Vzdelávacie centrum

Měření teplot ovlivněných odrazem slunečního záření od prosklených ploch v polystyrenu na střeše s povlakovou hydroizolací

Již několik let se v časopisech objevují články, které informují o degradaci tepelné izolace z pěnového polystyrenu pod povlakovými hydroizolacemi na některých částech plochých střech. I časopis DEKTIME se touto problematikou zabýval. V roce 2015 vyšel článek Ing. Martina Voltnera, vedoucího technika Atelieru DEK, nazvaný Kam zmizel ten polystyren? Aneb degradace EPS ve skladbách plochých střech zvýšeným teplotním namáháním. Na třech příkladech budov popsal zjištěné změny objemu a struktury tepelného izolantu z EPS v blízkosti prosklených ploch s orientací od jihovýchodu po jihozápad. Ve dvou případech popsaných Ing. Voltnerem došlo k degradaci po instalaci povrchu z umělého trávníku na místo původně plánované betonové dlažby na podložkách. V jednom případě došlo k degradaci EPS vlivem nevhodného skladování střešních polykarbonátových světlíků na střeše.

Obr. 1 - Poškození polystyrenové desky vyjmuté ze skladby terasy před vstupem na ni

Obr. 2 a 3 - Prolákliny v povrchu střechy u štítu světlíku a izolant

Autoři článků se domnívají, že degradace tepelného izolantu je s nejvyšší pravděpodobností způsobena překročením tepelné odolnosti materiálu. Dlouhodobá teplotní odolnost EPS je dle technických listů výrobců 80 °C, krátkodobě dokáže EPS odolat teplotě do 100 °C. Dosahované povrchové teploty na plochých střechách se v letním období běžně pohybují kolem 80 °C v závislosti na pohltivosti krytiny na sluneční záření a na intenzitě slunečního záření. Tyto teploty jsou již na hranici teplotní odolnosti samotného EPS. Ze zjištěných poruch střech (teras) v blízkosti prosklených ploch u reálných staveb se domníváme, že právě teplotní příspěvek odražené složky slunečního záření je příčinou degradace EPS.

Náš projektant, specialista na stavební fyziku Ing. Ondřej Židek, se ve své diplomové práci zabýval zjišťováním skutečných teplot ve hmotě tepelného izolantu a zjišťováním stavu izolantu při těchto teplotách. Měření provedl v Experimentálním centru DEK v Brně. Zároveň se s pomocí programu DesignBuilder zabýval dynamickou simulací vlivu slunečního záření na konstrukci shodnou s experimentálním modelem a kalibrací výpočtového modelu podle skutečně naměřených teplot, aby získal nástroj pro výpočtové vyhledávání rizik poškození tepelné izolace pod různými vrstvami a při různém uspořádání odrazivých ploch nad střechou. V tomto článku nás Ing. Židek seznámí s provedením experimentů a prvotními výsledky. Teoretickými východisky a rozborem naměřených hodnot se bude zabývat v dalším připravovaném článku.

Experimenty proběhly v roce 2016. Samotná realizace modelu probíhala od 18. června, kdy byl sestaven skelet modelu, do 17. července, kdy byla položena skladba ploché střechy a nainstalována měřicí zařízení. Demontáž experimentálního modelu proběhla 14. září, tedy po 58 dnech, kdy byly na modelu měřeny povrchové teploty polystyrenu, teplota vzduchu a intenzita sluneční radiace. V tomto období bylo celkem 22 slunečných dnů s minimální oblačností, 24 dnů s výrazně střídavou oblačností a 12 velmi oblačných dní. Velmi zajímavé období nastalo od 31. července do 11. srpna, kdy byl pouze jeden den oblačný, zbylé dny byly slunečné.

První den realizace byl postaven skelet modelu se základnou z dřevěných EURO palet a skeletovou konstrukcí stěny a zavětrování z dřevěných latí profilu 40x60 mm. Do připraveného modelu byla osazena bezrámová výplň s izolačním trojsklem o šířce 1 820 mm a výšce 1 280 mm s distančním rámečkem vysokým 10 mm. Pro zatížení modelu byly použity betonové dlaždice formátu 500x500x50 mm. Po osazení zasklení a zatížení modelu bylo provedeno vyrovnání stěnové konstrukce do svislé roviny. Stěnová konstrukce byla vytvořena tak, aby po osazení skladby modelové ploché střechy byla výška parapetu 60 mm.
Dále byla provedena pokládka skladby střechy a instalace měřicích zařízení. Na jižní části modelu byla vytvořena spádová vrstva o sklonu 2 % umístěním jedné řady betonové dlažby v blízkosti prosklené plochy a položením OSB desky tl. 18 mm, na kterou byly následně položeny čtyři kusy EPS 150 S o rozměrech 500x1 000x100 mm.
Na experimentální model byly instalovány celkem čtyři typy měřicích senzorů. Prvním senzorem je pyrometr EMS 11 měřící intenzitu slunečního záření. Teplota vzduchu je měřena druhým senzorem, který je instalován do radiačního krytu AIO77. Na modelu se dále nalézaly odporové měřící sondy Pt1000TG7 pro určení povrchové teploty EPS a kontrolní teplotní senzory Pt1000TG8 měřící teplotu vzduchu na různých místech modelu. Tato měřicí zařízení byla napojena do datové schránky Datalogger V32P4. Analýza získaných dat byla prováděna pro hodnoty naměřené od 18. července.

Obr. 4 - Schéma umístění měřicích zařízení

Obr. 5 - Dřevěný skelet experimentálního modelu s osazeným zasklením

Obr. 6 - Umístění desek EPS na model

Na horním povrchu desek EPS byly vytvořeny drážky a prohlubně pro následnou instalaci měřicích zařízení. Pro kotvení izolačních desek byly použity dva kusy plochých ocelových podložek EJOT mechanicky kotvených do podkladní OSB desky. Následovalo umístění měřicích senzorů a jejich stabilizace.

Poté byla položena povlaková hydroizolace. Pro náš experiment byly vybrány dva typy v Česku nejpoužívanějších povlakových hydroizolací pro střechy. V prvním případě se jednalo o hydroizolační fólii z měkčeného PVC DEKPLAN 77 v tloušťce 1,5 mm, která byla naistalována na levou část experimentálního modelu (z pohledu od jihu). Pod PVC krytinu byla položena separační PE textilie. Jako druhá byla zvolena hydroizolace ze dvou asfaltových pásů. Na podkladní SBS modifikovaný asfaltový pás se skleněnou nosnou vložkou GLASTEK 30 STICKER PLUS se samolepicí vrstvou při spodním okraji byl plamenem nataven hydroizolačního pás ELASTEK 40 SPECIAL DEKOR s nosnou vložkou z PE rohože a s hrubozrnným břidlicovým ochranným posypem.

Obr. 7 – Dokončené povlakové hydroizolace

Měření na těchto dvou skladbách probíhalo do 5. srpna, kdy na polovinu obou hydroizolací byl položen travní koberec z umělé hmoty. V této části pokusu se měl ověřit vliv zvýšeného teplotního namáhání a následné degradace EPS po položení umělého trávníku na povrch střechy.

Obr. 8 – Osazený umělý travní koberec na část plochy

Po položení umělého trávníku pokračovalo měření teplot a sluneční radiace až do 14. září, kdy byl model demontován.

• odražené složky slunečního záření od prosklených ploch
• typu a barvy střešní krytiny
• pochůzné vrstvy (travní koberec, dlažba, atd.)
• délky expozice tepelného izolantu vysokými teplotami

První výsledky měření jsou uvedeny na obr. 9 a 10.

Obr. 9 - Porovnání průběhů teplot na různých površích modelu

Obr. 10 - Vybrané extrémy

Podrobnější analýza a diskuze výsledků bude provedena v některém z dalších letošních čísel časopisu DEKTIME.

Autoři:
Ing. Ondřej Židek
projektant
DEKPROJEKT s.r.o.

Ing. Antonín Žák, Ph.D.
vedoucí Experimentálního centra DEK
vedoucí diplomové práce Ing. Židka
Stavebniny DEK a.s.