Vzdělávací centrum

1. Reálné podmínky místo laboratorních testů

Stavební konstrukce jsou po celou dobu své životnosti vystaveny proměnlivým vlivům počasí – teplotním výkyvům, kolísání vlhkosti, dešti, větru i slunečnímu záření. Laboratorní testy dokážou část těchto vlivů nasimulovat, ale nikdy nepostihnou jejich skutečnou kombinaci a dlouhodobé působení. Proto vznikla Experimentální budova DEK, která umožňuje měřit a porovnávat chování konstrukcí v přirozeném prostředí po mnoho let.

Experimentální budova slouží k ověřování funkčnosti, spolehlivosti a trvanlivosti stavebních systémů, které jsou navrhovány na desítky let provozu. Získaná data doplňují výsledky laboratorních zkoušek a tvoří pevný základ pro správné návrhy konstrukcí pocházejících z dílny ATELIER DEK

2.  Promyšlený koncept měření

Experimentální budova je navržena částečně jako skeletový a částečně jako stěnový systém, ve kterém lze snadno měnit jednotlivé části vnitřních i vnějších stěn a střech.

V konstrukcích, interiéru i exteriéru je rozmístěno několik set senzorů, které nepřetržitě monitorují teplotu, vlhkost a další fyzikální veličiny. Veškerá data se automaticky ukládají a následně vyhodnocují.

Díky tomu je možné sledovat chování konstrukcí v různých ročních obdobích a získat reálný obraz o tom, jak probíhají tepelně-vlhkostní změny v průběhu let, včetně vlivů, které se v laboratorních podmínkách běžně neprojeví.

3.  Konstrukční řešení a prostorové členění

Budova je rozdělena na klimatizovanou část a část bez regulace vnitřního prostředí. Každá část má své podmínky a účely využití.

Vnitřní klimatizovaný prostor

V klimatizované části se nacházejí čtyři zóny (Z1-Z4), viz Obr. 3. Tři z nich mají shodnou velikost a uspořádání a obvykle slouží k porovnávání vlivu různých vnějších stěnových nebo střešních konstrukcí na vnitřní mikroklima.

Čtvrtá zóna Z4 (žlutě označená na Obr. 3) může mít nezávislé řízení teploty a vlhkosti, což umožňuje simulovat odlišné prostředí od ostatních zón Z1-Z3. Této vlastnosti využíváme například pro simulování vlhkých provozů, jako jsou např. koupelny a pozorování chování konstrukcí v takových podmínkách.

Měření vnitřního mikroklimatu je vysoce přesné a jakékoli odlišnosti v okrajových podmínkách u zón Z1-Z3 by mohly ovlivnit kvalitu výsledků. Proto bylo extrémně důležité zajistit, aby všechny zóny měly, pokud možno, shodné okrajové podmínky. Proto jsou zóny Z1-Z4 vzájemně oddělené větranými průchozími chodbami (šedé proužky mezi zónami na Obr. 3) propojenými do hlavní chodby CH. Stěny zón jsou provedeny jako vysoké překlady tak, aby byl minimalizovaný styk se zeminou a pod podlahou je ještě navíc provedena průběžná vzduchová vrstva tak, aby i pod podlahou byly stejně podmínky pod všemi zónami.

V chodbě CH (označeno zeleně na Obr. 3) spojující komory se také nachází šest vyměnitelných panelů (CH1-CH6), které oddělují vytápěnou a nevytápěnou část. Na těchto pozicích lze testovat různé skladby obvodových stěn či detailů, které jsou vystaveny venkovním teplotám a vlhkostem, ale záměrně chráněny před větrem, deštěm a slunečním zářením. Této výhody využíváme pro kalibraci numerických výpočtových simulací.

Vnitřní neklimatizovaný prostor

Nevytápěná vnitřní část objektu slouží primárně pro provozní účely (umístění měřicí techniky, loggerů a doplňkových přístrojů, atd). Na střechách a stěnách přiléhajících k nevytápěné částí Experimentální budovy realizujeme projekty, ve kterých není potřeba řešit vnitřní prostředí. Jedním z velkých projektů realizovaných na střechách nad nevytápěnou částí je sledování odtoků z vegetačních střech, viz kap. Vegetační střechy

Dále je zde vytvořený testovací polygon pro ověřování dlouhodobé kvality a životnosti povlakových hydroizolací z PVC-P, viz kap. Kvalitativní porovnání PVC-P fólií.

Plochy mají různé sklony: 1°, 12° a 30°, což umožňuje porovnávat jak ploché, tak šikmé střechy. Na stěnových plochách nevytápěné části byly realizovány různé typy fasádních systémů ETICS, podrobněji v kap. Zateplovací systémy .

Exteriér

Jelikož je na budově instalováno přes 300 snímačů, bylo extrémně důležité řešit ochranu měřicí aparatury. Kromě možnosti přepětí ze sítě bylo nutné vyřešit i hromosvody. Běžné jímací vedení však neposkytovalo dostatečnou ochranu, proto jsme se ve spolupráci s fy DEHN rozhodli realizovat tzv. oddálený hromosvod, který zajišťuje plošnou ochranu celého areálu, viz Obr. 7.

4. Příklady řešených projektů

V Experimentální budově DEK probíhá současně několik desítek dlouhodobých měření. Každé z nich má své zaměření, ale všechna spojuje společný cíl – lépe porozumět chování stavebních konstrukcí v reálných podmínkách.

Každý vzorek je vystaven reálným klimatickým podmínkám po dobu několika let. Tím dochází k přirozenému stárnutí materiálů i k běžným tepelně-vlhkostním změnám, které se v konstrukcích odehrávají. Naměřené hodnoty tak poskytují velmi cenné podklady pro posuzování rizika kondenzace, degradace nebo růstu mikroorganismů.

Získané poznatky následně uplatňujeme při vývoji nových konstrukčních řešení i při aktualizaci katalogů a technických podkladů DEK.

Níže uvádíme příklady několika z aktuálních oblastí výzkumu.

Vegetační střechy

Jeden z významných projektů se týká vegetačních střech. Aktuálně máme nejvíce zastoupeny extenzivní střechy, které jsme realizovali jak na plochých, tak i šikmých plochách. Sledujeme zejména odtoky dešťové vody ze střech a stanovujeme součinitel odtoku – tedy poměr mezi množstvím srážek a vodou skutečně odtékající ze střechy. Tento parametr vyhodnocujeme pro jednotlivé dešťové události i v dlouhodobém ročním průměru.

V některých vzorcích zelených střech jsou použity alternativní materiály, například drenážní a hydroakumulační rohože z různých materiálů několika výrobců. Dlouhodobým měřením sledujeme, zda u těchto materiálů dochází k postupné degradaci a změně jejich fyzikálních vlastností.

Součástí výzkumu je i sledování vegetace – její vitality, hustoty prokořenění a adaptability v různých skladbách. Zjištění z reálného měření doplňujeme laboratorními testy, které umožňují detailně posoudit jednotlivé parametry materiálů a jejich stárnutí.

Dále u vegetačních střech sledujeme akustické vlastnosti a přínos vegetační vrstvy k neprůzvučnosti celé střechy v reálném provedení.

Nezanedbatelné je také měření rychlosti a množství výparu vody ze zelených střech, který přispívá k tzv. chladivému efektu. Díky výparu se snižuje povrchová teplota střechy a okolního vzduchu, což může mít významný vliv na mikroklima městských oblastí.

Kvalitativní porovnání PVC-P fólií

Porovnáváme životnost PVC-P fólií napříč evropskými výrobci. Testujeme trvanlivost a vlastnosti fólií po letech vystavení klimatickým podmínkám.

Korozní namáhání uvnitř konstrukcí

Zatímco korozní namáhání v exteriéru je dobře popsáno, vnitřní prostředí stavebních konstrukcí zůstává z velké části neprobádané. Na experimentální budově proto testujeme korozní riziko uvnitř konstrukcí, které je důležité například pro správný výběr kotevních prvků.

Cílem je určit, jaké podmínky skutečně panují uvnitř konstrukce a jak tyto faktory (zejména vlhkost, teplota a chemické složení přilehlých materiálů) ovlivňují rychlost koroze kovových prvků.

Ukazuje se, že i volba tepelné izolace v systému ETICS může významně ovlivnit korozní prostředí – a to jak změnou vlhkostních poměrů, tak reakcí materiálů samotných.
Zjištěné hodnoty pomohou zpřesnit návrhy kotevních prvků i zásady pro ochranu kovů uvnitř skladby.

Ochranné nátěry na dřevo

Na fasádě experimentální budovy jsou umístěny vzorky dřevěných obkladů s různými typy nátěrů a několika variantami ošetření podkladu. Testujeme zde barevnou stálost, trvanlivost a účinnost ochrany povrchu. Sledujeme rozdíly mezi nátěry jednotlivých výrobců i způsoby aplikace.

Testování zahrnuje hodnocení barevného rozdílu bezprostředně po aplikaci a v čase i pozorování degradace. Výsledky poskytují přehled o tom, které systémy si dlouhodobě zachovávají vzhled a ochrannou funkci v přirozeném venkovním prostředí.

Tepelně-vlhkostní chování střešních konstrukcí

Střešní konstrukce jsou vystaveny extrémním teplotním výkyvům i kolísání vlhkosti. V rámci výzkumu sledujeme teplotní a vlhkostní namáhání jednotlivých vrstev, pronikání vlhkosti konstrukcí, riziko kondenzace a chování dřevěných prvků. Všechny veličiny se v průběhu roku i dne cyklicky mění. Získaná data pomáhají ověřit správnost výpočtových modelů a poskytují podklady pro návrh střech s vyšší spolehlivostí a delší životností.

Porovnání vlivu střešních konstrukcí na tepelnou stabilitu vnitřního prostředí

Díky identickým místnostem uvnitř Experimentální budovy můžeme porovnávat vliv různého provedení střešní konstrukce na vnitřní mikroklima místnosti. Zaměřujeme se jak na barevné provedení krytiny, tak na různé konstrukční provedení střechy.

Riziko růstu plísní

Součástí měření je i sledování podmínek pro růst plísní na povrchu i uvnitř konstrukcí. Zásadními faktory jsou teplota, relativní vlhkost a druh materiálu. Běžně se jako kritická hranice uvádí 80 % relativní vlhkosti, ale praxe ukazuje, že růst plísní může začít i při nižší vlhkosti, pokud je přítomný vhodný materiál a teplota. Naopak i při vyšší vlhkosti nemusí k růstu dojít, pokud chybí živný povrch nebo vhodná teplota.

Měření v experimentální budově tak přináší reálné poznatky o kombinacích podmínek, které podporují nebo naopak brání růstu mikroorganismů – což je cenné pro návrh detailů, skladby stěn i výběr povrchových úprav.

Zateplovací systémy

Na fasádách objektu jsou osazeny vzorky omítek pro ETICS různých výrobců, barev a technologií.

Jedna část výzkumu sleduje povrchovou teplotu omítek a její proměnu během dne i roku.
Měření probíhá na různých světových stranách a s různými odstíny – včetně tzv. studených pigmentů, které mají snižovat teplotní namáhání. Cílem je posoudit, jak barva a orientace ovlivňují teplotu a riziko degradace povrchu.

Druhá část výzkumu se zaměřuje na špinění omítek a mikrobiologické osídlení (plísně a řasy).
Sledujeme rychlost změny barevnosti, intenzitu znečištění a účinnost tzv. samočisticích omítek s obsahem TiO₂. Výsledky ukazují, že rozdíly mezi jednotlivými výrobky i odstíny jsou značné a že správná volba omítky může zásadně ovlivnit vzhled fasády po letech provozu.

Kromě povrchu ETICS se zabýváme i měřením teplotního a vlhkostního profilu uvnitř stěn a jeho změn v průběhu roku.  A to zejména v problematických místech jako jsou různé rohy, hrany, předstěny a podobně.

Kromě výše uvedených probíhá na experimentální budově řada dalších projektů, např.:

•      vliv způsobu uchycení fotovoltaických panelů na jejich teplotu a účinnost,

•      tepelně-vlhkostní průběhy v dřevostavbách,

•      porovnání variant roubených stěn,

•      apod.

5. Z výzkumu do praxe

Experimentální budova DEK představuje propojení výzkumu a praxe. Získaná data nám poskytují jistotu, že doporučená řešení vycházejí z reálného měření, nikoli pouze z výpočtových předpokladů. Dlouhodobé sledování nám tak pomáhá navrhovat spolehlivé, bezpečné a trvanlivé konstrukce – a tím přispívat k vyšší kvalitě celé stavební praxe.

Literatura

[1]   Katalog DEK Stavebniny. https://www.dek.cz/pobocka-brno/obsah/technicka-podpora/katalog [online].

[2]   Katalog DEK Rekonstrukce. https://www.dek.cz/pobocka-brno/obsah/technicka-podpora/katalog-dek-rekonstrukce [online].