SIPs technologie konstrukčních izolovaných panelů

Expandovaný polystyren tvoří jako tepelná izolace 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 obálky nízkoenergetických a pasivních domů.

Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov definuje 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 známý architekt Frank Lloyd Wright. Ve třicátých letech dvacátého století v reakci na světovou hospodářskou krizi navrhl Frank Lloyd Wright cenově dostupné domy, které nazval Usonian houses a jejichž cena neměla překročit 5000 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 SIPs panelů. 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 stavebnětruhlářská technologie pro výrobu dřevěného rámu. Navíc lze panel bez dřevěného rámu či jiných výztužných dřevěných žeber libovolně dělit, a přitom zachovat jeho mechanické vlastnosti.

Hned v roce 1935 postavila FPL sérii prvních experimentálních domů, na kterých se principy SIPs technologie ověřovaly. V roce 1947 staví FPL další experimentální budovu, která se testovala celých 31 let. V roce 1952 staví domy ze SIPs panelů v Midland v Michiganu žák F. L. Wrighta, syn zakladatele společnosti Dow Chemical Company, architekt Alden P. Dow. Panely použité na tyto domy již měly jádro z pěnového polystyrenu a obecně se považují za opravdový nástup SIPs technologie (obr. 1).

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 (obr. 2).

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 Česku a na Slovensku, kde je situace s pozemky opačná. V tab. 1 je uveden příklad rozměrové řady panelů a součinitele prostupu tepla pro různé tloušťky SIPs panelů, které jsou vyrobeny z desek OSB 4 o tloušťce 15 mm podle ČSN EN 300 a expandovaného stabilizovaného polystyrenu EPS 70 F (alternativně z polystyrenu modifikovaného grafitem EPS GreyWall).

Tab. 1 Rozměry, použití, provedení, součinitel prostupu tepla a tepelný odpor panelů SIPs stavebního systému EUROPANEL

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 pasech 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 (obr. 3).

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 nosníků ve tvaru písmene I. 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 zašroubovány 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 (obr. 4).

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.

Obvodová obálka 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 (obr. 5a, b).

Obr. 5  Pasivní dům v Liberci postavený technologií SIPs EUROPANEL (exteriér, interiér)

Parametry a konstrukční řešení obvodové obálky pasivního domu postaveného technologií SIPs
Součinitel prostupu tepla stěnou konstruovanou z konstrukčních izolovaných panelů lze zvolit přesně podle požadavků na energetickou účinnost stavby. Stěna SIPs domů 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, najdete v tab. 2 součinitele prostupu tepla pouze pro základní panel SIPs opatřený fasádním polystyrenem dané tloušťky a druhu

Dalším požadavkem je minimalizace tepelných mostů v obálce budovy. Tento para­metr nejvíce ovlivní architekt a projektant konkrétní stavby. Samozřejmě že stavební systém musí minimalizovat vznik tepelných mostů. Jak jsem již uvedl, konstrukční izolované panely neobsahují dřevěný rám, proto v ploše panelu není žádný tepelný most (obr. 6). 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 SIPs ani ve spojích panelů. Spoj se provádí tzv. spojovacím panelem, který má stejnou skladbu jako panel stěnový a jeho 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 %.

V případě potřeby umístění svislého sloupu pro podporu vodorovných dřevěných nosníků jsou možná dvě řešení. Sloup může být zapuštěn do panelové stěny, nebo může být ke stěně připevněn z interiéru. Toto 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 plášťem z panelů. Případné tepelné mosty se dále eliminují kontaktním zateplovacím systémem a dodatečným zateplením střešního pláště.

Třetí požadavek, vzduchotěsnost obvodové obálky stavby, se prověřuje tzv. Blower door testem. Tímto testem se zkouší průvzdušnost obálky stavby, tedy kolikrát se za jednu hodinu vymění objem vzduchu v ob­jektu netěsnostmi obálky stavby při rozdílu tlaku 50 Pa mezi interiérem a exteriérem. Norma ČSN 73 0540-2 udává pro pasivní dům požadavek 0,6. Tab. 3 uvádí naměřené hodnoty domů postavených technologií SIPs v Liberci a Jablonci a pro srovnání hodnotu domu stavěného v rámci odvysílaného pořadu Dům snů televize NOVA, který byl řešen jako sloupková konstrukce.

Obr. 7  Maketa – návaznost jednotlivých konstrukcí	Obr. 8  Axonometrie střechy

Oba domy ze 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. Tento systém těsnicích prvků společně se správným způsobem osazení a utěsnění oken zaručuje požadovanou úroveň vzduchotěsnosti obvodové obálky pasivního domu (obr. 7).

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. 4 najdete vzduchovou neprůzvučnost panelů vypočtenou na základě provedeného měření na panelu tloušťky 170 mm.

TEXT: Ing. Luděk Liška
FOTO: 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 Realizace staveb.

–>–>