Úvod do problematiky obalových konstrukcí na bázi dřeva

Dřevěné konstrukce 10

1Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSvČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Blok A.Blok A.

obecné úvahy

2Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

O potenciálu konstrukcí ze dřeva(velké stavebnictví)• Odhad vývoje (cca 10 let):

Premisy: – stávající ekonomické relace na trhu se

zásadně nezmění– Nebude existovat státní podpora stavění z

obnovitelných surovinových zdrojů

• Čisté dřevostavby:rodinné domy 15-20 % (dnes 6-7%)– rodinné domy 15-20 % (dnes 6-7%)

– Bytové stavby a občanská vybavenost: individuální výstavba, nevýznamný podíl

• (Sub)konstrukce ze dřeva:– Ohromný potenciál, ale problém: neexistují

konkurenceschopná řešení.– Hlavní oblasti: obvodové a střešní pláště,

dělící konstrukce (nikoliv mezibytové), podlahové systémy….

3Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Příklad: spolupráce s developery• Aktuální důvody zájmu o konstrukce ze

dřeva:– Větší obytná plocha při stejném vnějším

rozměru stavby (pláště) ekonomika

– Energetika (při vhodném návrhu nikoliv jen zimní) ekonomika

– Rychlost výstavby (pro vhodné typystaveb či vhodné subsystémy staveb)

ekonomikaekonomika

– Asociace se zdravým životním stylemmarketing

+ Příprava na budoucnost– Ohromná surovinová základna v ČR (od

1935 monotónně přibývá dřevní hmota)– Obnovitelný surovinový zdroj, očekávání

dotací– Jednoznačně daný růst cen materiálů na

bázi silikátů (velké vložené energie)

Na půdorysu 10 x 10 m poskytne plášť na bázi dřeva o 10m2 více obytné plochy na jedno podlaží(zdivo 0,5 m vs. dřevo 0,25 m)

4Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Spolupráce s developery: pokračování 1• Výsledek technicko-ekonomických analýz

konkrétních objektů– Nezájem o primární nosnou konstrukci ze dřeva– Zájem o subsystémy: obvodové a střešní pláště,

poslední podlaží a některé dělící konstrukce

• Proč ne čisté dřevostavby (vícepodlažky):– Statické důvody (nízká tuhost, problém tuhé

stropní tabule, problém styčníků a velkého množství lokálních spojů, nízké vlastní frekvence)

– Stavební fyzika (akustika, vzduchová i kročejová– Stavební fyzika (akustika, vzduchová i kročejová– mezibytové příčky a stropy)

– Technologie a staveništní pracnost („tvarová“ omezení ve srovnání s betonem resp. podstatně složitější a zdlouhavější realizace členitějších objektů, dlouhé lhůty vystrojování)

– Požární předpisy v ČR = dinosaurus na území Evropy, perzekuce konstrukcí ze dřeva

→ ekonomika, a priorní eliminace potenciálních problémů, žádná zkušenost s realizacemi

5Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Spolupráce s developery: pokračování 2• Rozpracovávaná řešení:

– Montované obvodové pláště na bázi dřeva– Poslední podlaží - čistá montovaná dřevostavba– Environmentálně aktivní materiály do interiérů

• Existuje značný potenciál pro bytové domy i občanskou vybavenost, ale:– Chybí řešení konkurenceschopná silikátům

(parametry, cena)– Není zvládnutý souboj s požární legislativou

Jedno konkurenceschopné řešení:• Jedno konkurenceschopné řešení:J. Krňanský: systém diffuwall®, difúzně otevřené konstrukce plášťů na bázi dřeva: univerzálnost + certifikace. Aplikace a přednosti:– Čisté dřevostavby (zejména RD)– Stavby s primární nosnou konstrukcí z jiných

materiálu– Architektonická flexibilita

→ důvod, proč vznikla spolupráce s developery

6Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Závěrečné obecné poznámky k realitě současnosti• Pro větší objekty (bytové stavby, občanská

vybavenost) se dnes jako technicko-ekonomicky použitelný koncept jeví

– zachovat primární nosnou konstrukci v materiálovébázi beton / zdivo

– Prosadit obalové konstrukce, poslední podlaží adělící konstrukce montované z dílců na bázi dřeva

• Pro stavby typu RD – čisté dřevostavby = nejatraktivnější řešení

– Největší kontrast tloušťky plášťů ve prospěch obytnéplochy

– Rychlost a kvalita výstavby (panelová technologie,– Rychlost a kvalita výstavby (panelová technologie,CAD+CAM, LEGO…)

– Přelom v myšlení: mladá generace již nestaví domypro příští pokolení

+ všechny ostatní přednosti plynoucí ze správnéhopoužití dřeva

• České požární normy – Konstrukce ze dřeva a priori handicapují– Odstupové vzdálenosti objektů (dřevostavby DP 3) –

brání developmentu RD→ ve vztahu k požární legislativě EU je ČR dinosaurus…..

7Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Blok B.Blok B.

Dvojí koncept konstrukcí plášťů na bázi dřeva

8Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Dva koncepty plášťů (stěny, střechy, stropy posledních podlaží, bungalovy): DUK a KOK

• Jednoduchá otázka: co intuitivně očekává stavebník, když chce dřevostavbu:

• dřevěnou nosnou konstrukci • zdravé prostředí tvořené přírodními materiály ?

→ DOK dřevostaveb: pokus o návrat k původnímu významu pojmu dřevostavba,ale v podmínkách 21. století.

9Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

DOK: názorové polojasno

I. Co to vlastně DOK jsou

II. Proč vlastně DOK* stavět a nabízet ?

III. Kritika současného konceptu plášťů dřevostaveb

IV. Konstruování DOK* u dřevostaveb

IV. Zkušenosti z realizacíIV. Zkušenosti z realizací

10Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

I.I.Co to vlastn ě DOK jsou

11Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Obecná definice DOK • Název DOK z kinematiky plynů -

dva možné mechanismy přenosu:– Konvekce (proudění, rozdíl tlaků)– Difúze (i za konstantního tlaku)

• Specifikum difúze:– Pouze u směsí plynů (např. suchý

vzduch-vodní pára)– Aktivně se jí účastní oba plyny– Nutnou podmínkou je otevřený

Podmínkou konvekce je rozdíl tlaků plynu jako celku.

– Nutnou podmínkou je otevřený pórový systém (faktor difúzního odporu μ)

• Difúzně otevřené konstrukce – Znemožňují průchod plynů

prouděním („nedají se profouknout“)→ blower door test

– Umožňují průchod plynů difúzí → riziko kondenzace, ale možnost vysýchání (regenerační schopnost)

Podmínkou difúze je rozdíl koncentrací (pi) složek plynu.

12Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

DOK – nic nového pod sluncem: 99%

• Obytné stavby– zděné z cihel, pórobetonu….

– Sruby, hrázděné stavby…………

– dodatečně zateplené objekty, pokud je tepelná izolace difúzně propustná

→ DOK jsou zcela běžným, normálním typem konstrukce pro bydlení.

→ Anomálií jsou obytné domy, které difúzi→ Anomálií jsou obytné domy, které difúziplášti staveb znemožňují.

• Nutně difúzní uzavřenost: – ploché střechy, „plechové“ fasády

průmyslových staveb, ale:

– ne obytné budovy (+ jejich nevhodná zateplení)

– ne zateplená podkroví

13Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

II.II.Proč vlastn ě DOK stav ět a

nabízet?

14Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Proč vlastně DOK ?• Hygiena vnitřního prostředí

Vzájemně protisměrný pohyb složek plynu → citlivost mikroorganismů na „průvan“:→ Menší nebo žádný výskyt osídlení povrchů v

interiéru (plísně, bakterie….)→ Zlepšení vlhkostní stability interiéru (velká plocha

pro sorpci/desorpci vlhkosti)

• Regenerační schopnost konstrukcí → stabilita řešení– Řešení počátečních stavů vlhkosti– Řešení vlhkostních havárií (rozvody, zatékání atd.)– Řešení vlhkostních havárií (rozvody, zatékání atd.)

18 hod. 24 hod (PPS 100 hod) 2,5 roku 10 hod

127,5 g/(m2měsíc) 115,5 g/(m2měsíc) (PPS 37,0) 0,1 g/(m2měsíc) 91,7 g/(m2měsíc)

Zdivo z CP tl. 450 mm Zateplení 140 mm Klasická dřevostavba

Doba průchodu páry a hustota difúzního toku (20°a 60% - 0°a 80%)

15Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

III.Kritika sou časného konceptu

(pláš ťů) dřevostaveb

16Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Současný konstrukční koncept plášťů dřevostaveb

Premisy navrhování:1. Nepustit do konstrukce vodní páru (obava z

biologické degradace)

Důsledek: parozábrany, nulová difúze (DUK)

2. Nosný obvodový plášť symetrický, oboustranně plášťovaný rám (statika)

Důsledek: symetrická nosná konstrukce do asymetrického prostředí, nutnost parozábrany

3. Návrhová filosofie: co parciální požadavek, to specializovaná vrstva (lépe dvě)

Důsledek: vysoký počet vrstev systému → pracnost

4. Co nejnižší cena domu (volba materiálů podle ceny)

Důsledek: multimateriálová řešení, používající materiálové báze nesourodé se dřevem. Materiály si nerozumí.

Ukázky typických skladeb stěny (13 vrstev)

17Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Jak ovlivňuje koncept pláště (dřevo)stavbu ?

• Typická dřevostavba rámového typu (95% staveb): hermetický vak se vzduchotěsnými okny → nejde o DOK ale DUK.

Nepříjemné otázky: stabilita a rizikovost řešení

• Je normální postavit spolehlivost funkce a trvanlivost objektu (mil. Kč) na fólii tlusté 0,3 mm ?� Nemožnost dokonalého provedení (stropy , prostupy)� Problémy s kvalitou při realizaci na stavbě� Doporučení pro navrhování: degradace parozábrany

na 10-1 % (!)

• Jaká je regenerační schopnost obalové konstrukce v případě, že dojde k vlhkostní havárii ?

• Jaká je kvalita vnitřního prostředí a vnitřních povrchů uvnitř obálky (např. za skříněmi) ?

→ Je tento konstrukční koncept dlouhodobě udržitelný, chceme-li u budov i plášťů ze na bázi dřeva zvýšit svůj podíl na trhu (konkurence cihlářům) ?

18Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Střet očekávání stavebníků a skutečné reality

Očekávání stavebníka Realita

Stále stejná otázka se zřejmou odpovědí: Co intuitivně očekává stavebník, když chce dřevostavbu:- dřevěnou nosnou konstrukci

nebo - zdravé prostředí tvořené přírodními materiály ?

Přírodní, ekologické materiály

PPS, lepidla, plastové fólie, materiály s formaldehydem, ….

Zdravé vnitřní prostředí Neprodyšný PE „pytel“ s hermetickými okny

19Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Odstranění uvedené disproporce je hlavní úloha konstruování skutečných dřevostaveb v 21. století.

Evergreen: letité handicapy dřevostaveb

1. Malá tepelná stabilita interiérů (léto)Malá plošná hmotnost → malá tepelná kapacita/setrvačnost

2. Malá vlhkostní stabilita interiérů Parozábrana → výrazně omezená sorpce/desorpce vlhkosti plochou pláště budovypláště budovy

3. Nízká zvukoizolační schopnost Malá plošná hmotnost → nízká setrvačná hmota/ hodnota vzduchové neprůzvučnosti

4. Chabé požární vlastnosti Developerské hledisko, navíc česko-slovenský dinosaurus DP3……

20Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

IV.IV.Konstruování DOK* u

dřevostaveb

21Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

DOK*- nový princip, nové materiály, fyzika

• Mýtus: DOK vznikne vynecháním parozábrany. Ano, ale….Proto DOK*.

• Zásadní podmínka pro konstruování DOK* u dřevostaveb jsou moderní materiály:– Dřevovláknité desky cca 270 kg/m3

(akumulace tepla, difuzivita, tuhost,tepelná izolace),(akumulace tepla, difuzivita, tuhost,tepelná izolace),

– Deskové materiály s funkcí parobrzdy(některé sádrovláknité desky nebo některédesky OSB).

• Podstata řešení DOK* spočívá vestavební fyzice („měkké tkáně“), nikoliv vestatice. Zásadní oblasti úvah:– Difúze vodní páry– Sorpce vlhkosti materiály na bázi dřeva– Regenerační schopnost konstrukce

22Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Princip konstruování DOK*• Primárně - řešení vlhkosti:

– Deska z interiéru funkce primární parobrzdy(zásadně záleží na typu desky!!)

– Výplňová tepelná izolace = sekundární parobrzda + teplotní podmínky pro omezení kondenzace ve dřevě,

– Dřevovláknitá deska = sekundární parobrzda, sorpce vlhkosti

• V extrémních klima periodách a exponovaných místech (2D teplotní a vlhkostní pole, např. styky, detaily) pole, např. styky, detaily)

– pomůže sorpce/desorpce dřevomateriálů,– pomůže vysoká regenerační schopnost (vysušování

oběma povrchy) konstrukce

• Inženýrská kritéria návrhu DOK*

– Co nejvyšší difúzní tok při splnění podmínky c < c´´ v libovolném místě konstrukce

– Nepřekročit sorpční vlhkost dřeva cca 18%– Všechno nakonec experimentálně ověřit

(výpočet podle normy ještě nezaručuje spolehlivost řešení) Povinné jen tři vrstvy, ostatní je

libovůle projektanta/architekta23Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Ukázka vlastností DOK* (řešení typu difuwall)

• Zachovávají se stávající konkurenční výhody dřevostaveb

• Výrazně se vylepšuje:– Letní tepelná stabilita interiérů (tepelně-

akumulační schopnost pláště)– Stabilita vlhkostního klima interiéru

(absorpce vlhkostních šoků apod.)– Redukce výskytu plísní na površích interiérů

(protisměrný pohyb plynů)– Odolnost a bezpečnost konstrukcí vzhledem

k vlhkosti (regenerační schopnost)k vlhkosti (regenerační schopnost)– Vzduchová neprůzvučnost obalových

konstrukcí (setrvačná hmota)– Požární odolnost– Pracnost (menší počet povinných vrstev)

• Zcela odpadá fatální závislost spolehlivostiobjektu na nejhůře definované části stavby, tj. fóliové parozábraně.

• Blíže ke skutečné dřevostavbě…..

24Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Kvantitativní ilustrace DOK* (diffuwall)

• Fázový posuv teplotního kmitu 8-13 hodin proti 3-4 hodinám

• Požární odolnost 90/120 minut v „nejslabší variantě“

• Zimní vysýchání konstrukcí

25Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

U-ψ-µ filosofie návrhu plášťů: stěny dřevostaveb, stropy

bungalovů, zateplené střechy, dodatečná zateplení stěn

• Komplexního pojetí návrhu plášťů na letní i zimní energetiku: individuální volba „U“ i doby prohřátí konstrukce ψ.

• Zachování principu difúzní otevřenosti (hygiena povrchů, regenerační schopnost konstrukcí, vlhkostní stabilita interiérů)

J.Krňanský: zimní a letí energetika vs. moderní tepelné izolace

Některé mýty a pověry

• Mýtus 1: „Difúzně otevřenými konstrukcemi nelze konstruovat pasivní dům“.– Nepovoleno: spárová konvekce (infiltrace)

vzduchu obalovou konstrukcí (proudění je f(s3)), atmosférický tlak řádově 100 000 Pa

– Povoleno: difúze → difúzně otevřené konstrukce

• Mýtus 2: „Difúzní tok vzduchu postačuje k výměně vzduchu v interiéru“– Orientační hodnota difúzního toku vzduchu

Šířka spáry (mm)

Spárová konvekce /10Pa (l/s)

0,5 0,06

1,0 0,530– Orientační hodnota difúzního toku vzduchu je asi 4,82 l/ m2den

– Požadovaná hodnota výměny je 50% objemu místnosti/hodinu.

• Mýtus 3: deska jako deska, izolace jako izolace………..Doporučení: držet se předepsaných a ověřených materiálů, certifikace u notifikovaných osob, oprávnění pro evropská technická schválení.

1,5 1,800

2,0 4,200

27Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

V.V.Zkušenosti z realizací

(systémy diffuwall)

28Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

DOK*: perspektivní koncept • Statistický vzorek:

– 2008 ≈ 50 domů, 2009 ≈ 200 domů, 2010 → 300 RD, projekty pro bytové domy

• Konkurenceschopnost:– Odstranění handicapů dřevostaveb → skutečná konkurenceschopnost silikátům– Naplnění intuitivního chápání pojmu dřevostavba → marketingová síla– Filosofii udržitelného rozvoje a zdravého bydlení → politická podpora ze strany EU

→ dotace

CENTRUM EKOLOGICKÉ VÝCHOVY KLADNO

29Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.

Zkušenosti s užíváním DOK* (diffuwall) • Konstrukce, ekonomika:

– Velmi řídké závady, důvody mimo koncept DOK* (nekázeň při realizaci, nedodrženípředpisu……)

– Cena do 3% nad obvyklou konstrukcí dřevostavby– U DOK se se zákazníky primárně bavíme o kvalitě bydlení, ne o ceně.

• Role (menších) projektantů a výrobců dřevostaveb:– Využívat hotová systémová řešení (cena, doba trvání, kvalifikace pro vlastní řešení,

systémové detaily………. + trend norem EU)– Soustředit se na kvalitu projektů a provedení (→potenciál trhu 15-20%)

30Dřevěné konstrukce, syllaby přednášek FSv ČVUT Praha 2010 Prof. Ing. J. Krňanský, CSc.