodnoty. Nejběžnější současné okenní profily, plastové, mají hodnotu často stanovenou bez výztuh tak, jak vyhovuje tuhosti rámu pro malé okenní otvory.

Problém se dnes více objevuje vlivem posunu staveb blíže k pasivnímu standardu domů, kde projektant navrhne velké okenní otvory potřebné pro dostatek světla, a pro komfortní užívání navrhne otvíravě-sklopné. Tuhost takového rámu prudce klesne, do profilů je nutné vložit kovové výztuhy, které zcela změní původní parametry nevyztuženého profilu, a splnění dotačního titulu s parametrem Uw = 0,8 W/m2.K se stává obtížným úkolem. Proto budeme-li v obou příkladech striktně postupovat s deklarovanými hodnotami získanými z hodnot výrobku z BIM výrobkové databáze, můžeme zkomplikovat práci v následujících fázích projektu.

U výplní otvorů však U hodnota nebyla a není nejdiskutovanější parametr. Tím je požadavek na nejnižší vnitřní povrchovou teplotu, který před lety ochromil normalizaci v oboru tepelné ochrany budov. Tento požadavek platil i pro otvorové výplně v zabudovaném stavu do roku 2012, a po negativních zkušenostech se diskutuje jeho zpětné zavedení. Nešlo o vadu fyzikálních veličin a hodnot, jen je nutné, aby se normalizace vypořádala se správnou dikcí požadavku. Je nezbytné, aby bylo na první pohled zřejmé, že uvedený požadavek neplatí pro výrobek samotný, resp. samostatně zkoušený v laboratoři, ale o požadavek na okno (dveře) zabudované do stavby při standardním užívání. Navíc je třeba zdůraznit, že posoudit parametr lze pouze ve stacionárním stavu výpočtem, nikoliv nepřímou metodou např. termovizním snímkováním, či měřením kontaktním teploměrem. Problém rosení oken je zvýrazněn složitostí, až nemožností laikovi vysvětlit, že ačkoliv návrh i výpočet je v pořádku, přesto na oknech kondenzuje vzdušná vlhkost. Problém se tedy přesunuje od deklarace parametrů výrobků ke znalosti a zkušenosti, jak správně prvky navrhovat a také zabudovat do konstrukcí, s uvážením dalších podstatných souvislostí, jako je délka vnitřního parapetu, způsob vytápění apod.

 

Termosnímek vyzdívky ve fasádě, v níž chybí omítky, ukazuje, že dochází k významnému ochlazování konstrukce. Kromě toho má vyzděná stěna bez omítek výrazně horší akustické vlastnosti než ta s omítkami. (foto: archiv autora)

Cihelný blok samotný versus vyzděná stěna

Tuto část si dovolím uzavřít příkladem typického problematického výrobku, cihelného bloku, který je na stavbě pomocí pojiva zpracován do stěny, svislé konstrukce. Zde je rozdíl mezi vnímáním výrobku a konstrukce nejlépe představitelný, ačkoliv deklarace vlastností problematiku nezjednodušuje. Některé vlastnosti jsou totiž výrobci deklarovány na cihelný blok jako výrobek samostatný, nezabudovaný, ale např. akustické a tepelné parametry jsou často deklarovány pro dokončenou konstrukci, tj. stěnu vč. omítek. Rozdíl takto vzniklých parametrů (vlastností) může být propastný.

Příklad: akustický cihelný blok vyzděný s promaltovanými kapsami a oboustranně omítnutý silnovrstvou 10–20 mm tlustou omítkou, může mít až o 20 dB vyšší akustický útlum než stejně vyzděná stěna bez omítek. U jednostranné omítky jde o rozdíl 2–3 dB. Takový rozdíl u návrhů na minimální hodnoty např. u obezdívek instalačních šachet může být zásadní, protože, jak napsal jeden z kolegů, omítnout všechny stěny šachty zevnitř umí asi jen David Copperfield. Když se vrátím k oboustranně neomítnuté vyzdívce, zabýval jsem se reklamací, kde byla navržena fasáda budovy z vyzdívky bez omítek. Skladba byla navržena tak, že z vnitřní strany byla SDK předstěna a vně vyzdívky byla dvouplášťová fasáda. Zde nejen že vyzdívka neplnila téměř žádnou akustickou funkci, ale měla výrazně potlačenou funkci tepelně-technickou, protože podtlakové větrání stavby nasávalo styčnou spárou cihelné vyzdívky na pero a drážku bez propojení a utěsnění maltou do interiéru v zimě chladný vzduch.

Vlastnosti výrobků se po zabudování změní

Kvalitní kanalizační rozvod zazděním do vyzdívky rázem ztrácí své akustické vlastnosti a hluk se může přenášet do okolních místností (foto č. 3).
Vodovodní baterie v laboratoři se zkouší za předem určených podmínek, které realitě zdaleka neodpovídají (foto č. 4). (foto: archiv autora)

V předchozím textu byly popsány příklady rozdílného pohledu na výrobek a konstrukci. V této kapitole popíšu změny parametrů výrobku po jeho zabudování do stavby. Dnes se v doprovodné dokumentaci výrobce k výrobku, anebo v projektové dokumentaci často dozvíte, co všechno s výrobkem nesmíte udělat, aby nepřišel o své vlastnosti. Časté ale je, že to autor návrhu nerespektuje, a výrobek navrhne do stavby nevhodně v rozporu s uvedeným omezením.

Jedním z příkladů je kanalizační dvouplášťové potrubí, které má výrazně nižší hlučnost než běžné potrubí. Úvodem je dobré vysvětlit, co znamená deklarovaná hodnota hlučnosti <20 dB. Laik by odhadl, že odpadní vody proudící tímto potrubím nebudou slyšet. To je pravda, ale jen v laboratorních podmínkách. Ty jsou definovány tak, že potrubí je měkce osazeno na dělicí konstrukci (stěnu) s hodnotou útlumu R w = 56 dB, a potrubím protéká tekutina definovanou rychlostí a stanoveného objemu. Při naplnění těchto podmínek nebude za zdí opravdu nic slyšet. Je ale taková realita ve stavbě, pokud je stěna jen stěnou instalační šachty? A je-li v potrubí osazen čisticí kus, koleno nebo odbočka? Na to deklarace výrobce, až na výjimky, neodpovídá. A často v půdorysu stavby, bytu není prostor na šachtu, proto se odpad instaluje do drážky vysekané ve zdivu, následně se vše zahází a natáhne omítkou. Pak je investice do odhlučněného potrubí zbytečná. Chráněný prostor (ložnice) nedosáhne potřebné hodnoty útlumu hluku, a předpokládaná funkce místnosti bude omezena. Rozvod není zabudován v souladu s návodem, a jeho zvýšená tlumicí funkce je znehodnocena špatným návrhem a provedením.

Obdobně zajímavá je hlučnost vodovodních baterií. Zde je způsob deklarování parametrů velmi podobný, a naneštěstí jsou stanovené laboratorní podmínky měření parametrů od běžné praxe ještě více vzdálené. Pro splnění předepsaných hodnot baterie totiž musí být měkce ukotvena na dělicí konstrukci disponující hodnotou útlumu Rw = 56 dB, a baterií protéká voda s tlakem 3 bary ve směšovací poloze. Voda dopadá na houbičku v umyvadle vylučují vliv hluku od dopadající vody. Nejtišší třída baterií I deklaruje hlučnost do 20 dB. V praxi je to opět neaplikovatelná hodnota, kterou je potřeba upravit. Předně je obtížné uchytit vodovodní baterii do zdi nebo předstěny měkce, aby nedošlo k přenosu vibrací do konstrukce a zároveň dostatečně pevně tak, aby uživateli při manipulaci nezůstala baterie v ruce. Projektant nejvíce sníží hluk z baterií, pokud navrhne dispozici především bytových jednotek tak, aby rozvody a koncové prvky nebyly osazovány na dělicí konstrukce k chráněným prostorům zejména sousedních bytů. To se však pod tlakem využitelnosti prostoru obvykle neděje a často neřešitelné reklamace se jen množí. Možná proto se dnes v zahraničí a částečně už i v ČR nacházejí na trhu systémy instalačních boxů, ale ty z ekonomických důvodů v návrhu předepsány nebývají.

U koupelen a hluku jsou dalším zajímavým příkladem poslední doby osazované dvouotáčkové ventilátory podtlakového větrání do koupelen a WC. Mají zajistit trvalé minimální větrání bez zásahu uživatele. Větrák má běžet i v noci, a v nízkých otáčkách nemá být slyšitelný. Výrobce v souladu s normou provede laboratorní měření, naměří a deklaruje hlučnost 3 m od zdroje v otevřeném prostoru krásných 25 dB. Jakmile je ale ventilátor osazen do standardně obložené koupelny, je skutečná hlučnost v uzavřeném prostoru překvapivě vysoká. To vede k tomu, že uživatel bytu vyřadí příslušný jistič, tedy i hluk. Současně ale skončí i trvalé provětrávání stanovených prostor.

Výrobek není systém

Zde se zaměřím na rozdíly mezi výrobkem a konstrukcí z jiného pohledu. Jde o otázku, zda více výrobků vzájemnou kombinací nese stejné parametry jako celek, nebo parametry má výrobek sám až po zabudování a propojení ve stavbě.

Příkladem je ETICS, neboli vnější kontaktní zateplovací systém sestavený z více vrstev, které samy o sobě mají deklarované vlastnosti. Projektant a zhotovitel potřebují znát, jaké vlastnosti nesou výrobky zabudované společně jako systém. Zde existuje tzv. ETAG, evropské technické schválení (European Technical Approval Guideline), které stanoví rozsah a způsob hodnocení specifických charakteristik výrobku a požadavků na výrobek nebo skupinu výrobků. Ten tedy určuje, jaké vlastnosti systémů se zkouší a deklarují. Je ovšem nezbytné znát okrajové podmínky. První opomíjenou skutečností je, že ETICS se zkouší pouze jako souvrství aplikované na železobetonovou nebo zděnou konstrukci. V PD se poměrně často setkáváme se zateplením na roštových konstrukcích, kde s certifikací systému bývá problém. Další zásadní omezení certifikace je obvyklá uvažovaná max. tloušťka 200 mm tepelné izolace, kde obvykle končí použitelnost běžných kotev. Zvýšené požadavky jsou pak přenášeny na kontaktní lepidla bez ohledu na jejich vlastnosti. Tyto problémy spolu se soudobou klesající tuhostí tepelné izolace se stávají velkým problémem, o kterém se málo ví a diskutuje. Proto dobrý projektant musí ETICS složit z parametrů a podmínek existujících systémů, nikoliv poskládat jednotlivé vrstvy bez znalosti vzájemných souvislostí. To platí i pro zhotovitele, nelze nakupovat a instalovat jednotlivé vrstvy jen podle ceny nebo dosažitelnosti.

Druhým příkladem, který může mít velmi negativní dopad na stavbu, jsou velmi rozdílné parametry hydroizolačního výrobku oproti hydroizolačnímu systému. Je to jeden z příkladů, který negativně vstoupil do přípravy novely normy ČSN 73 1901-1 Navrhování střech. Základním problémem je významný rozdíl mezi parametry jednotlivého výrobku (například hydroizolační fólie), který má ve své ploše určité zkoušené a deklarované vlastnosti (vodotěsnost). Hydroizolační systém, konstrukce složená z více vodotěsných prvků, ale vyžaduje vodotěsnost celého systému, celé plochy, to znamená mezi sebou spojených a k podkladu připojených pásů (fólií nebo asfaltových pásů) se zpracováním všech potřebných detailů, tedy spoje prostupů, kotvení, odvodnění aj. Pokud základní výrobek, který má potřebnou, sice deklarovanou vodotěsnost, ale nesplní stejné požadavky i ve spojích a detailech, pak není použitelný, protože systém nebude mít potřebné izolační vlastnosti. Proto je nutné stanovit pro potřebnou vodotěsnost systému další parametry, které zachycují stav zpracovaného výrobku zabudovaného podle běžných požadavků do stavby. Některé deklarované vodotěsné výrobky, např. hydroizolační profilované nopové fólie, i když jsou opatřeny spojovacími lepicími páskami, nelze pro hydroizolace spodní stavby použít, navzdory tomu, že je v deklaraci uvedeno, že výrobek je vodotěsný. Pokus o vodotěsné spojení těchto výrobků mezi sebou a provedení vodotěsných detailů končí neúspěchem, hydroizolační vrstva systém netěsní. Použití takového výrobku může způsobit fatální havárii spodní stavby, její nepoužitelnost a především neopravitelnost. Takový výrobek nemá stanovenou vodotěsnost v potřebném systému vzájemného propojení, výrobce neuvádí, jak provést vodotěsně detaily a prostupy, tj. například průchod kanalizace, které jsou ve spodní stavbě běžné.

Bez aplikačních norem se neobejdeme

Je nezbytné o podobných problémech více hovořit, nezapomínat na ověřené způsoby a nenechat se pod tlakem ceny dotlačit k návrhům na minimální parametry. Praxe ukazuje, že častou příčinou vad, poruch a havárií je právě náhodná shoda minimálních parametrů, která vede k nesplnění potřebných vlastností konstrukce a následné poruše. Je nutné se zajímat o svět výrobků a jejich parametrů, a pro návrh žádat nezbytné relevantní parametry. Pro správnou aplikaci výrobků do návrhů je potřeba začít sbírat znalosti a zkušenosti z aplikací v podmínkách stavby a jejího vzniku a také podpořit tvorbu tzv. aplikačních norem, které napomohou převést výrobkové vlastnosti na návrhové parametry. Tento krok je zásadní i v souvislosti s připravovaným zákonem o stavebních výrobcích a jejich použití do staveb, jehož náplň bude rozpracována ve vyhlášce s vlastnostmi výrobků potřebnými pro návrh. Bez aplikačních norem bude velmi obtížné pro většinu odborné veřejnosti definované vlastnosti určit v dané dokumentaci, což bude nový zákon projektantovi ukládat.

Je nutné vytvořit jasnou strukturu konstrukčních stavebních prvků

Projektant je a návrhem nového zákona výslovně bude určen jako ten, který musí nezbytné požadavky na výrobek určit v projektové dokumentaci a zhotovitel podle těchto předepsaných parametrů odpovídající výrobek vybrat. Je nezbytné připomenout, že parametry musí odpovídat danému užití výrobků ve stavbě, a hlavně kombinace parametrů musí být na trhu dosažitelná, tj. návrh musí být proveditelný.

Navrhovat a provádět stavby je tedy stále složitější, rozvojem rozmanitosti a rychlými inovacemi v oblasti materiálů a výrobků budou návrhové podmínky ještě více komplikované. Jsme zahlceni obrovským množstvím informací, ale jen málokdo se v nich orientuje, umí je analyzovat, nalézt a použít rozhodující z nich odpovídajícím způsobem. I proto vzniká mnoho nástrojů, především digitálních aplikací. Vlajkovou lodí digitalizace je BIM (informační modelování staveb), které vše propojuje.

Je nezbytné postavit jednoduchou a jasnou strukturu konstrukčních stavebních prvků a umět z nich pomocí inženýrských postupů a zkušeností vybrat ten nejvhodnější výrobek s odpovídajícími technickými parametry tak, aby stavba sloužila bezvadně po dobu své plánované životnosti. To by měl být i jeden z cílů chystané rekodifikace stavebního práva.