Fyzika Střechy

2023 Autor: Douglas Hoggarth | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-11-26 20:16

Jako plášť budovy je střecha vystavena řadě faktorů úzce souvisejících s procesy probíhajícími jak vně budovy, tak uvnitř ní. Mezi tyto faktory patří zejména:

• srážky;
• vítr;
• solární radiace;
• teplotní variace;
• vodní pára obsažená ve vnitřním vzduchu budovy;
• chemicky agresivní látky ve vzduchu;
• zásadní aktivita hmyzu a mikroorganismů;
• mechanická zatížení.

Srážky

Funkce ochrany budovy před atmosférickými srážkami je přiřazena nejvyššímu prvku střechy - střeše. Pro odvod dešťové vody je povrch střechy sklonený. Úkolem střechy není vpustit vodu do podkladních vrstev.

Měkké střešní materiály, které tvoří souvislý utěsněný koberec na povrchu střechy (rolovací a tmelové materiály, polymerní membrány), dělají s tímto úkolem dobrou práci. Při použití jiných materiálů mohou pod střešní krytinu pronikat srážky s malými sklony střechy, zejména za nepříznivých povětrnostních podmínek (déšť nebo sníh se silným větrem). V takových případech je pod střechou uspořádána další hydroizolační vrstva, která představuje druhou linii ochrany před atmosférickými srážkami.

Důležitým úkolem je organizace odvodňovacího systému - interního nebo externího.

Sníh působí na střechu další statické zatížení (zatížení sněhem). Může být poměrně velká, takže je třeba ji zohlednit při výpočtu celkového zatížení střešní konstrukce. Toto zatížení závisí na sklonu střechy. V zasněžených oblastech je sklon obvykle zvýšen, aby sníh nezůstával na střeše. Současně je na šikmých střechách vhodné instalovat prvky zadržující sníh, které neumožňují padání sněhu jako lavina, což ohrožuje zdraví kolemjdoucích, často deformuje fasádu budovy a deaktivuje vnější odvodňovací systém.

Obr. 1

Jedním z významných problémů v zasněžených oblastech je tvorba ledu a rampouchů na střechách. Led se často stává bariérou, která brání vodě ve vstupu do žlabu, vodní nálevky nebo jednoduše stékat dolů. Při použití nehermetické krytiny (kovové střechy, všechny typy šindelů) může voda proniknout střechou a vytvářet netěsnosti. Mechanismus tvorby ledu a způsoby boje proti tomuto jevu jsou podrobně popsány v části Protimrazové systémy pro střechy.

Vítr

Proudy větru, které na cestě narazí na překážku v podobě budovy, ji obcházejí, v důsledku čehož se kolem budovy vytvářejí oblasti pozitivního a podtlaku (obr. 2).

obr

Velikost výsledného podtlaku vyvíjejícího trhací účinek na střechu závisí na mnoha faktorech. Nejnepříznivější v tomto ohledu je vítr, který fouká na budově pod úhlem 45 ° ⁰. Střešní plán budovy, který ukazuje distribuci podtlaku ve směru větru 450, je znázorněn na obr. 3.

obr

Trhací síla větru může být dostatečná k poškození střechy (puchýře, odtržení části krytin atd.). Zvyšuje se zejména při zvýšení tlaku uvnitř budovy (pod základnou střechy) v důsledku pronikání vzduchu otevřenými dveřmi a okny ze závětrné strany nebo prasklinami v konstrukci. V tomto případě je trhací síla větru určena dvěma složkami: podtlakem nad střechou a přetlakem uvnitř budovy. Proto, aby se vyloučilo riziko poškození střechy, je její základna co nejtěsnější (obr. 4). Často se provádí dodatečné mechanické připevnění střešního materiálu k základně.

obr

Parapety se používají ke snížení podtlaku. Je však třeba mít na paměti, že mohou nejen snižovat, ale také zvyšovat podtlak. Pokud jsou parapety příliš nízké, může být podtlak ještě vyšší než bez nich.

Solární radiace

Různé střešní materiály mají různou citlivost na sluneční záření. Například sluneční záření nemá prakticky žádný účinek na keramické a cemento-pískové dlaždice, ani na kovové střechy bez nanesených polymerních povlaků.

Materiály na bázi bitumenu jsou vysoce citlivé na sluneční záření: vystavení ultrafialovému záření urychluje proces stárnutí. Proto mají zpravidla horní ochrannou vrstvu minerálního obvazu. K ochraně moderních materiálů před stárnutím se do asfaltové směsi zavádějí speciální přísady (modifikátory).

Řada materiálů pod vlivem ultrafialového záření časem ztrácí svou původní barvu (blednutí). Na toto záření jsou obzvláště citlivé kovové střechy s některými typy polymerních povlaků.

Sluneční sálavá energie vstupující do střechy je částečně absorbována střešními materiály. Současně lze horní vrstvy střechy výrazně zahřát (někdy až na 100 ° C), což také ovlivňuje jejich chování. Například materiály na bázi bitumenu měknou při dostatečně vysokých teplotách a v některých případech mohou sklouznout ze šikmé střešní plochy. Kovové střešní krytiny s některými typy povlaků jsou také citlivé na teplo. Při výběru střešního materiálu pro použití v jižních oblastech byste se proto měli ujistit, že má dostatečnou tepelnou odolnost.

Teplotní variace

Jako plášť budovy pracuje střecha v poměrně silném teplotním režimu, kde dochází k prostorovým i časovým teplotním výkyvům. Jeho spodní povrch (strop) má zpravidla teplotu blízkou teplotě místnosti. Současně se teplota vnějšího povrchu mění v poměrně širokém rozmezí - od velmi významných záporných hodnot (v zimě, mrazivé noci) až po hodnoty blízké 100 0С (v létě, slunečný den). Teplota vnějšího povrchu střechy může být současně heterogenní kvůli nerovnoměrnému slunečnímu osvětlení jejích různých částí.

Ale jak víte, všechny materiály podléhají tepelnému roztahování a stlačení do jednoho či druhého stupně. Proto, aby se zabránilo deformaci a zničení, je velmi důležité, aby materiály pracující v jedné konstrukci měly podobné koeficienty tepelné roztažnosti. Ke zvýšení odolnosti střechy proti tepelnému zatížení se používá také řada technických řešení. Zejména v plochých střechách jsou kladeny speciální deformační uzly, aby se omezil účinek vodorovných pohybů a nadměrných vnitřních napětí.

Vážné nebezpečí pro téměř všechny střešní materiály (s výjimkou kovových krytin) představuje časté, někdy denní poklesy teploty od plus do minus. K tomu obvykle dochází v oblastech s mírnou a vlhkou zimou. Proto je v takových klimatických pásmech nutné věnovat zvláštní pozornost takové důležité vlastnosti střešních materiálů, jako je absorpce vody. Při vysoké absorpci vody vlhkost při kladných teplotách proniká a hromadí se v pórech materiálu a při záporných teplotách zmrzne a rozšiřuje se a deformuje samotnou strukturu materiálu. Výsledkem je postupné ničení materiálu, které vede ke vzniku trhlin.

Střecha by měla být nejen odolná vůči výrazným teplotním výkyvům, ale také před nimi spolehlivě chrání interiér budovy a chrání ji před chladem v zimě a před teplem v létě. Role tepelné bariéry ve střešní konstrukci náleží tepelně izolační vrstvě. Aby tepelně izolační materiál plnil svoji funkci, musí být co nejsušší. Při zvýšení vlhkosti pouze o 5% je tepelně izolační kapacita materiálu téměř poloviční.

Vodní pára

Vodní pára se neustále vytváří v interiéru budovy v důsledku lidské činnosti (vaření, praní, koupání, mytí podlah atd.). Vlhkost je obzvláště vysoká v nově postavených nebo renovovaných budovách. V procesu difúze a konvekčního přenosu stoupá vodní pára nahoru a po ochlazení na teplotu pod rosným bodem kondenzuje v prostoru pod střechou (obr. 5). Množství generované vlhkosti je tím vyšší, čím větší je rozdíl teplot venku a uvnitř budovy, proto se v zimě vlhkost akumuluje poměrně intenzivně v prostoru pod střechou.

obr

Vlhkost má negativní vliv na dřevěné i kovové střešní konstrukce. V přebytku začne odtékat do interiéru a na stropě se vytvoří netěsnosti. Nejnepříjemnějšími důsledky je hromadění vlhkosti v tepelně izolačním materiálu, což, jak již bylo uvedeno, výrazně snižuje jeho tepelně izolační vlastnosti.

Významnou bariérou proti pronikání páry do prostoru pod střechou je speciální fólie s nízkou paropropustností, která je umístěna ve střešní konstrukci přímo pod tepelnou izolací. Žádný parozábranný materiál však není schopen zcela vyloučit tok páry z vnitřku budovy do prostoru pod střechou. Proto, aby střecha z roku na rok neztratila tepelně izolační schopnost, je nutné, aby veškerá vlhkost akumulovaná v tepelně izolačním materiálu v zimě vycházela v létě ven.

Tento úkol je řešen konstruktivními opatřeními. Zejména u plochých střech se doporučuje ne kontinuální, ale částečné lepení střešních materiálů na podklad.

Ve šikmých střechách jsou uspořádány speciální ventilační mezery (obr.6). Zpravidla existují dva z nich - horní mezera a spodní. Horní mezerou (mezi střešní krytinou a hydroizolací) je odstraněna atmosférická vlhkost zachycená pod střešní krytinou. Díky odvětrávání jsou dřevěné konstrukce (kontralatování a latování) neustále odvětrávány, což zajišťuje jejich trvanlivost. Vlhkost se odvádí spodní ventilační mezerou, která proniká do izolace z interiéru. Kvalitní uspořádání parozábrany ze strany interiéru a přítomnost dostatečné spodní ventilační mezery vylučují zamokření střešní konstrukce.

obr

Pamatujte, že pokud jsou jako hydroizolační materiály použity prodyšné membrány, není potřeba spodní ventilační mezera.

Aby byla zajištěna dobrá cirkulace vzduchu, mnoho společností, které vyrábějí střešní materiály pro šikmé střechy, zpravidla nabízí jako doplňkové prvky řadu ventilačních prvků: převislé provzdušňovače, hřebenové provzdušňovače, ventilační mřížky a pro kachlové střechy - speciální ventilační tašky.

Nejspolehlivější ochrana proti vodní páře je zapotřebí zejména ve střechách nad místnostmi s vysokou vlhkostí: bazény, muzea, počítačové místnosti, nemocnice, některé průmyslové objekty atd. Zvláštní pozornost je třeba věnovat ochraně páry při stavbě v oblastech s extrémně chladným podnebím, a to i při normální vnitřní vlhkosti. Při analýze podmínek prostředí a teplotních a vlhkostních podmínek uvnitř objektu lze předpokládat možnost kondenzace vlhkosti a její akumulace a pomocí různých kombinací střešních prvků se těmto jevům předcházet.

Chemicky agresivní látky ve vzduchu

Ve velkých městech nebo v blízkosti velkých podniků v atmosféře zpravidla existuje poměrně vysoká koncentrace chemicky agresivních látek, například sirovodíku a oxidu uhličitého. Proto je u všech konstrukčních prvků střech, zejména u střech v těchto oblastech, nutné používat materiály odolné vůči chemickým látkám přítomným ve vzduchu.

Životně důležitá aktivita hmyzu a mikroorganismů

Různé druhy hmyzu a mikroorganismů mohou způsobit značné poškození střešní konstrukce, zejména dřevěných prvků. Vysoká vlhkost je pro jejich život obzvláště příznivé prostředí. K ochraně dřevěných konstrukcí se používají speciální impregnace, které chrání materiál před mikroorganismy.

Mechanická zatížení

Střešní konstrukce musí odolat mechanickému zatížení, jak stálému (statickému) - od výplňových a instalačních prvků, tak dočasně - sněhu, od pohybu osob a zařízení atd. Zatížení spojená s možnými pohyby mezi střechou a stavebními jednotkami jsou také dočasná.

Aby tedy střecha spolehlivě plnila své funkce a byla odolná vůči různým druhům vlivů (uvedených výše), je nutné: zaprvé stačí správně vypočítat nosnou část; zadruhé, najít nejlepší designovou možnost; a konečně zatřetí zajistit optimální kombinaci konstrukčních materiálů.

Ze všeho, co bylo řečeno, vyplývá, že ve střešní konstrukci mohou být přítomny následující hlavní vrstvy (obr.7):

obr.7

• střešní materiál, na který se v případě potřeby nanese další vrstva (obvaz, štěrk atd.);
• hydroizolační vrstva (na šikmých střechách) - dodatečně izoluje vnitřní vrstvy střechy před pronikáním atmosférické vlhkosti;
• tepelná izolace - poskytuje poměrně stabilní teplotu vzduchu v prostorách;
• parozábrana - zabraňuje pronikání vodní páry z vnitřku budovy do střešní konstrukce;
• základna.

Konstrukce střechy musí být opatřena opatřeními pro volnou cirkulaci vzduchu (větrání).

Potřeba určitých vrstev a jejich umístění závisí na typu budovy a účincích, kterým bude vystavena. Při výběru musíte také vzít v úvahu technické vlastnosti použitých materiálů: koeficienty tepelné roztažnosti a komprese; maximální pevnost v tahu, tlaku a smyku; charakteristiky propustnosti par a absorpce vlhkosti; charakteristiky stárnutí, vč. zvýšená křehkost a ztráta tepelného odporu; pružnost; ohnivzdornost. Důležitost všech výše uvedených technických charakteristik určuje každý konkrétní případ.