Světlovod ve střešní konstrukci v horské oblasti

Světlovod je jedním z osvětlujících prvků, které přivádějí do interiéru přirozené denní světlo. Je součástí obvodového pláště, protože spojuje exteriér s interiérem. Z hlediska denního osvětlení pozitivně ovlivňuje vnitřní prostředí, a proto je důležité zabezpečit, aby jeho zabudování nebylo problémovým detailem v obvodovém plášti. Když se světlovod navíc použije v horské oblasti, musí se zohlednit extrémní venkovní podmínky.

Při návrhu střešní konstrukce v horské oblasti jsou závazné zadávací podmínky pro velmi nízké venkovní teploty a souvislé vrstvy kondenzací. Světlovod, který je součástí střešní konstrukce, se těmto podmínkám musí taktéž přizpůsobit. Aby se denní světlo dostávalo do interiéru, kopule nesmí být zakryta vrstvou sněhu. Tomu lze z větší části předejít vysazením kopule nad střešní rovinu. Tím se však venkovním podmínkám vystaví i samotný tubus světlovodu, který není navržen pro extrémní podmínky. Proto je třeba jej zabezpečit tak, aby na jeho povrchu nedocházelo ke kondenzaci a netvořily se nebezpečné plísně.

Původní řešený detail světlovodu
Navrhovaný světlovod je určen k zabudování v horské oblasti, proto jsou okrajovými podmínkami venkovní uvažovaná teplota te = –20,0 °C, hodnota tepelného odporu při prostupu tepla odpovídající venkovnímu prostředí nad 1 000 m n. m. Rs, h, e = 0,03 (m² . K)/W, relativní vlhkost vzduchu r = 84 % a součinitel prostupu vodní páry Rh, p, i = 10 . 10–9 s/m. Světlovod má průměr d = 320 mm a přesahuje střešní konstrukci o 500 mm. Kopule světlovodu je vyrobena z křišťálového skla a stropní difuzor z polymetylmetakrylátu. Tubus je vyroben z hliníku, na němž se nachází vysoce odrazová fólie. Zadávací podmínky pro rekreační budovu odpovídají konkrétní realizaci ve Špindlerově Mlýně. Konstrukce světlovodu je dostatečně ukotvena, aby odolala především zatížení sněhem, ale i větrem. V detailu napojení světlovodu a konstrukce střechy byla použita hydroizolace. Světlovod je zabudován do střešní konstrukce (obr. 1, levá půlka) s touto skladbou:

• ocelový žárově pozinkovaný plech s ochrannou vrstvou 0,7 mm;
• strukturovaná dělicí vrstva 8 mm;
• bednění (OSB deska do vnějšího prostředí) 25 mm;
• kontralať s těsnicí páskou, vzduchová mezera 60 mm;
• pojistná hydroizolace, vodotěsné prostředí 1 mm;
• tepelná izolace – PUR pěna 60 mm;
• tepelná izolace – minerální vlna mezi krokvemi 180 mm;
• parotěsná fólie 1 mm;
• tepelná izolace – minerální vlna pod krokvemi 60 mm;
• SDK desky 2 × 12,5 mm, celkem 25 mm.

Obr. 1  Detail zabudování světlovodu: vlevo původní řešení, vpravo nově navržený stav s tepelnou izolací s tloušťkou 60 mm

Navržené řešení detailu světlovodu
Hlavním úkolem bylo zamezit kondenzaci vodní páry na povrchu světlovodu, která mohla zapříčinit vznik nebezpečných plísní. Řešením problému je zateplení tubusu světlovodu nad střešní rovinou. Proto bylo realizováno několik modelů uvedeného typu světlovodů v daných okrajových podmínkách a konkrétní skladby střešní konstrukce s různými tloušťkami izolace tubusu světlovodu. Jako optimální varianta vyšla tloušťka tepelné izolace tubusu 60 mm po obvodu světlovodu (obr. 1, pravá polovina). Konstrukce světlovodu je ukotvena tak, aby odolala především zatížení sněhem, ale i větrem. V detailu napojení světlovodu a konstrukce střechy byla použita hydroizolace. Tepelně-vlhkostní posouzení se realizovalo pomocí počítačového programu AREA (autorem programu je doc. Dr. Ing. Zbyněk Svoboda, ČVUT v Praze). Výsledky jsou znázorněny na obr. 2 až 4, na nichž se pro srovnání uvádí v levé části původní řešení a v pravé části nově navržené řešení detailu světlovodu.

Obr. 2  Výstup z programu AREA – průběh izoterm: vlevo původní řešení, vpravo nově navržený stav s tepelnou izolací s tloušťkou 60 mm

Obr. 3  Výstup z programu AREA – teplotní pole: vlevo původní řešení, vpravo nově navržený stav s tepelnou izolací s tloušťkou 60 mm

Obr. 4  Výstup z programu AREA – vlhkostní pole: vlevo původní řešení, vpravo nově navržený stav s tepelnou izolací s tloušťkou 60 mm

Závěr
Má-li být světlovod použit v horské oblasti, je třeba světlovodný tubus vytáhnout nad úroveň střešní konstrukce, aby jeho kopule nebyla během celého zimního období pokryta souvislou sněhovou vrstvou. Ta by zásadně ovlivnila účinnost světlovodu. Aby nedocházelo ke kondenzaci vodní páry na povrchu světlovodu, vyčnívající část světlovodného tubusu musí být chráněna tepelnou izolací. Pro dané zadávací podmínky je optimální tloušťka tepelné izolace na ochranu vyčnívající části světlovodu 60 mm. V případě budov, které se nacházejí v mírnějších podmínkách, ale s předpokladem, že se na střešní konstrukci během zimního období vyskytne souvislá vrstva sněhu, by postačovala tloušťka tepelné izolace 40 mm a výška přesahu světlovodného tubusu např. 300 mm. U jiných zadávacích podmínek je třeba tloušťku tepelné izolace optimalizovat, podstata řešení však zůstává podobná.

Tato práce byla podpořena grantem Studentské grantové soutěže ČVUT č. SGS12/108/
OHK1/2T/11.

TEXT: Ing. Lenka Janečková, Ing. Daniela Bošová, Ph.D.
OBRÁZKY: archiv autorek

Ing. Lenka Janečková je doktorandkou na Katedře konstrukcí pozemních staveb Stavební fakulty ČVUT v Praze.
Ing. Daniela Bošová, Ph.D., působí jako odborná asis­tentka v Ústavu stavitelství II Fakulty architektury ČVUT v Praze.

Literatura
1.    Veverka, J. a kol.: Stavební tepelná technika a energetika budov. Brno: VUTIUM, 1. vydání, 2006.
2.    Svoboda, Z.: Difúze vodní páry a její kondenzace uvnitř konstrukcí – podklady k přednáškám.

Článek byl uveřejněn v Realizace staveb.