Fyzika střechy

Jako plášť budovy je střecha vystavena řadě faktorů úzce souvisejících s procesy probíhajícími mimo budovu i uvnitř ní. Mezi tyto faktory patří zejména:

• srážky;
• vítr;
• solární radiace;
• teplotní změny;
• vodní pára obsažená ve vnitřním vzduchu budovy;
• chemicky agresivní látky ve vzduchu;
• životně důležitá aktivita hmyzu a mikroorganismů;
• mechanické zatížení.

Srážky

Funkce ochrany budovy před atmosférickými srážkami je přiřazena k nejvyššímu prvku střechy – střechy. Pro odvod dešťové vody je povrch střechy sklon. Úkolem střechy není propustit vodu do podkladových vrstev.

Měkké střešní materiály, které tvoří souvislý utěsněný koberec na povrchu střechy (válečkové a tmelící materiály, polymerní membrány), odvádějí při tomto úkolu dobrou práci. Při použití jiných materiálů mohou pod střešní krytinou proniknout atmosférické srážky s malými svahy střechy, zejména za nepříznivých povětrnostních podmínek (déšť nebo sníh, doprovázené silným větrem). V takových případech je pod střechou uspořádána další hydroizolační vrstva, která je druhou linií ochrany před atmosférickými srážkami..

Důležitým úkolem je organizace drenážního systému – interního nebo externího.

Sníh způsobuje dodatečné statické zatížení střechy (zatížení sněhem). Může být poměrně velká, takže je třeba ji vzít v úvahu při výpočtu celkového zatížení střešní konstrukce. Toto zatížení závisí na sklonu střechy. Ve zasněžených oblastech je svah obvykle upraven tak, aby sníh na střeše netrval. Současně na šikmé střechy je vhodné instalovat prvky, které zadržují sníh a které neumožňují padat sníh jako lavina, čímž ohrožují zdraví kolemjdoucích, často deformují fasádu budovy a znemožňují 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 zabraňuje pronikání vody do okapu, nálevky nebo jednoduše stéká dolů. Při použití nehermetické střechy (kovové střechy, všechny typy šindelů) může voda pronikat střechou a vytvářet netěsnosti. Mechanismus tvorby ledu a způsoby boje proti tomuto jevu jsou podrobně rozebrány v sekci Proti námrazové systémy pro střechy..

Vítr

Větrné proudy, které na cestě naráží na překážku ve formě budovy, obejdou ji, v důsledku toho se kolem budovy vytvoří oblasti pozitivního a podtlaku (obr. 2).

obr. 2

Velikost výsledného podtlaku působícího na trhací účinek na střechu závisí na mnoha faktorech. Nejnepriaznivější v tomto ohledu je vítr foukající na budovu pod úhlem 45⁰. Střešní plán budovy, který ukazuje rozdělení podtlaku ve směru větru 450, je znázorněn na obr. 3.

obr. 3

Trhací síla větru může být dostatečná k poškození střechy (puchýře, odtržení části krytiny atd.). Zejména se zvyšuje, když se tlak uvnitř budovy (pod základnou střechy) zvyšuje v důsledku pronikání vzduchu otevřenými dveřmi a okny ze závětří strany nebo prasklinami v konstrukci. V tomto případě je trhací síla větru určována dvěma složkami: podtlakem nad střechou a podtlakem uvnitř budovy. Aby se vyloučilo riziko poškození střechy, je její základna co nejpevnější (obr. 4). Často se provádí dodatečné mechanické upevnění střešního materiálu k základně..

obr. 4

Parapety se používají ke snížení podtlaku. Je však třeba mít na paměti, že mohou nejen snížit, ale také zvýšit negativní tlak. Pokud jsou parapety příliš nízké, může být podtlak dokonce vyšší než bez nich..

Solární radiace

Různé střešní materiály mají rozdílnou citlivost na sluneční záření. Například sluneční záření nemá prakticky žádný účinek na keramické a cemento-pískové dlaždice, ani na kovové střechy bez nanesení 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. Pro ochranu moderních materiálů před stárnutím se do bitumenové kompozice zavádějí speciální přísady (modifikátory).

Mnoho materiálů pod vlivem ultrafialového záření v průběhu času ztratí svou původní barvu (vyblednutí). Na toto záření jsou obzvláště citlivé kovové střechy s některými typy polymerních povlaků..

Solární sálavá energie dopadající na střechu je částečně absorbována střešními materiály. Současně lze horní vrstvy střechy výrazně zahřát (někdy až na 100 ° C), což také ovlivňuje jejich chování. Tak například materiály na bázi bitumenu změkčují při dostatečně vysokých teplotách a v některých případech mohou sklouznout ze šikmých ploch střechy. Tepelně citlivé a kovové střešní materiály s některými typy povlaků. Proto při výběru střešní krytiny pro použití v jižních oblastech byste se měli ujistit, že má dostatečnou tepelnou odolnost..

Teplotní odchylky

Jako plášť budovy pracuje střecha v poměrně tvrdém teplotním režimu, kde dochází k prostorovým i časovým změnám teploty. Spodní povrch (strop) má zpravidla teplotu blízkou teplotě místnosti. Současně se teplota vnějšího povrchu mění v poměrně širokém rozmezí – od velmi významných negativních hodnot (v zimě, mrazivé noci) po hodnoty blízké 100 0С (v létě, slunečný den). Teplota vnějšího povrchu střechy může být současně heterogenní kvůli nerovnoměrnému osvětlení různých částí slunce..

Jak však víte, všechny materiály podléhají tepelnému roztažení a stlačení do stejné míry. Aby se zabránilo deformaci a destrukci, je velmi důležité, aby materiály pracující v jedné struktuře měly podobné koeficienty tepelné roztažnosti. Ke zvýšení odolnosti střechy vůči tepelnému zatížení se používá také řada technických řešení. Zejména v plochých střechách, aby se omezil účinek vodorovných pohybů a nadměrného vnitřního namáhání, jsou kladeny speciální deformační uzly.

Vážné nebezpečí pro téměř všechny střešní materiály (s výjimkou kovových nátěrů) představuje časté, někdy denní poklesy teploty z plusu na minus. K tomu dochází obvykle v oblastech s mírnými a vlhkými zimami. Proto je v takových klimatických zónách nutné věnovat velkou pozornost takové důležité charakteristice střešních materiálů, jako je absorpce vody. Při vysoké absorpci vody vlhkost při pozitivních teplotách proniká a hromadí se v pórech materiálu a při negativních teplotách mrzne a rozšiřuje se, deformuje samotnou strukturu materiálu. Výsledkem je postupné ničení materiálu, které vede k tvorbě trhlin.

Střecha by měla být nejen odolná vůči výrazným teplotním změnám, ale také spolehlivě chránit interiér budovy před nimi, chránit ji před chladem v zimě a před teplem v létě. Role tepelné bariéry ve střešní konstrukci patří do tepelné izolační vrstvy. Aby mohl tepelně izolační materiál plnit svou funkci, musí být co nejsušší. Při zvýšení vlhkosti pouze o 5% je tepelná izolační kapacita materiálu téměř poloviční.

Vodní pára

Vnitřní pára je neustále vytvářena v interiéru budovy v důsledku lidské činnosti (vaření, mytí, koupání, mytí podlah atd.). Vlhkost je zvláště vysoká v nově budovaných nebo renovovaných budovách. V procesu difúze a konvekčního přenosu stoupá vodní pára a ochlazováním na teplotu pod rosným bodem kondenzuje v prostoru pod střechou (obr. 5). Množství vytvořené vlhkosti je čím vyšší, tím větší je rozdíl teplot vně a uvnitř budovy, proto se v zimním období vlhkost poměrně intenzivně hromadí v prostoru pod střechou.

obr. 5

Vlhkost má negativní vliv na dřevěné i kovové střešní konstrukce. S přebytkem začne do vnitřku odtékat a na stropě vytvářet netěsnosti. Nejnepříjemnějšími důsledky je akumulace vlhkosti v tepelně izolačním materiálu, který, jak již bylo uvedeno, výrazně snižuje jeho tepelně izolační vlastnosti..

Významnou bariérou pronikání páry do prostoru pod střechou je speciální film s nízkou propustností par, který je umístěn ve střešní konstrukci přímo pod tepelnou izolaci. Žádný materiál parotěsné zábrany však není schopen zcela vyloučit tok páry z vnitřku budovy do prostoru pod střechou. Proto, aby střecha neztrácela svou tepelně izolační schopnost z roku na rok, je nutné, aby veškerá vlhkost, která se hromadí v tepelně izolačním materiálu v zimě, měla jít ven v létě..

Tento úkol je řešen konstruktivními opatřeními. Zejména u plochých střech se nedoporučuje kontinuální, nýbrž částečné lepení střešních materiálů k podkladu.

V šikmých střechách jsou uspořádány speciální větrací štěrbiny (obr. 6). Zpravidla existují dvě z nich – horní mezera a dolní mezera. Horní mezerou (mezi krytinou a hydroizolací) je odstraněna atmosférická vlhkost zachycená pod krytinou. Díky ventilaci jsou dřevěné konstrukce (protipříhradové a latové) neustále větrané, což zajišťuje jejich trvanlivost. Prostřednictvím spodní ventilační mezery je vlhkost odstraněna a proniká do izolace z interiéru. Vysoce kvalitní uspořádání parotěsné zábrany ze strany interiéru a přítomnost dostatečné spodní větrací mezery vylučují zamokření střešní konstrukce.

obr. 6

Vezměte prosím na vědomí, že pokud jsou prodyšné membrány používány jako hydroizolační materiály, není potřeba dolní větrací mezera..

Pro zajištění dobré cirkulace vzduchu nabízí mnoho společností, které vyrábějí střešní materiály pro šikmé střechy, zpravidla řadu doplňkových prvků: převislé provzdušňovače, hřebenové provzdušňovače, mřížky pro větrání a pro kachlové střechy – speciální větrací dlaždice.

Nejspolehlivější ochrana proti vodní páře je zvláště potřebná ve střechách nad místnostmi s vysokou vlhkostí: bazény, muzea, počítačové místnosti, nemocnice, některé průmyslové prostory 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 komponentů se pokusit těmto jevům zabránit..

Chemicky agresivní látky ve vzduchu

Ve velkých městech nebo v blízkosti velkých podniků v atmosféře je zpravidla poměrně vysoká koncentrace chemicky agresivních látek, například sirovodíku a oxidu uhličitého. Proto je pro všechny konstrukční prvky střech, a zejména pro střechy v takových oblastech, nutné použít materiály, které jsou odolné vůči chemikáliím přítomným ve vzduchu..

Životní aktivita hmyzu a mikroorganismů

Různý hmyz a mikroorganismy mohou způsobit značné poškození struktury střechy, zejména dřevěných prvků. Vysoká vlhkost je zvláště příznivé prostředí pro jejich život. K ochraně dřevěných konstrukcí se používají speciální impregnace, která chrání materiál před mikroorganismy.

Mechanická zatížení

Střešní konstrukce musí odolávat mechanickým zatížením, trvalým (statickým) – od výplňových a instalačních prvků a dočasným – sněhem, od pohybu osob a zařízení atd. Zatížení spojená s možnými pohyby mezi střechou a uzly budovy jsou také dočasné..

Aby střecha spolehlivě plnila své funkce a byla odolná vůči různým druhům vlivů (uvedených výše), je nezbytné: zaprvé stačí správně vypočítat ložiskovou část; za druhé, najít nejlepší možnost designu; a konečně zatřetí, aby byla zajištěna optimální kombinace stavebních materiálů.

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

obr. 7

• střešní materiál, na který je nanesena další vrstva, je-li to nutné (obvaz, štěrk atd.);
• hydroizolační vrstva (na šikmých střechách) – navíc izoluje vnitřní vrstvy střechy od pronikání atmosférické vlhkosti;
• tepelná izolace – poskytuje poměrně stabilní teplotu vzduchu v areálu;
• parozábrana – zabraňuje pronikání vodních par do střešní konstrukce zevnitř budovy;
• základna.

Konstrukce střechy musí být opatřena opatřeními pro volný oběh vzduchu (větrání)..

Potřeba určitých vrstev a jejich umístění závisí na typu budovy a účincích, kterým bude vystavena. Při výběru je také třeba vzít v úvahu technické vlastnosti použitých materiálů: koeficienty tepelné roztažnosti a stlačení; maximální pevnost v tahu, tlaku a střihu; charakteristiky propustnosti par a absorpce vlhkosti; charakteristiky stárnutí, vč. zvýšená křehkost a ztráta tepelného odporu; pružnost; ohnivzdornost. Důležitost všech výše uvedených technických charakteristik je určena každým konkrétním případem.