Technologie konstrukčních izolovaných panelů SIPs

Tepelná izolace – expandovaný polystyren tvoří jádro sendvičových panelů slepených z konstrukčních desek na bázi dřeva. Spolu s kontaktním zateplovacím systémem a interiérovou sádrokartonovou deskou splňují náročné požadavky na tepelněizolační vlastnosti obalové konstrukce nízkoenergetických a pasivních domů.

Ve směrnici Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov je definován požadavek, aby v budoucnu byly navrhovány a stavěny pouze budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Stavebnictví se tak musí do roku 2018 připravit na revoluční zpřísnění požadavků na tepelnou ochranu budov.

Jak zareaguje stavební trh?
Růst cen energie a administrativní opatření přijímaná na úrovni Rady Evropy donutí v nejbližších letech stavební trh podstatně přehodnotit pohled na výstavbu budov všech typů a určení. Předpokládám, že se ve větší míře začnou využívat technologie suché montáže a vzroste podíl izolačních materiálů v konstrukci obvodových plášťů budov. Z důvodu zlevňování staveb při zachování jejich vynikajících tepelnětechnických vlastností budou vyvíjeny nové konstrukční a stavební materiály, kde vhodný tepelný izolant v kombinaci s jinými materiály převezme i nosnou funkci. Do pozadí bude ustupovat provádění staveb náročnými a dlouhotrvajícími mokrými procesy.

Technologie konstrukčních izolovaných panelů
Technologii Structural Insulated Panels (SIPs) tvoří sendvičový panel vyrobený slepením konstrukčních desek na bázi dřeva s jádrem z pevného izolantu. Takový panel má vynikající pevnost a tuhost a samozřejmě i výborné tepelněizolační vlastnosti. Protože neobsahuje žádný dřevěný rám ani žádné jiné dřevěné prvky, je izolace v panelu homogenní, bez tepelných mostů. Panel se dá libovolně dělit kolmými i šikmými řezy bez ztráty pevnosti a izolačních schopností. Panel je univerzálně použitelný, určený pro obvodové i vnitřní stěny, základové desky i střešní pláště staveb.

Historie vzniku technologie
SIPs – inspirace F. L. Wrightem
Na vývoji konstrukčních izolovaných panelů pracovali téměř současně Forest Products Laboratory (FPL) v Madisonu ve Wisconsinu a velmi známý architekt Frank Lloyd Wright. Ve třicátých letech dvacátého století v reakci na světovou hospodářskou krizi Frank Lloyd Wright navrhl cenově dostupné domy, které nazval Usonian houses a jejichž cena neměla překročit 5 000 dolarů. Jednalo se o jednopodlažní stavby bez podsklepení, většinou ve tvaru L, které se stavěly z cihel, betonu a dřeva. Některé domy byly z prvních panelů SIPs. Tyto panely byly vyrobeny slepením jádra z několika vrstev lepenky s pláštěm z překližky.

V roce 1935 začaly pokusy ve Forest Products Laboratory v Madisonu. Cílem bylo zajistit přenesení svislého zatížení od stavebních konstrukcí do pláště sendvičového panelu, který tvořila překližka. Realizací této myšlenky se podařilo vyrobit sendvičový panel s izolantem v celém průřezu, tedy bez tepelných mostů tvořených dřevěným rámem. Pro výrobu takového panelu nebyla potřebná sušárna řeziva a stavebně truhlářská technologie pro výrobu dřevěného rámu. Navíc lze panel bez dřevěného rámu či jiných výztužných dřevěných žeber libovolně dělit a přitom zachovat jeho mechanické vlastnosti.

Už v roce 1935 byla FPL postavena série prvních experimentálních domů, na kterých se principy technologie SIPs ověřovaly. V roce 1947 staví FPL další experimentální budovu, která se testovala 31 let.

V roce 1952 staví domy ze SIPs panelů v Midlandu v Michiganu architekt Alden P. Dow, žák F. L. Wrighta a syn zakladatele společnosti Dow Chemical Company. Panely použité na tyto domy již měly jádro z pěnového polystyrenu a obecně se pova­žují za opravdový nástup SIPs technologie.

Moderní panel technologie SIPs
Panel technologie SIPs je charakteristický celoplošným slepením pláště z konstrukčních desek s jádrem, které tvoří pevný izolant. Materiálová skladba panelů tak bývá velmi rozmanitá. Plášť panelu může být z překližky, dřevotřískové desky, OSB desky, cementotřískové či vláknocementové desky a podobně. Jádro může tvořit expandovaný polystyren, extrudovaný polystyren nebo polyuretan. Moderní panel technologie SIPs je dnes v převážné většině složen z pláště z OSB desek a jádra z expandovaného polystyrenu.

Panely se kromě materiálové skladby liší i svými rozměry. Z pohledu tepelněizolačních vlastností je důležitá tloušťka panelu. Plošné rozměry panelů jsou důležité kvůli procesu výstavby. Používají se panely velkoplošné nebo maloformátové. Velkoplošné panely jsou vhodné pro oblasti s komunikacemi, které umožňují dopravu na staveniště, a s velkými stavebními pozemky, vhodnými pro použití stavební techniky pro vykládku a montáž panelů. Maloformátové panely s šířkou do 1 250 mm našly svoje uplatnění v Čechách a na Slovensku, kde je situace s pozemky opačná.

Výstavba prováděná technologií SIPs
Výstavba, lépe řečeno montáž hrubé stavby technologií SIPs, je snadná, ale vyžaduje přesnost a dodržení předepsaných postupů.

Domy se nejčastěji zakládají na betonové základové desky, ale mohou být založeny i na desky provedené z panelů SIPs, uložených na základových pásech či patkách nebo zemních vrutech. Na desku opatřenou hydroizolací, případně protiradonovou izolací se vyznačí poloha jednotlivých stěn podle montážní dokumentace. Panely se staví na základový pražec, který lícuje s hranou základové desky a odděluje vlastní dřevostavbu od základové desky. Základový pražec je společně s dřevěným vloženým prvkem, který vymezuje polohu panelu, přikotven k základové desce. Montáž panelů začíná v jednom rohu stavby a pokračuje připojováním dalších panelů po obvodu. Po dokončení obvodu prvního nadzemního podlaží se obdobně smontují nosné vnitřní stěny. Paneláž prvního nadzemního podlaží se prováže vložením dřevěných vložených prvků do montážní drážky ve „věnci“. V případě jednopodlažního domu se panely ukončí roznášecím páskem z OSB, jehož šířka odpovídá tloušťce panelu. Na takto provedenou stavbu se uloží konstrukce střechy z příhradových vazníků.

U vícepodlažních staveb se pokračuje konstrukcí stropu. Stropní nosníky se zavěšují do kovových třmenů, které jsou připevněny na vnitřních deskách panelů. V případě potřeby větších rozponů se podpírají průvlakem z lepeného lamelového dřeva podepřeného sloupy na rektifikačních patkách. Stropní nosníky jsou nejčastěji vyrobeny z dřevěného, délkově nastavovaného profilu 60 × 240 mm nebo z dřevěných I-nosníků. Podlaha druhého nadzemního podlaží se provádí z OSB desek o tloušťce 22 mm, které jsou spojeny na pero a drážku a přes těsnicí pásky jsou vruty prošroubovány do stropních nosníků a obvodových stěn. Na takto provedenou podlahu se zakládá dřevěný vložený prvek vymezující polohu paneláže druhého nadzemního podlaží. Montáž panelů 2. NP se provádí stejně jako v 1. NP. Panely je možné použít i pro konstrukci střešního pláště. Toto řešení zjednoduší konstrukci krovu, protože se panely krokvemi podpírají pouze v místě spoje, tedy ve vzdálenostech 2 500 až 3 000 mm. Výhodou je i větší prostor v podkroví, izolace střešního pláště je umístěna nad krokvemi. Stavba je velice rychle uzavřena a ochráněna proti srážkám.

Vybrané požadavky na nízkoenergetické a pasivní domy
Obvyklým vyjádřením energetických vlastností budovy je plošná měrná spotřeba tepla na vytápění vztažená na jeden metr čtvereční vytápěné plochy a rok. Pro nízkoenergetické domy je měrná potřeba tepla maximálně 50 kWh/(m2 . a) a pro domy pasivní maximálně 15 kWh/(m2 . a). Těchto hodnot se dosahuje komplexním řešením stavby, do kterého spadá výběr pozemku, orientace domu, tvarová optimalizace domu, solární zisky, zastínění stavby zelení a okolní zástavbou, velikost a kvalita oken a podobně.

Obvodový plášť domu musí splnit tři základní parametry. Prvním požadavkem je co nejnižší součinitel prostupu tepla U. U obvodové stěny stavby pasivního domu nemá být součinitel prostupu tepla větší než 0,15 W/(m² . K). Tam, kde je to konstrukčně možné, se doporučují hodnoty nižší (napří­klad u střech je vhodné U ≤ 0,12 W/(m² . K)). Okna mají mít výsledný součinitel prostupu tepla U ≤ 0,8 W/(m² . K).

Všechny obvodové konstrukce a jejich napojení mají být řešeny tak, aby byly minimalizovány tepelné mosty v konstrukcích a tepelné vazby mezi nimi, a to jak v důsledku pečlivého projektového řešení s podrobným zpracováním všech detailů, tak pečlivým prováděním a kontrolou provádění.

Obvodové konstrukce musejí být prakticky vzduchotěsné. Experimentální ověření podle ČSN EN 13829 se doporučuje provést vždy, a to ještě před úplným dokončením stavby.

Parametry a konstrukční řešení obalové konstrukce pasivního domu postaveného technologií SIPs
Součinitel prostupu tepla stěnou konstruovanou z konstrukčních izolovaných panelů lze zvolit přesně podle požadavků na energetickou účinnost stavby. Stěna domů postavených technologií SIPs se nejčastěji skládá z interiérového obkladu sádrokarto­novou deskou, z panelu tloušťky 170 mm a zateplovacího systému ETICS (kontaktní zateplovací systém s polystyrenem).

Protože druh interiérového obkladu a druh omítky a použitých lepidel v ETICS se může lišit, v tab. 1 je veden součinitel prostupu tepla pouze pro základní panel SIPs opatřený fasádním polystyrenem dané tloušťky a druhu. Zvýrazněné skladby splňují požadavky kladené na stěnu pasivního domu.

Dalším požadavkem je minimalizace tepelných mostů v obálce budovy. Tento parametr nejvíce ovlivní architekt a projektant konkrétní stavby. Samozřejmě stavební systém musí minimalizaci tepelných mostů umožnit. Jak jsem již uvedl, konstrukční izolované panely neobsahují dřevěný rám. V ploše panelu tedy není žádný tepelný most.

To je v oblasti dřevostaveb unikátní vlastnost, protože u všech ostatních konstrukčních systémů najdete ve stěnách velký podíl dřeva v podobě dřevěných rámů panelů u panelových dřevostaveb či sloupků a sloupů u lehkých nebo těžkých skeletových dřevostaveb.

Dřevo není u panelů SIPs ani v jejich spojích. Spoj se provádí tzv. spojovacím panelem, který má stejnou skladbu jako panel stěnový a jehož jádro je také z polystyrenu. Spojovací panel se vkládá do montážní drážky hluboké 42 mm, kterou je každý panel po celém obvodu opatřen. V obvodových stěnách je dřevo zastoupeno pouze základovým pražcem o tloušťce 60 mm, výdřevou vodorovné montážní drážky na spodku panelu a ve věnci a dále výdřevou montážní drážky okenních a dveřních otvorů. Ve srovnání s ostatními systémy dřevostaveb je tepelných mostů tvořených dřevěnými prvky ve stěně méně než 20 %.

Tab. 1 Příklady součinitele prostupu tepla pro obvodové stěny z Europanelu zateplené polystyrenem

V případě potřeby umístění svislého sloupu pro podporu vodorovných dřevěných nosníků jsou možná dvě řešení. Sloup může být buď zapuštěn do panelové stěny, nebo může být ke stěně připevněn z interiéru. Druhé řešení nezpůsobí tepelný most. Stropní trámy se vkládají do ocelových třmenů připevněných na interiérové straně panelů a stěnou neprocházejí. I střešní plášť lze vyřešit tak, aby dřevěná konstrukce krovu byla v interiéru a kompletně obalena střešním pláštěm z panelů. Případné tepelné mosty se dále eliminují kontaktním zateplovacím systémem a dodatečným zateplením střešního pláště.

Třetí požadavek, vzduchotěsnost obvodového pláště stavby se prověřuje tzv. Blower-door testem. Tímto testem se zkouší průvzdušnost obvodové konstrukce stavby, tedy kolikrát se za jednu hodinu vymění objem vzduchu v objektu netěsnostmi obalové konstrukce stavby při rozdílu tlaku 50 Pa mezi interiérem a exteriérem. V normě ČSN 73 0540-2 je udáván pro pasivní dům požadavek 0,6.

Oba domy vybudované technologií SIPs požadavek normy splnily, dům prováděný sloupkovou konstrukcí pod dohledem architekta, odborně zdatného stavbyvedoucího a televizních kamer nikoliv. I to ukazuje na podstatně lepší vlastnosti staveb z konstrukčních izolovaných panelů. Tyto vynikající výsledky jsou možné díky minimalizaci spár v obálce stavby a jejich vzduchotěsnému provedení. Všechny spoje panelů jsou vyplněny polyuretanovou montážní pěnou. Styky OSB–OSB, OSB–dřevo jsou prolepeny konstrukčním polyuretanovým lepidlem. Takto provedené spoje jsou navíc opatřeny vzduchotěsným materiálem. Základová spára, tedy spára mezi hydroizolací na základové desce a základovým pražcem společně se spárou mezi základovým pražcem a spodní hranou panelu, se těsní samolepicím butylovým pásem, nebo butylovou fólií přilepenou k hydroizolaci lepidlem OT 15 a k panelu oboustranně lepicí butylovou páskou. Spoje panelů jsou přelepeny vzduchotěsnou textilní páskou opatřenou akrylátovým lepidlem. Rohové spoje panelů, spoje panelů v šikmině druhého nadzemního podlaží a spáry mezi dřevěnými konstrukčními prvky procházejícími panelovou stěnou jsou utěsněny bitumenovým tmelem. Připojovací spára hrubé podlahy druhého nadzemního podlaží k panelu prvního nadzemního podlaží je utěsněna butylovým provazcem s PVC jádrem.

Tab. 2 Vzduchová neprůzvučnost panelů

Tento systém těsnicích prvků společně se správným způsobem osazení a utěsnění oken zaručuje požadovanou úroveň vzduchotěsnosti obvodového pláště pasivního domu.

Řadu čtenářů napadne spousta otázek ohledně bilance vodní páry ve stěně provedené technologií SIPs. Otázka difuze a bilance vodní páry, byť velmi zajímavá, ale není předmětem tohoto článku, proto jenom na okraj konstatuji, že všechny používané skladby obvodových stěn s konstrukčními izolovanými panely plní požadavky normy s přibližně desetinásobnou bezpečností.

Akustika
Je samozřejmé, že polystyren v kombinaci s deskami OSB není dobrý zvukový izolant. Protože se ale jedná o sendvičovou stěnu, doplněnou obkladem interiéru i exteriéru, je možné akustické vlastnosti přizpůsobit požadavkům investora či příslušných norem vhodnou skladbou stěny. V tab. 2 najdete vzduchovou neprůzvučnost panelů vypočtenou na základě provedeného měření na panelu tloušťky 170 mm. V další části tabulky jsou hodnoty vzduchové neprůzvučnosti vytipovaných konstrukčních skladeb.

Luděk Liška
Foto: archiv EUROPANEL

Autor pracuje jako vedoucí obchodního odděle­ní ve společnosti EUROPANEL, s. r. o., v Liberci, která vyrábí stavební systémy pro nízkoenergetické stavby.

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.