VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV TECHNOLOGIE STAVEBNÍCH HMOT A DÍLCŮ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF BUILDING MATERIALS AND COMPONENTS PASIVNÍ DOMY A ZÁŘIVÉ TOKY ENERGIE PASSIVE HOUSES AND RADIATIVE ENERGY FLUXES TEZE DISERTAČNÍ PRÁCE OUTLINE OF A PhD THESIS VĚDNÍ OBOR 36-33-9, FYZIKÁLNĚ MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ AUTOR RNDr. JAN HOLLAN AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE Doc. RNDr. Ing. STANISLAV ŠŤASTNÍK, CSc. SUPERVISOR BRNO 2009
Transcript
VYSOKEacute UČENIacute TECHNICKEacute V BRNĚBRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STAVEBNIacuteUacuteSTAV TECHNOLOGIE STAVEBNIacuteCH HMOT A DIacuteLCŮ
FACULTY OF CIVIL ENGINEERINGDEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF BUILDING MATERIALS ANDCOMPONENTS
PASIVNIacute DOMY A ZAacuteŘIVEacute TOKY ENERGIEPASSIVE HOUSES AND RADIATIVE ENERGY FLUXES
TEZE DISERTAČNIacute PRAacuteCEOUTLINE OF A PhD THESIS
VĚDNIacute OBOR 36-33-9 FYZIKAacuteLNĚ MATERIAacuteLOVEacute INŽENYacuteRSTVIacute
AUTOR RNDr JAN HOLLANAUTHOR
VEDOUCIacute PRAacuteCE Doc RNDr Ing STANISLAV ŠŤASTNIacuteK CScSUPERVISOR
6 Zaacutevěr 1661 Shrnutiacute vyacutesledků 1662 Doporučeniacute pro budoucnost 16
7 Glosaacuteř 17
Literatura 17
Abstract 20
2
Kliacutečovaacute slovatepelneacute vlastnosti budov okna zaacuteřiveacute toky infračervenaacute radiometrie termografie pohyb-liveacute clony emitance emisivita jasovaacute teplota měřeniacute tepelnyacutech toků uacutespora energie navytaacutepěniacute pasivniacute domy
Keywordsheat protection of buildings windows radiative fluxes infrared radiometry thermographymovable blinds emittance emissivity luminance temperature measurement of heat fluxesheat demand reduction passive houses
1 UacutevodbdquoPasivniacute dům je budova v niacutež lze dosaacutehnout tepelneacute pohody (ISO 7730) samotnyacutem dohřiacute-vaacuteniacutem nebo dochlazovaacuteniacutem jen tak velkeacuteho proudu přivaacuteděneacuteho čerstveacuteho vzduchu kteryacuteje žaacutedouciacute pro dostatečnou kvalitu vzduchu (DIN 1946) ldquo ndash jde o koncept dosaženiacute maxi-maacutelniacuteho komfortu s niacutezkyacutemi celkovyacutemi naacuteklady viz [5] Cituji daacutele autora tohoto konceptuprof Wolfganga Feista bdquoTato definice je čistě funkčniacute neobsahuje žaacutedneacute čiacuteselneacute hodnotya platiacute pro každeacute klima Ukazuje že nejde o žaacutednyacute libovolně stanovenyacute standard ale o fun-damentaacutelniacute koncept Pasivniacute dům tedy nebyl vynalezen ale princip pasivniacuteho domu bylspiacuteše objeven Lze se ptaacutet zdali je naacutezev bdquopasivniacute důmldquo pro takovyacute koncept vhodnyacute Nužendash žaacutednyacute lepšiacute neexistuje Tepelnaacute pohoda se totiž v teacute miacuteře jak to vůbec rozumně lzezajišťuje pasivniacutemi opatřeniacutemi (tepelnou izolaciacute zpětnyacutem ziacuteskaacutevaacuteniacutem tepla tam kde jsouk dispozici teplotniacute spaacutedy pasivniacutem využitiacutem solaacuterniacuteho tepla a vnitřniacutech tepelnyacutech zisků)ldquo
Z tohoto konceptu lze pro obytneacute domy jeden energetickyacute parametr odvodit totiž horniacutemez pro topnyacute přiacutekon na jednotku bytoveacute plochy Kromě objemu vzduchu potřebneacuteho provětraacuteniacute je dalšiacutem parametrem horniacute mez pro jeho teplotu kteraacute nemaacute ndash aby se nesniacutežila jehokvalita ndash překročit 50 C Vyacutesledkem je typicky 10 Wm2 viz např [5 14] Dalšiacute uvaacuteděneacuteenergetickeacute parametry už zaacutevisiacute i na klimatu (ročniacute spotřeba na vytaacutepěniacute) a na dnešniacutechnejlepšiacutech technologiiacutech pro jineacute oblasti spotřeby vyplyacutevajiacute spiacuteše z reaacutelně dosahovanyacutechhodnot
Nejvyššiacute přiacutepustneacute měrneacute hodnoty pro pasiacutevniacute důmnormovaacute tepelnaacute ztraacuteta 10 Wm2
ročniacute spotřeba na topeniacute 15 kWhm2aročniacute dodaacutevka energie do domu 42 kWhm2a
primaacuterniacute energie kvůli tomu uvolněnaacute 120 kWhm2a
Tabulka 1 Přehled celkovyacutech limitů ktereacute platiacute pro pasivniacute domy pro většinu uacutezemiacute Německai Česka Jde o celkoveacute spotřeby za jeden rok děleneacute obsahem podlahoveacute plochy konkreacutetně tzvTreated Floor Area [15 str 54]
Aby větraacuteniacute zajišťujiacuteciacute komfort v budově skutečně fungovalo musiacute byacutet ostatniacute čaacutestiplaacuteště budovy co možnaacute vzduchotěsneacute Horniacute meziacute je hodnota 06 hminus1 udaacutevajiacuteciacute podiacutel ob-jemu vzduchu kteryacute budovou proteče při tlakoveacutem rozdiacutelu 50 Pa oproti exterieacuteru a objemuinterieacuteru Tato mez se ověřuje tzv blow-door testem a jejiacute ověřovaacuteniacute je neobyčejně uacutečinnou
3
Obraacutezek 1 Pasivniacute standard znamenaacute velkeacute sniacuteženiacute spotřeby energie [23]
metodou jak naleacutezt vady v provedeniacute stavby Tisiacutece budov v Německu a Rakousku tentolimit s rezervou splňujiacute
Jinyacutem limitem jehož splněniacute je pro pasivniacute zajištěniacute tepelneacute pohody v domech nezbytneacuteje nejvyššiacute přiacutepustnaacute měrnaacute tepelnaacute prostupnost oken (spolu s dveřmi jsou to obvykletepelně nejhůře izolujiacuteciacute čaacutesti plaacuteště budovy) Pro naše klima činiacute Uw le 08 W(m2K) (viz[6]) a lze konstatovat že u střešniacutech oken zatiacutem neniacute nikdy dosahovaacutena Cestu jak jiacute i tamdosaacutehnout ve sveacute disertaci popisuji
Uacutevodniacute infomace o pasivniacutem standardu (kteryacute už v samotneacutem Rakousku splňujiacute tisiacutecebudov viz httpigpassivhausat) zakončiacutem citaciacute Evropskeacuteho parlamentu Jeho Le-gislativniacute usneseniacute ze dne 31 ledna 2008 o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacutemožnostiacute v bodě 29 bdquovyzyacutevaacute Komisi aby navrhla jednak zaacutevazneacute požadavky podle nichžby všechny noveacute budovy vyžadujiacuteciacute vytaacutepěniacute či chlazeniacute musely byacutet od roku 2011 postavenypodle norem pro pasivniacute domy nebo obdobnyacutech norem pro nebytoveacute domy a jednak požada-vek použiacutevat pro vytaacutepěniacute a ochlazovaacuteniacute od roku 2008 pasivniacute řešeniacuteldquo [4]
Viacutece o pasivniacutech domech vč přiacutekladů realizaciacute (i českyacutech) viz brožuru Pasivniacute dům II[15] již jsem editoval a kteraacute je volnou přiacutelohou těchto Teziacute V samotneacutem plneacutem textu di-sertace se k takovyacutem již mnohokraacutet publikovanyacutem principům nevraciacutem Ani k porovnaacutevaacuteniacutepasivniacuteho standardu s normami atp jak jsem popsal v textu [14] Rostouciacute množstviacute aktu-aacutelniacutech odbornyacutech informaciacute o pasivniacutech domech je k dispozici v [7] Maacute praacutece se soustřediacutena teacutemata souvisejiacuteciacute jejichž vyacutevoj je teprve na počaacutetku Jde o sniacuteženiacute zimniacuteho zaacuteřiveacutehoochlazovaacuteniacute a přitom zvyacutešeniacute zaacuteřivyacutech zisků v leacutetě pak o jejich potlačeniacute Daacutele se zabyacutevaacutetiacutem jak zaacuteřeniacute využiacutevat i ke zjištěniacute fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute budovy
Motivaciacute k tomu je přispět podstatnyacutem způsobem k ochraně klimatu viacutece viz plnyacutetext praacutece httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml a [10 17]Dnešniacute budovy se na spotřebě fosilniacutech paliv podiacutelejiacute celou polovinou zejmeacutena vinou vytaacute-pěniacute lze je ale zlepšit tak zaacutesadně že tuto spotřebu půjde snadno pokryacutet miacutestniacutemi nefosil-niacutemi zdroji
Zaacuteřiveacute toky udržujiacute diacuteky oknům průměrnou teplotu v domech vyacuterazně vyššiacute než jeprůměrnaacute teplota venku To je daacuteno tiacutem že sklo se vůči těmto dvěma oborům vlnovyacutech deacutelek
4
ndash slunečniacutemu a pozemskeacutemu ndash chovaacute zcela jinak Pro slunečniacute je teacuteměř uacuteplně průhledneacutepro zemskeacute je zcela nepropustneacute Dům s okny je tak bdquotepelnou pastiacuteldquo Je pozoruhodneacute siuvědomit o kolik je u naacutes tzv topnaacute sezoacutena kratšiacute než ta čaacutest roku kdy venku průměrnaacuteCelsiova teplota nedosahuje dvaceti stupňů (ta činiacute v teplyacutech oblastech Česka asi 330 dniacutena Českomoravskeacute vrchovině až 350 dniacute [22 str 44]) Koncept pasivniacuteho domu se snažiacuteobdobiacute kdy okna nestačiacute coby hlavniacute bdquootopnaacute soustavaldquo co nejviacutece zkraacutetit Podstatnoutechnologiiacute kteraacute k tomu pomaacutehaacute je užiacutevaacuteniacute velmi dobře tepelně izolujiacuteciacutech oken Přestoi v pasivniacutech domech uacutenik tepla okny často dominuje (oproti uacuteniku tepla vedeniacutem přes zdia uacuteniku větraacuteniacutem) zejmeacutena pokud jsou okna velkoryse dimenzovanaacute To byacutevaacute žaacutedouciacute nejenkvůli zvyacutešeniacute solaacuterniacutech tepelnyacutech zisků ale i kvůli komfortu lepšiacutemu osvětleniacute pro praacuteciuacutesporaacutem elektřiny na sviacuteceniacute [13 18] I nejlepšiacute dnešniacute okna miacutevajiacute ale na stinneacute stranědomu tepelnou bilanci negativniacute Zpravidla se proto voliacute malaacute dimenzovanaacute jen v miacuteřeopravdu nutneacute pro osvětleniacute nebo pro vyacutehled
Ziacuteskat okna tepelně izolujiacuteciacute ještě alespoň dvakraacutet leacutepe než to dokaacutežiacute technologie ktereacutese již tržně uplatnily je fyzikaacutelně možneacute Vedou k tomu dvě cesty Jedna je použiacutevat eva-kuovanyacutech okenniacutech souvrstviacute Druhaacute je pak užiacutevat pohyblivyacutech odraznyacutech vrstev kteryacutemise tepelneacute vlastnosti oken dajiacute dle potřeby zejmeacutena v noci ale někdy i ve dne podstatněvylepšit V teacuteto disertaci takoveacute realizace popisuji a takeacute metody jimiž lze zaacuteřiveacute tokyenergie a tepelně izolačniacute vlastnosti budov studovat
Většina zde uvedenyacutech zjištěniacute metod a vyacutesledků byla již publikovaacutena v časopisech a naodbornyacutech konferenciacutech Text disertace obsahuje řadu hypertextovyacutech a křiacutežovyacutech odkazůktereacute jsou funkčniacute v jeho elektronickeacute verzi httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml
Sousediacute-li spolu dvě prostřediacute o různyacutech ale staacutelyacutech teplotaacutech oddělanaacute neprodyšnou pře-paacutežkou (rozhraniacutem) prochaacuteziacute touto přepaacutežkou kladnyacute tepelnyacute tok od teplejšiacuteho prostřediacuteke studenějšiacutemu Koeficient uacuteměrnosti mezi tepelnyacutem tokem a součinem obsahu rozhraniacutea teplotniacuteho rozdiacutelu obou prostřediacute se ve stavebniacute literatuře nyniacute označuje symbolem U Je zřejmeacute že jeho jednotkou je watt na metr čtverečniacute a kelvin (např typickou hodnotouudaacutevanou pro dvojiteacute okno je 25 W(m2K))
Tato veličina je ve skutečnosti funkciacute U(Tm) středniacute teploty obou prostřediacute Tm a tofunkciacute zvolna rostouciacute jak vlivem růstu tepelneacute vodivosti plynů s teplotou tak vlivemvětšiacuteho vlivu saacutelaacuteniacute Při velkeacutem teplotniacutem rozdiacutelu kromě toho roste tepelnyacute tok rychleji nežpřiacutemo uacuteměrně onomu rozdiacutelu
V textu teacuteto praacutece užiacutevaacutem i bezrozměrnou veličinu totiž čiacuteselnou hodnotu veličiny Uvyjaacutedřenou v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI tedy
u = U(1 W(m2K)) (1)
Fyzikaacutelně jednoduchyacute přiacutepad souvrstviacute dvojrozměrně (podeacutel rozhraniacute) homogenniacutehoje nekonečnaacute rovinnaacute plocha Reaacutelnaacute rozhraniacute nejsou homogenniacute v každeacutem přiacutepadě majiacuteokraje pro každyacute takovyacute přiacutepad lze ale stanovit nějakou hodnotu u vztaženou na celyacute
5
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
6 Zaacutevěr 1661 Shrnutiacute vyacutesledků 1662 Doporučeniacute pro budoucnost 16
7 Glosaacuteř 17
Literatura 17
Abstract 20
2
Kliacutečovaacute slovatepelneacute vlastnosti budov okna zaacuteřiveacute toky infračervenaacute radiometrie termografie pohyb-liveacute clony emitance emisivita jasovaacute teplota měřeniacute tepelnyacutech toků uacutespora energie navytaacutepěniacute pasivniacute domy
Keywordsheat protection of buildings windows radiative fluxes infrared radiometry thermographymovable blinds emittance emissivity luminance temperature measurement of heat fluxesheat demand reduction passive houses
1 UacutevodbdquoPasivniacute dům je budova v niacutež lze dosaacutehnout tepelneacute pohody (ISO 7730) samotnyacutem dohřiacute-vaacuteniacutem nebo dochlazovaacuteniacutem jen tak velkeacuteho proudu přivaacuteděneacuteho čerstveacuteho vzduchu kteryacuteje žaacutedouciacute pro dostatečnou kvalitu vzduchu (DIN 1946) ldquo ndash jde o koncept dosaženiacute maxi-maacutelniacuteho komfortu s niacutezkyacutemi celkovyacutemi naacuteklady viz [5] Cituji daacutele autora tohoto konceptuprof Wolfganga Feista bdquoTato definice je čistě funkčniacute neobsahuje žaacutedneacute čiacuteselneacute hodnotya platiacute pro každeacute klima Ukazuje že nejde o žaacutednyacute libovolně stanovenyacute standard ale o fun-damentaacutelniacute koncept Pasivniacute dům tedy nebyl vynalezen ale princip pasivniacuteho domu bylspiacuteše objeven Lze se ptaacutet zdali je naacutezev bdquopasivniacute důmldquo pro takovyacute koncept vhodnyacute Nužendash žaacutednyacute lepšiacute neexistuje Tepelnaacute pohoda se totiž v teacute miacuteře jak to vůbec rozumně lzezajišťuje pasivniacutemi opatřeniacutemi (tepelnou izolaciacute zpětnyacutem ziacuteskaacutevaacuteniacutem tepla tam kde jsouk dispozici teplotniacute spaacutedy pasivniacutem využitiacutem solaacuterniacuteho tepla a vnitřniacutech tepelnyacutech zisků)ldquo
Z tohoto konceptu lze pro obytneacute domy jeden energetickyacute parametr odvodit totiž horniacutemez pro topnyacute přiacutekon na jednotku bytoveacute plochy Kromě objemu vzduchu potřebneacuteho provětraacuteniacute je dalšiacutem parametrem horniacute mez pro jeho teplotu kteraacute nemaacute ndash aby se nesniacutežila jehokvalita ndash překročit 50 C Vyacutesledkem je typicky 10 Wm2 viz např [5 14] Dalšiacute uvaacuteděneacuteenergetickeacute parametry už zaacutevisiacute i na klimatu (ročniacute spotřeba na vytaacutepěniacute) a na dnešniacutechnejlepšiacutech technologiiacutech pro jineacute oblasti spotřeby vyplyacutevajiacute spiacuteše z reaacutelně dosahovanyacutechhodnot
Nejvyššiacute přiacutepustneacute měrneacute hodnoty pro pasiacutevniacute důmnormovaacute tepelnaacute ztraacuteta 10 Wm2
ročniacute spotřeba na topeniacute 15 kWhm2aročniacute dodaacutevka energie do domu 42 kWhm2a
primaacuterniacute energie kvůli tomu uvolněnaacute 120 kWhm2a
Tabulka 1 Přehled celkovyacutech limitů ktereacute platiacute pro pasivniacute domy pro většinu uacutezemiacute Německai Česka Jde o celkoveacute spotřeby za jeden rok děleneacute obsahem podlahoveacute plochy konkreacutetně tzvTreated Floor Area [15 str 54]
Aby větraacuteniacute zajišťujiacuteciacute komfort v budově skutečně fungovalo musiacute byacutet ostatniacute čaacutestiplaacuteště budovy co možnaacute vzduchotěsneacute Horniacute meziacute je hodnota 06 hminus1 udaacutevajiacuteciacute podiacutel ob-jemu vzduchu kteryacute budovou proteče při tlakoveacutem rozdiacutelu 50 Pa oproti exterieacuteru a objemuinterieacuteru Tato mez se ověřuje tzv blow-door testem a jejiacute ověřovaacuteniacute je neobyčejně uacutečinnou
3
Obraacutezek 1 Pasivniacute standard znamenaacute velkeacute sniacuteženiacute spotřeby energie [23]
metodou jak naleacutezt vady v provedeniacute stavby Tisiacutece budov v Německu a Rakousku tentolimit s rezervou splňujiacute
Jinyacutem limitem jehož splněniacute je pro pasivniacute zajištěniacute tepelneacute pohody v domech nezbytneacuteje nejvyššiacute přiacutepustnaacute měrnaacute tepelnaacute prostupnost oken (spolu s dveřmi jsou to obvykletepelně nejhůře izolujiacuteciacute čaacutesti plaacuteště budovy) Pro naše klima činiacute Uw le 08 W(m2K) (viz[6]) a lze konstatovat že u střešniacutech oken zatiacutem neniacute nikdy dosahovaacutena Cestu jak jiacute i tamdosaacutehnout ve sveacute disertaci popisuji
Uacutevodniacute infomace o pasivniacutem standardu (kteryacute už v samotneacutem Rakousku splňujiacute tisiacutecebudov viz httpigpassivhausat) zakončiacutem citaciacute Evropskeacuteho parlamentu Jeho Le-gislativniacute usneseniacute ze dne 31 ledna 2008 o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacutemožnostiacute v bodě 29 bdquovyzyacutevaacute Komisi aby navrhla jednak zaacutevazneacute požadavky podle nichžby všechny noveacute budovy vyžadujiacuteciacute vytaacutepěniacute či chlazeniacute musely byacutet od roku 2011 postavenypodle norem pro pasivniacute domy nebo obdobnyacutech norem pro nebytoveacute domy a jednak požada-vek použiacutevat pro vytaacutepěniacute a ochlazovaacuteniacute od roku 2008 pasivniacute řešeniacuteldquo [4]
Viacutece o pasivniacutech domech vč přiacutekladů realizaciacute (i českyacutech) viz brožuru Pasivniacute dům II[15] již jsem editoval a kteraacute je volnou přiacutelohou těchto Teziacute V samotneacutem plneacutem textu di-sertace se k takovyacutem již mnohokraacutet publikovanyacutem principům nevraciacutem Ani k porovnaacutevaacuteniacutepasivniacuteho standardu s normami atp jak jsem popsal v textu [14] Rostouciacute množstviacute aktu-aacutelniacutech odbornyacutech informaciacute o pasivniacutech domech je k dispozici v [7] Maacute praacutece se soustřediacutena teacutemata souvisejiacuteciacute jejichž vyacutevoj je teprve na počaacutetku Jde o sniacuteženiacute zimniacuteho zaacuteřiveacutehoochlazovaacuteniacute a přitom zvyacutešeniacute zaacuteřivyacutech zisků v leacutetě pak o jejich potlačeniacute Daacutele se zabyacutevaacutetiacutem jak zaacuteřeniacute využiacutevat i ke zjištěniacute fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute budovy
Motivaciacute k tomu je přispět podstatnyacutem způsobem k ochraně klimatu viacutece viz plnyacutetext praacutece httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml a [10 17]Dnešniacute budovy se na spotřebě fosilniacutech paliv podiacutelejiacute celou polovinou zejmeacutena vinou vytaacute-pěniacute lze je ale zlepšit tak zaacutesadně že tuto spotřebu půjde snadno pokryacutet miacutestniacutemi nefosil-niacutemi zdroji
Zaacuteřiveacute toky udržujiacute diacuteky oknům průměrnou teplotu v domech vyacuterazně vyššiacute než jeprůměrnaacute teplota venku To je daacuteno tiacutem že sklo se vůči těmto dvěma oborům vlnovyacutech deacutelek
4
ndash slunečniacutemu a pozemskeacutemu ndash chovaacute zcela jinak Pro slunečniacute je teacuteměř uacuteplně průhledneacutepro zemskeacute je zcela nepropustneacute Dům s okny je tak bdquotepelnou pastiacuteldquo Je pozoruhodneacute siuvědomit o kolik je u naacutes tzv topnaacute sezoacutena kratšiacute než ta čaacutest roku kdy venku průměrnaacuteCelsiova teplota nedosahuje dvaceti stupňů (ta činiacute v teplyacutech oblastech Česka asi 330 dniacutena Českomoravskeacute vrchovině až 350 dniacute [22 str 44]) Koncept pasivniacuteho domu se snažiacuteobdobiacute kdy okna nestačiacute coby hlavniacute bdquootopnaacute soustavaldquo co nejviacutece zkraacutetit Podstatnoutechnologiiacute kteraacute k tomu pomaacutehaacute je užiacutevaacuteniacute velmi dobře tepelně izolujiacuteciacutech oken Přestoi v pasivniacutech domech uacutenik tepla okny často dominuje (oproti uacuteniku tepla vedeniacutem přes zdia uacuteniku větraacuteniacutem) zejmeacutena pokud jsou okna velkoryse dimenzovanaacute To byacutevaacute žaacutedouciacute nejenkvůli zvyacutešeniacute solaacuterniacutech tepelnyacutech zisků ale i kvůli komfortu lepšiacutemu osvětleniacute pro praacuteciuacutesporaacutem elektřiny na sviacuteceniacute [13 18] I nejlepšiacute dnešniacute okna miacutevajiacute ale na stinneacute stranědomu tepelnou bilanci negativniacute Zpravidla se proto voliacute malaacute dimenzovanaacute jen v miacuteřeopravdu nutneacute pro osvětleniacute nebo pro vyacutehled
Ziacuteskat okna tepelně izolujiacuteciacute ještě alespoň dvakraacutet leacutepe než to dokaacutežiacute technologie ktereacutese již tržně uplatnily je fyzikaacutelně možneacute Vedou k tomu dvě cesty Jedna je použiacutevat eva-kuovanyacutech okenniacutech souvrstviacute Druhaacute je pak užiacutevat pohyblivyacutech odraznyacutech vrstev kteryacutemise tepelneacute vlastnosti oken dajiacute dle potřeby zejmeacutena v noci ale někdy i ve dne podstatněvylepšit V teacuteto disertaci takoveacute realizace popisuji a takeacute metody jimiž lze zaacuteřiveacute tokyenergie a tepelně izolačniacute vlastnosti budov studovat
Většina zde uvedenyacutech zjištěniacute metod a vyacutesledků byla již publikovaacutena v časopisech a naodbornyacutech konferenciacutech Text disertace obsahuje řadu hypertextovyacutech a křiacutežovyacutech odkazůktereacute jsou funkčniacute v jeho elektronickeacute verzi httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml
Sousediacute-li spolu dvě prostřediacute o různyacutech ale staacutelyacutech teplotaacutech oddělanaacute neprodyšnou pře-paacutežkou (rozhraniacutem) prochaacuteziacute touto přepaacutežkou kladnyacute tepelnyacute tok od teplejšiacuteho prostřediacuteke studenějšiacutemu Koeficient uacuteměrnosti mezi tepelnyacutem tokem a součinem obsahu rozhraniacutea teplotniacuteho rozdiacutelu obou prostřediacute se ve stavebniacute literatuře nyniacute označuje symbolem U Je zřejmeacute že jeho jednotkou je watt na metr čtverečniacute a kelvin (např typickou hodnotouudaacutevanou pro dvojiteacute okno je 25 W(m2K))
Tato veličina je ve skutečnosti funkciacute U(Tm) středniacute teploty obou prostřediacute Tm a tofunkciacute zvolna rostouciacute jak vlivem růstu tepelneacute vodivosti plynů s teplotou tak vlivemvětšiacuteho vlivu saacutelaacuteniacute Při velkeacutem teplotniacutem rozdiacutelu kromě toho roste tepelnyacute tok rychleji nežpřiacutemo uacuteměrně onomu rozdiacutelu
V textu teacuteto praacutece užiacutevaacutem i bezrozměrnou veličinu totiž čiacuteselnou hodnotu veličiny Uvyjaacutedřenou v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI tedy
u = U(1 W(m2K)) (1)
Fyzikaacutelně jednoduchyacute přiacutepad souvrstviacute dvojrozměrně (podeacutel rozhraniacute) homogenniacutehoje nekonečnaacute rovinnaacute plocha Reaacutelnaacute rozhraniacute nejsou homogenniacute v každeacutem přiacutepadě majiacuteokraje pro každyacute takovyacute přiacutepad lze ale stanovit nějakou hodnotu u vztaženou na celyacute
5
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
Kliacutečovaacute slovatepelneacute vlastnosti budov okna zaacuteřiveacute toky infračervenaacute radiometrie termografie pohyb-liveacute clony emitance emisivita jasovaacute teplota měřeniacute tepelnyacutech toků uacutespora energie navytaacutepěniacute pasivniacute domy
Keywordsheat protection of buildings windows radiative fluxes infrared radiometry thermographymovable blinds emittance emissivity luminance temperature measurement of heat fluxesheat demand reduction passive houses
1 UacutevodbdquoPasivniacute dům je budova v niacutež lze dosaacutehnout tepelneacute pohody (ISO 7730) samotnyacutem dohřiacute-vaacuteniacutem nebo dochlazovaacuteniacutem jen tak velkeacuteho proudu přivaacuteděneacuteho čerstveacuteho vzduchu kteryacuteje žaacutedouciacute pro dostatečnou kvalitu vzduchu (DIN 1946) ldquo ndash jde o koncept dosaženiacute maxi-maacutelniacuteho komfortu s niacutezkyacutemi celkovyacutemi naacuteklady viz [5] Cituji daacutele autora tohoto konceptuprof Wolfganga Feista bdquoTato definice je čistě funkčniacute neobsahuje žaacutedneacute čiacuteselneacute hodnotya platiacute pro každeacute klima Ukazuje že nejde o žaacutednyacute libovolně stanovenyacute standard ale o fun-damentaacutelniacute koncept Pasivniacute dům tedy nebyl vynalezen ale princip pasivniacuteho domu bylspiacuteše objeven Lze se ptaacutet zdali je naacutezev bdquopasivniacute důmldquo pro takovyacute koncept vhodnyacute Nužendash žaacutednyacute lepšiacute neexistuje Tepelnaacute pohoda se totiž v teacute miacuteře jak to vůbec rozumně lzezajišťuje pasivniacutemi opatřeniacutemi (tepelnou izolaciacute zpětnyacutem ziacuteskaacutevaacuteniacutem tepla tam kde jsouk dispozici teplotniacute spaacutedy pasivniacutem využitiacutem solaacuterniacuteho tepla a vnitřniacutech tepelnyacutech zisků)ldquo
Z tohoto konceptu lze pro obytneacute domy jeden energetickyacute parametr odvodit totiž horniacutemez pro topnyacute přiacutekon na jednotku bytoveacute plochy Kromě objemu vzduchu potřebneacuteho provětraacuteniacute je dalšiacutem parametrem horniacute mez pro jeho teplotu kteraacute nemaacute ndash aby se nesniacutežila jehokvalita ndash překročit 50 C Vyacutesledkem je typicky 10 Wm2 viz např [5 14] Dalšiacute uvaacuteděneacuteenergetickeacute parametry už zaacutevisiacute i na klimatu (ročniacute spotřeba na vytaacutepěniacute) a na dnešniacutechnejlepšiacutech technologiiacutech pro jineacute oblasti spotřeby vyplyacutevajiacute spiacuteše z reaacutelně dosahovanyacutechhodnot
Nejvyššiacute přiacutepustneacute měrneacute hodnoty pro pasiacutevniacute důmnormovaacute tepelnaacute ztraacuteta 10 Wm2
ročniacute spotřeba na topeniacute 15 kWhm2aročniacute dodaacutevka energie do domu 42 kWhm2a
primaacuterniacute energie kvůli tomu uvolněnaacute 120 kWhm2a
Tabulka 1 Přehled celkovyacutech limitů ktereacute platiacute pro pasivniacute domy pro většinu uacutezemiacute Německai Česka Jde o celkoveacute spotřeby za jeden rok děleneacute obsahem podlahoveacute plochy konkreacutetně tzvTreated Floor Area [15 str 54]
Aby větraacuteniacute zajišťujiacuteciacute komfort v budově skutečně fungovalo musiacute byacutet ostatniacute čaacutestiplaacuteště budovy co možnaacute vzduchotěsneacute Horniacute meziacute je hodnota 06 hminus1 udaacutevajiacuteciacute podiacutel ob-jemu vzduchu kteryacute budovou proteče při tlakoveacutem rozdiacutelu 50 Pa oproti exterieacuteru a objemuinterieacuteru Tato mez se ověřuje tzv blow-door testem a jejiacute ověřovaacuteniacute je neobyčejně uacutečinnou
3
Obraacutezek 1 Pasivniacute standard znamenaacute velkeacute sniacuteženiacute spotřeby energie [23]
metodou jak naleacutezt vady v provedeniacute stavby Tisiacutece budov v Německu a Rakousku tentolimit s rezervou splňujiacute
Jinyacutem limitem jehož splněniacute je pro pasivniacute zajištěniacute tepelneacute pohody v domech nezbytneacuteje nejvyššiacute přiacutepustnaacute měrnaacute tepelnaacute prostupnost oken (spolu s dveřmi jsou to obvykletepelně nejhůře izolujiacuteciacute čaacutesti plaacuteště budovy) Pro naše klima činiacute Uw le 08 W(m2K) (viz[6]) a lze konstatovat že u střešniacutech oken zatiacutem neniacute nikdy dosahovaacutena Cestu jak jiacute i tamdosaacutehnout ve sveacute disertaci popisuji
Uacutevodniacute infomace o pasivniacutem standardu (kteryacute už v samotneacutem Rakousku splňujiacute tisiacutecebudov viz httpigpassivhausat) zakončiacutem citaciacute Evropskeacuteho parlamentu Jeho Le-gislativniacute usneseniacute ze dne 31 ledna 2008 o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacutemožnostiacute v bodě 29 bdquovyzyacutevaacute Komisi aby navrhla jednak zaacutevazneacute požadavky podle nichžby všechny noveacute budovy vyžadujiacuteciacute vytaacutepěniacute či chlazeniacute musely byacutet od roku 2011 postavenypodle norem pro pasivniacute domy nebo obdobnyacutech norem pro nebytoveacute domy a jednak požada-vek použiacutevat pro vytaacutepěniacute a ochlazovaacuteniacute od roku 2008 pasivniacute řešeniacuteldquo [4]
Viacutece o pasivniacutech domech vč přiacutekladů realizaciacute (i českyacutech) viz brožuru Pasivniacute dům II[15] již jsem editoval a kteraacute je volnou přiacutelohou těchto Teziacute V samotneacutem plneacutem textu di-sertace se k takovyacutem již mnohokraacutet publikovanyacutem principům nevraciacutem Ani k porovnaacutevaacuteniacutepasivniacuteho standardu s normami atp jak jsem popsal v textu [14] Rostouciacute množstviacute aktu-aacutelniacutech odbornyacutech informaciacute o pasivniacutech domech je k dispozici v [7] Maacute praacutece se soustřediacutena teacutemata souvisejiacuteciacute jejichž vyacutevoj je teprve na počaacutetku Jde o sniacuteženiacute zimniacuteho zaacuteřiveacutehoochlazovaacuteniacute a přitom zvyacutešeniacute zaacuteřivyacutech zisků v leacutetě pak o jejich potlačeniacute Daacutele se zabyacutevaacutetiacutem jak zaacuteřeniacute využiacutevat i ke zjištěniacute fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute budovy
Motivaciacute k tomu je přispět podstatnyacutem způsobem k ochraně klimatu viacutece viz plnyacutetext praacutece httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml a [10 17]Dnešniacute budovy se na spotřebě fosilniacutech paliv podiacutelejiacute celou polovinou zejmeacutena vinou vytaacute-pěniacute lze je ale zlepšit tak zaacutesadně že tuto spotřebu půjde snadno pokryacutet miacutestniacutemi nefosil-niacutemi zdroji
Zaacuteřiveacute toky udržujiacute diacuteky oknům průměrnou teplotu v domech vyacuterazně vyššiacute než jeprůměrnaacute teplota venku To je daacuteno tiacutem že sklo se vůči těmto dvěma oborům vlnovyacutech deacutelek
4
ndash slunečniacutemu a pozemskeacutemu ndash chovaacute zcela jinak Pro slunečniacute je teacuteměř uacuteplně průhledneacutepro zemskeacute je zcela nepropustneacute Dům s okny je tak bdquotepelnou pastiacuteldquo Je pozoruhodneacute siuvědomit o kolik je u naacutes tzv topnaacute sezoacutena kratšiacute než ta čaacutest roku kdy venku průměrnaacuteCelsiova teplota nedosahuje dvaceti stupňů (ta činiacute v teplyacutech oblastech Česka asi 330 dniacutena Českomoravskeacute vrchovině až 350 dniacute [22 str 44]) Koncept pasivniacuteho domu se snažiacuteobdobiacute kdy okna nestačiacute coby hlavniacute bdquootopnaacute soustavaldquo co nejviacutece zkraacutetit Podstatnoutechnologiiacute kteraacute k tomu pomaacutehaacute je užiacutevaacuteniacute velmi dobře tepelně izolujiacuteciacutech oken Přestoi v pasivniacutech domech uacutenik tepla okny často dominuje (oproti uacuteniku tepla vedeniacutem přes zdia uacuteniku větraacuteniacutem) zejmeacutena pokud jsou okna velkoryse dimenzovanaacute To byacutevaacute žaacutedouciacute nejenkvůli zvyacutešeniacute solaacuterniacutech tepelnyacutech zisků ale i kvůli komfortu lepšiacutemu osvětleniacute pro praacuteciuacutesporaacutem elektřiny na sviacuteceniacute [13 18] I nejlepšiacute dnešniacute okna miacutevajiacute ale na stinneacute stranědomu tepelnou bilanci negativniacute Zpravidla se proto voliacute malaacute dimenzovanaacute jen v miacuteřeopravdu nutneacute pro osvětleniacute nebo pro vyacutehled
Ziacuteskat okna tepelně izolujiacuteciacute ještě alespoň dvakraacutet leacutepe než to dokaacutežiacute technologie ktereacutese již tržně uplatnily je fyzikaacutelně možneacute Vedou k tomu dvě cesty Jedna je použiacutevat eva-kuovanyacutech okenniacutech souvrstviacute Druhaacute je pak užiacutevat pohyblivyacutech odraznyacutech vrstev kteryacutemise tepelneacute vlastnosti oken dajiacute dle potřeby zejmeacutena v noci ale někdy i ve dne podstatněvylepšit V teacuteto disertaci takoveacute realizace popisuji a takeacute metody jimiž lze zaacuteřiveacute tokyenergie a tepelně izolačniacute vlastnosti budov studovat
Většina zde uvedenyacutech zjištěniacute metod a vyacutesledků byla již publikovaacutena v časopisech a naodbornyacutech konferenciacutech Text disertace obsahuje řadu hypertextovyacutech a křiacutežovyacutech odkazůktereacute jsou funkčniacute v jeho elektronickeacute verzi httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml
Sousediacute-li spolu dvě prostřediacute o různyacutech ale staacutelyacutech teplotaacutech oddělanaacute neprodyšnou pře-paacutežkou (rozhraniacutem) prochaacuteziacute touto přepaacutežkou kladnyacute tepelnyacute tok od teplejšiacuteho prostřediacuteke studenějšiacutemu Koeficient uacuteměrnosti mezi tepelnyacutem tokem a součinem obsahu rozhraniacutea teplotniacuteho rozdiacutelu obou prostřediacute se ve stavebniacute literatuře nyniacute označuje symbolem U Je zřejmeacute že jeho jednotkou je watt na metr čtverečniacute a kelvin (např typickou hodnotouudaacutevanou pro dvojiteacute okno je 25 W(m2K))
Tato veličina je ve skutečnosti funkciacute U(Tm) středniacute teploty obou prostřediacute Tm a tofunkciacute zvolna rostouciacute jak vlivem růstu tepelneacute vodivosti plynů s teplotou tak vlivemvětšiacuteho vlivu saacutelaacuteniacute Při velkeacutem teplotniacutem rozdiacutelu kromě toho roste tepelnyacute tok rychleji nežpřiacutemo uacuteměrně onomu rozdiacutelu
V textu teacuteto praacutece užiacutevaacutem i bezrozměrnou veličinu totiž čiacuteselnou hodnotu veličiny Uvyjaacutedřenou v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI tedy
u = U(1 W(m2K)) (1)
Fyzikaacutelně jednoduchyacute přiacutepad souvrstviacute dvojrozměrně (podeacutel rozhraniacute) homogenniacutehoje nekonečnaacute rovinnaacute plocha Reaacutelnaacute rozhraniacute nejsou homogenniacute v každeacutem přiacutepadě majiacuteokraje pro každyacute takovyacute přiacutepad lze ale stanovit nějakou hodnotu u vztaženou na celyacute
5
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
Obraacutezek 1 Pasivniacute standard znamenaacute velkeacute sniacuteženiacute spotřeby energie [23]
metodou jak naleacutezt vady v provedeniacute stavby Tisiacutece budov v Německu a Rakousku tentolimit s rezervou splňujiacute
Jinyacutem limitem jehož splněniacute je pro pasivniacute zajištěniacute tepelneacute pohody v domech nezbytneacuteje nejvyššiacute přiacutepustnaacute měrnaacute tepelnaacute prostupnost oken (spolu s dveřmi jsou to obvykletepelně nejhůře izolujiacuteciacute čaacutesti plaacuteště budovy) Pro naše klima činiacute Uw le 08 W(m2K) (viz[6]) a lze konstatovat že u střešniacutech oken zatiacutem neniacute nikdy dosahovaacutena Cestu jak jiacute i tamdosaacutehnout ve sveacute disertaci popisuji
Uacutevodniacute infomace o pasivniacutem standardu (kteryacute už v samotneacutem Rakousku splňujiacute tisiacutecebudov viz httpigpassivhausat) zakončiacutem citaciacute Evropskeacuteho parlamentu Jeho Le-gislativniacute usneseniacute ze dne 31 ledna 2008 o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacutemožnostiacute v bodě 29 bdquovyzyacutevaacute Komisi aby navrhla jednak zaacutevazneacute požadavky podle nichžby všechny noveacute budovy vyžadujiacuteciacute vytaacutepěniacute či chlazeniacute musely byacutet od roku 2011 postavenypodle norem pro pasivniacute domy nebo obdobnyacutech norem pro nebytoveacute domy a jednak požada-vek použiacutevat pro vytaacutepěniacute a ochlazovaacuteniacute od roku 2008 pasivniacute řešeniacuteldquo [4]
Viacutece o pasivniacutech domech vč přiacutekladů realizaciacute (i českyacutech) viz brožuru Pasivniacute dům II[15] již jsem editoval a kteraacute je volnou přiacutelohou těchto Teziacute V samotneacutem plneacutem textu di-sertace se k takovyacutem již mnohokraacutet publikovanyacutem principům nevraciacutem Ani k porovnaacutevaacuteniacutepasivniacuteho standardu s normami atp jak jsem popsal v textu [14] Rostouciacute množstviacute aktu-aacutelniacutech odbornyacutech informaciacute o pasivniacutech domech je k dispozici v [7] Maacute praacutece se soustřediacutena teacutemata souvisejiacuteciacute jejichž vyacutevoj je teprve na počaacutetku Jde o sniacuteženiacute zimniacuteho zaacuteřiveacutehoochlazovaacuteniacute a přitom zvyacutešeniacute zaacuteřivyacutech zisků v leacutetě pak o jejich potlačeniacute Daacutele se zabyacutevaacutetiacutem jak zaacuteřeniacute využiacutevat i ke zjištěniacute fyzikaacutelniacutech vlastnostiacute budovy
Motivaciacute k tomu je přispět podstatnyacutem způsobem k ochraně klimatu viacutece viz plnyacutetext praacutece httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml a [10 17]Dnešniacute budovy se na spotřebě fosilniacutech paliv podiacutelejiacute celou polovinou zejmeacutena vinou vytaacute-pěniacute lze je ale zlepšit tak zaacutesadně že tuto spotřebu půjde snadno pokryacutet miacutestniacutemi nefosil-niacutemi zdroji
Zaacuteřiveacute toky udržujiacute diacuteky oknům průměrnou teplotu v domech vyacuterazně vyššiacute než jeprůměrnaacute teplota venku To je daacuteno tiacutem že sklo se vůči těmto dvěma oborům vlnovyacutech deacutelek
4
ndash slunečniacutemu a pozemskeacutemu ndash chovaacute zcela jinak Pro slunečniacute je teacuteměř uacuteplně průhledneacutepro zemskeacute je zcela nepropustneacute Dům s okny je tak bdquotepelnou pastiacuteldquo Je pozoruhodneacute siuvědomit o kolik je u naacutes tzv topnaacute sezoacutena kratšiacute než ta čaacutest roku kdy venku průměrnaacuteCelsiova teplota nedosahuje dvaceti stupňů (ta činiacute v teplyacutech oblastech Česka asi 330 dniacutena Českomoravskeacute vrchovině až 350 dniacute [22 str 44]) Koncept pasivniacuteho domu se snažiacuteobdobiacute kdy okna nestačiacute coby hlavniacute bdquootopnaacute soustavaldquo co nejviacutece zkraacutetit Podstatnoutechnologiiacute kteraacute k tomu pomaacutehaacute je užiacutevaacuteniacute velmi dobře tepelně izolujiacuteciacutech oken Přestoi v pasivniacutech domech uacutenik tepla okny často dominuje (oproti uacuteniku tepla vedeniacutem přes zdia uacuteniku větraacuteniacutem) zejmeacutena pokud jsou okna velkoryse dimenzovanaacute To byacutevaacute žaacutedouciacute nejenkvůli zvyacutešeniacute solaacuterniacutech tepelnyacutech zisků ale i kvůli komfortu lepšiacutemu osvětleniacute pro praacuteciuacutesporaacutem elektřiny na sviacuteceniacute [13 18] I nejlepšiacute dnešniacute okna miacutevajiacute ale na stinneacute stranědomu tepelnou bilanci negativniacute Zpravidla se proto voliacute malaacute dimenzovanaacute jen v miacuteřeopravdu nutneacute pro osvětleniacute nebo pro vyacutehled
Ziacuteskat okna tepelně izolujiacuteciacute ještě alespoň dvakraacutet leacutepe než to dokaacutežiacute technologie ktereacutese již tržně uplatnily je fyzikaacutelně možneacute Vedou k tomu dvě cesty Jedna je použiacutevat eva-kuovanyacutech okenniacutech souvrstviacute Druhaacute je pak užiacutevat pohyblivyacutech odraznyacutech vrstev kteryacutemise tepelneacute vlastnosti oken dajiacute dle potřeby zejmeacutena v noci ale někdy i ve dne podstatněvylepšit V teacuteto disertaci takoveacute realizace popisuji a takeacute metody jimiž lze zaacuteřiveacute tokyenergie a tepelně izolačniacute vlastnosti budov studovat
Většina zde uvedenyacutech zjištěniacute metod a vyacutesledků byla již publikovaacutena v časopisech a naodbornyacutech konferenciacutech Text disertace obsahuje řadu hypertextovyacutech a křiacutežovyacutech odkazůktereacute jsou funkčniacute v jeho elektronickeacute verzi httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml
Sousediacute-li spolu dvě prostřediacute o různyacutech ale staacutelyacutech teplotaacutech oddělanaacute neprodyšnou pře-paacutežkou (rozhraniacutem) prochaacuteziacute touto přepaacutežkou kladnyacute tepelnyacute tok od teplejšiacuteho prostřediacuteke studenějšiacutemu Koeficient uacuteměrnosti mezi tepelnyacutem tokem a součinem obsahu rozhraniacutea teplotniacuteho rozdiacutelu obou prostřediacute se ve stavebniacute literatuře nyniacute označuje symbolem U Je zřejmeacute že jeho jednotkou je watt na metr čtverečniacute a kelvin (např typickou hodnotouudaacutevanou pro dvojiteacute okno je 25 W(m2K))
Tato veličina je ve skutečnosti funkciacute U(Tm) středniacute teploty obou prostřediacute Tm a tofunkciacute zvolna rostouciacute jak vlivem růstu tepelneacute vodivosti plynů s teplotou tak vlivemvětšiacuteho vlivu saacutelaacuteniacute Při velkeacutem teplotniacutem rozdiacutelu kromě toho roste tepelnyacute tok rychleji nežpřiacutemo uacuteměrně onomu rozdiacutelu
V textu teacuteto praacutece užiacutevaacutem i bezrozměrnou veličinu totiž čiacuteselnou hodnotu veličiny Uvyjaacutedřenou v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI tedy
u = U(1 W(m2K)) (1)
Fyzikaacutelně jednoduchyacute přiacutepad souvrstviacute dvojrozměrně (podeacutel rozhraniacute) homogenniacutehoje nekonečnaacute rovinnaacute plocha Reaacutelnaacute rozhraniacute nejsou homogenniacute v každeacutem přiacutepadě majiacuteokraje pro každyacute takovyacute přiacutepad lze ale stanovit nějakou hodnotu u vztaženou na celyacute
5
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
ndash slunečniacutemu a pozemskeacutemu ndash chovaacute zcela jinak Pro slunečniacute je teacuteměř uacuteplně průhledneacutepro zemskeacute je zcela nepropustneacute Dům s okny je tak bdquotepelnou pastiacuteldquo Je pozoruhodneacute siuvědomit o kolik je u naacutes tzv topnaacute sezoacutena kratšiacute než ta čaacutest roku kdy venku průměrnaacuteCelsiova teplota nedosahuje dvaceti stupňů (ta činiacute v teplyacutech oblastech Česka asi 330 dniacutena Českomoravskeacute vrchovině až 350 dniacute [22 str 44]) Koncept pasivniacuteho domu se snažiacuteobdobiacute kdy okna nestačiacute coby hlavniacute bdquootopnaacute soustavaldquo co nejviacutece zkraacutetit Podstatnoutechnologiiacute kteraacute k tomu pomaacutehaacute je užiacutevaacuteniacute velmi dobře tepelně izolujiacuteciacutech oken Přestoi v pasivniacutech domech uacutenik tepla okny často dominuje (oproti uacuteniku tepla vedeniacutem přes zdia uacuteniku větraacuteniacutem) zejmeacutena pokud jsou okna velkoryse dimenzovanaacute To byacutevaacute žaacutedouciacute nejenkvůli zvyacutešeniacute solaacuterniacutech tepelnyacutech zisků ale i kvůli komfortu lepšiacutemu osvětleniacute pro praacuteciuacutesporaacutem elektřiny na sviacuteceniacute [13 18] I nejlepšiacute dnešniacute okna miacutevajiacute ale na stinneacute stranědomu tepelnou bilanci negativniacute Zpravidla se proto voliacute malaacute dimenzovanaacute jen v miacuteřeopravdu nutneacute pro osvětleniacute nebo pro vyacutehled
Ziacuteskat okna tepelně izolujiacuteciacute ještě alespoň dvakraacutet leacutepe než to dokaacutežiacute technologie ktereacutese již tržně uplatnily je fyzikaacutelně možneacute Vedou k tomu dvě cesty Jedna je použiacutevat eva-kuovanyacutech okenniacutech souvrstviacute Druhaacute je pak užiacutevat pohyblivyacutech odraznyacutech vrstev kteryacutemise tepelneacute vlastnosti oken dajiacute dle potřeby zejmeacutena v noci ale někdy i ve dne podstatněvylepšit V teacuteto disertaci takoveacute realizace popisuji a takeacute metody jimiž lze zaacuteřiveacute tokyenergie a tepelně izolačniacute vlastnosti budov studovat
Většina zde uvedenyacutech zjištěniacute metod a vyacutesledků byla již publikovaacutena v časopisech a naodbornyacutech konferenciacutech Text disertace obsahuje řadu hypertextovyacutech a křiacutežovyacutech odkazůktereacute jsou funkčniacute v jeho elektronickeacute verzi httpamperpedmuniczpasivwindowsokna_disertacehtml
Sousediacute-li spolu dvě prostřediacute o různyacutech ale staacutelyacutech teplotaacutech oddělanaacute neprodyšnou pře-paacutežkou (rozhraniacutem) prochaacuteziacute touto přepaacutežkou kladnyacute tepelnyacute tok od teplejšiacuteho prostřediacuteke studenějšiacutemu Koeficient uacuteměrnosti mezi tepelnyacutem tokem a součinem obsahu rozhraniacutea teplotniacuteho rozdiacutelu obou prostřediacute se ve stavebniacute literatuře nyniacute označuje symbolem U Je zřejmeacute že jeho jednotkou je watt na metr čtverečniacute a kelvin (např typickou hodnotouudaacutevanou pro dvojiteacute okno je 25 W(m2K))
Tato veličina je ve skutečnosti funkciacute U(Tm) středniacute teploty obou prostřediacute Tm a tofunkciacute zvolna rostouciacute jak vlivem růstu tepelneacute vodivosti plynů s teplotou tak vlivemvětšiacuteho vlivu saacutelaacuteniacute Při velkeacutem teplotniacutem rozdiacutelu kromě toho roste tepelnyacute tok rychleji nežpřiacutemo uacuteměrně onomu rozdiacutelu
V textu teacuteto praacutece užiacutevaacutem i bezrozměrnou veličinu totiž čiacuteselnou hodnotu veličiny Uvyjaacutedřenou v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI tedy
u = U(1 W(m2K)) (1)
Fyzikaacutelně jednoduchyacute přiacutepad souvrstviacute dvojrozměrně (podeacutel rozhraniacute) homogenniacutehoje nekonečnaacute rovinnaacute plocha Reaacutelnaacute rozhraniacute nejsou homogenniacute v každeacutem přiacutepadě majiacuteokraje pro každyacute takovyacute přiacutepad lze ale stanovit nějakou hodnotu u vztaženou na celyacute
5
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
soubor daneacuteho typu např celeacuteho okna vč raacutemu a způsobu zabudovaacuteniacute do konstrukce jakobdquoporuchyldquo tepelnyacutech vlastnostiacute okolniacute zdi ndash tato veličina se u oken označuje jako Uw vizGlosaacuteř Disertace se nejprve soustřeďuje na tepelneacute toky bdquostředem homogenniacuteho souvrstviacuteldquov experimentaacutelniacute čaacutesti pak zmiňuje i odhady tepelnyacutech toků celyacutem oknem jakožto bdquoporušeldquove zdi
212 Na čem zaacutevisiacute bdquouldquo
Sklo či plastovaacute foacutelie poskytuje zaacutekladniacute funkci totiž znemožniacute prouděniacute vzduchu zvenčiacutedovnitř zajistiacute neprodyšnost rozhraniacute Sklo je kromě toho uacuteplnou barieacuterou pro elektromag-netickeacute zaacuteřeniacute vlnovyacutech deacutelek nad tři mikrometry Tedy pro ono zaacuteřeniacute ktereacute vyzařujeme mysami i všechny věci okolo naacutes Jde o dlouhovlnneacute infračerveneacute zaacuteřeniacute ktereacute budeme častějioznačovat jen jako dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute v kontrastu se zaacuteřeniacutem kraacutetkovlnnyacutem slunečniacutem
Obraacutezek 2 bdquoPlanckovy křivkyldquo v logaritmickeacutem zobrazeniacute Stiacutenovaacuteniacutem jsou odleva vyznačeny postupněoblasti ultrafialovaacute viditelnaacute infračervenaacute kraacutetkovlnnaacute a dlouhovlnnaacute
Intenzita vyzařovaacuteniacute velmi zaacutevisiacute na teplotě zaacuteřiacuteciacuteho povrchu konkreacutetně je uacuteměrnaacute čtvrteacutemocnině jeho absolutniacute teploty (tzv Stefanův-Boltzmannův zaacutekon)
E = eσT 4 (2)
kde e je tzv emitance (viz Glosaacuteř) daneacuteho povrchu (pro sklo je to e = 084)
σ = 567 middot 10minus8 W(m2K4) (3)
je StefanovandashBoltzmannova konstanta a T je absolutniacute teplotaJeden metr čtverečniacute skla o absolutniacute teplotě 300 K (27 C) tak vyzařuje do poloprostoru
vyacutekonE = 084 middot 567 middot 10minus8 middot 81 middot 108 W asymp 386 W (4)
obě strany skla dohromady pak vyzařujiacute do obou poloprostorů dvojnaacutesobek teacuteměř osmset wattů Takovyacutem vyacutekonem se ale sklo neochlazuje neb na ně dopadaacute zaacuteřeniacute zvenčiacutePřiacutekon dopadajiacuteciacute na metr čtverečniacute jedneacute strany skla je obvykle jednoduše σT 4surr tj okoliacute
6
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
(surroundings) bereme jako černyacute zaacuteřič o teplotě Tsurr Měrnaacute (na metr čtverečniacute) zaacuteřivaacutebilance B jedneacute strany skla je pak
B = eσ(T 4 minus T 4surr) (5)
protože emitance skla se pro dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute na něj dopadajiacuteciacute uplatniacute jako absorptance(sklo je pro takoveacute zaacuteřeniacute nepropustneacute) Zaacuteřivaacute bilance skla je tak daacutena rozdiacutelem čtvrtyacutechmocnin teplot
Ukažme pro představu o jak velkeacute toky v praxi jde jeden přiacuteklad Pro realistickeacute teplotyskla T = 283 K a exterieacuteru Tsurr = 273 K (čili bodu mrazu) lze rovnici 5 psaacutet jako
B = 084 middot 567 middot (641minus 555) W asymp 41 W (6)
ndash tolik by činil vyacuteslednyacute zaacuteřivyacute tok tepla mezi sklem a exterieacuterem Měrnaacute hustota vyacutesled-neacuteho zaacuteřiveacuteho toku mezi povrchem skla a okoliacutem činiacute zhruba 4 W(m2K) Mezi interieacuterema exterieacuterem je pak jedenkraacutet přerušenyacute zaacuteřivyacute přenos při jedneacute překaacutežce tvořeneacute sklempraacutevě polovičniacute čili 2 W(m2K)
Zaacuteřivyacute uacutenik tepla z interieacuteru do exterieacuteru přerušenyacute takovou tenkou přepaacutežkou je uacuteměrnyacuteemitanci přepaacutežky Půjde-li miacutesto skla o tenkou aluminiovou foacutelii s emitanciacute (řekněme)desetinovou tedy e = 0084 bude zaacuteřivyacute uacutenik praacutevě desetkraacutet nižšiacute
Jednoduchaacute těsnaacute přepaacutežka např zaskleniacute tepelně izoluje tak že zamezuje prouděniacutevzduchu mezi interieacuterem a exterieacuterem děliacute zaacuteřivyacute přenos tepla na dva (tj skutečně snižujena polovinu) a i přes samovolnou konvekci vzduchu poskytuje jeden centimetr jakoby ne-hybneacuteho vzduchu kteryacute teacutež tepelně izoluje Z toho lze pochopit proč pomůže je-li přepaacutežekviacutece než jedna Každaacute z nich totiž poskytuje zhruba tentyacutež tepelnyacute odpor Okno se dvěmaskly tak musiacute izolovat zhruba dvakraacutet leacutepe než jednoducheacute zaskleniacute čtyři skla opět dvakraacutetleacutepe než dvě skla
Hodnota U miacuterně roste s rozdiacutelem teplot interieacuteru a exterieacuteru Napřiacuteklad pro neradiačniacutesložku součinitele přestupu tepla hc za bezvětřiacute (zpravidla jen v interieacuteru) udaacutevajiacute různiacuteautoři tyto hodnoty [21 str 24]
05
1
15
2
25
3
35
4
0 2 4 6 8 10 12 14
t 1K rozdiacutel teplot svisleacute zdi či skla a interieacuteru
Obraacutezek 3 Neradiačniacute složka tepelneacuteho toku na interieacuteroveacute straně danaacute jen vlivem rozdiacutelu teplotyoproti (izotermniacutemu) okoliacute
7
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
Celkově lze psaacutet pro měrnou tepelnou prostupnost souvrstviacute rovnici kde tepelneacute odpory1h krajniacutech bdquovrstevldquo popisujiacute přestup tepla z pevneacute přepaacutežky do okolniacuteho prostřediacute
U = 1(
1hout
+1hbar
+1hint
) (7)
hout a hint jsou koeficienty přestupu tepla do exterieacuteru branyacute např jako hout = 23 W(m2K)do interieacuteru např až hint = 8 W(m2K) hbar je už materiaacutelovaacute vlastnost přepaacutežky napřpro jedno sklo tlusteacute 4 mm ji lze (při λ = 1 W(mmiddotK)) braacutet jako hbar = 1 W(mmiddotK)0004 m =250 W(m2K) ndash z toho vyplyacutevaacute že na tloušťce skla izolačniacute vlastnosti okna teacuteměř nezaacutevisejiacute
213 Konvekce podrobněji
Zaacutekladniacute experimentaacutelniacute uacutedaje o neradiačniacute složce tepelneacuteho toku v dutinaacutech obdobnyacutechdvojsklům jsou uvedeneacute v praacuteci [3] z roku 1982 o niacutež se opiacuterajiacute všechny praacutece dalšiacute Moderniacutepraacutece shrnujiacuteciacute poznatky v teacuteto oblasti (a přidaacutevajiacuteciacute vlastniacute počiacutetačoveacute modelovaacuteniacute) je [26]Jejiacute vyacutesledky jsou pro svisleacute dutiny (ve střešniacutech oknech je vliv konvekce vyacuterazně vyššiacute)spolu se staršiacutemi uacutedaji uvedeny v grafech
1
15
2
25
1 2 3 4 5 6 7
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) t K 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 4 Neradiačniacute složka přestupu tepla vzduchovyacutemi dutinami s izotermniacutemi stěnami pro tři různeacuteteplotniacute rozdiacutely (25 K 5 K a 15 K ndash čiacutem vyššiacute teplotniacute rozdiacutel t tiacutem většiacute přestup tepla) Stoupajiacuteciacute křivkyudaacutevajiacute Rayleighova čiacutesla pro tyto tři přiacutepady (v praacuteci se jimi jinde nezabyacutevaacutem nicmeacuteně pro posuzovaacuteniacutevlivu konvekce jsou to uacutedaje zaacutekladniacute) Realitou existence optimaacutelniacute tloušťky dutiny např necelyacutech 2 cmpro t = 15 cm si nejsem jist ale přinejmenšiacutem pro přiacutepad velkyacutech t ji na zaacutekladě dosavadniacutech poznatkůurčitě nelze vyloučit Přiacutepad meziskelniacutech dutin v oknech se kromě toho od situace zobrazeneacute v grafulišiacute tiacutem že teplota horniacute a dolniacute čaacutesti skla neniacute stejnaacute (viz např [8])
214 Zaacuteřeniacute k obloze
Druhyacute důvod vyššiacuteho tepelneacuteho toku střešniacutemi okny oproti oknům svislyacutem spočiacutevaacute ve sku-tečnosti že pokud neniacute mlha nebo velmi niacutezkaacute hustaacute oblačnost tak na střešniacute okno dopadaacutev noci mnohem meacuteně zaacuteřeniacute než na okno svisleacute natož pak okno nakloněneacute dolů Vhodnou
8
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
1
15
2
25
2 4 6 8 10 12 14
tloušťka dutiny 1 cm
Koeficient přestupu plynem mezi svislyacutemi skly hc W(m2K) tK 25 5 15
HalahyjaWright
ISO 10077-1ElSherbiny
Yanglog(Ra)2
Obraacutezek 5 Neradiačniacute složka přestupu tepla i pro tlusteacute dutiny Zdroje Halahyja [9 str 64] Wright[25] ISO 10077-1 [1] ElSherbiny [2] Yang [26] Nejstaršiacute zdroj Halahyja teacuteměř jistě přeceňuje vlivkonvekce u tenkyacutech dutin ISO 10077-1 a Wright naopak jej přeceňujiacute naopak u tlouštěk nad 10 cm
formuli pro odhad černeacute teploty jasneacute nočniacute oblohy Tsky v zaacutevislosti na teplotě přiacutezemniacutehovzduchu Tair udaacutevaacute [21 str 13] (citujiacuteciacute staršiacute prameny)
Tsky = 00553 middot T 15air (8)
Jak velkeacute je zaacuteřiveacute ochlazovaacuteniacute to byacutevaacute patrneacute po jasneacute noci z množstviacute zkondenzovaneacuterosy nebo nasublimovaneacuteho jiacuteniacute na plochaacutech ktereacute jsou zespodu tepelně izolovaacuteny Ty sevyzařovaacuteniacutem vzhůru ochladiacute až na rosnyacute bod či bod ojiacuteněniacute a od dalšiacuteho chladnutiacute je chraacuteniacuteskupenskeacute teplo přibyacutevajiacuteciacute vrstvičky vody či ledu U budov se to z vnějšiacute strany staacutevaacute nanejlepšiacutech trojityacutech zaskleniacutech Obranou je přidat nad ně na noc dalšiacute vrstvu kteraacute se ojiacuteniacutemiacutesto nich Mohlo by jiacutet i o vrstvu průhlednou či dobře průsvitnou
Tok tepla z jedneacute skleněneacute tabule na druhou rovnoběžnou bliacutezkou a stejně velkou se lišiacuteod toku z rozlehleacuteho okolniacuteho prostřediacute na vnějšiacute plochu skla tiacutem že je nutneacute počiacutetat nejens odrazem od jedneacute plochy kdy stačiacute braacutet okoliacute jako černeacute těleso nějakeacute teploty U paralelniacutechtabuliacute je nutneacute uvažovat mnohonaacutesobneacute odrazy od obou ploch [11]
Podstatnyacute je rozdiacutel mezi vyacutekonem a absorbovanyacutem přiacutekonem
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )1e1
+ 1e2minus 1
(9)
Pro stejneacute emitance e1 = e2 = e je tedy
A1 minus E1 = σ(T 42 minus T 41 )e
2minus e (10)
Pro dostatečně malyacute rozdiacutel teplot t T platiacute přibližně
A1 minus E1 = 4 σT 3 te
2minus e (11)
9
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
Komponenta U odpoviacutedajiacuteciacute zaacuteřiveacutemu toku je mezi nepovrstvenyacutemi skly poněkud menšiacutenež mezi sklem a rozlehlyacutem okoliacutem a to o 14 Přesto je většiacute než komponenta připadajiacuteciacutena transport tepla plynem
Pro vyacuterazneacute sniacuteženiacute tepelnyacutech ztraacutet je nezbytneacute potlačit přenos zaacuteřivyacute Standardem propasivniacute domy jsou dnes zaskleniacute trojitaacute v nichž jsou dvě krajniacute skla opatřena na stranědo okenniacute dutiny vrstvou niacutezkeacute emitance běžně klesajiacuteciacute až k e = 004 Pak je většinatepelneacuteho toku už realizovaacutena ne zaacuteřeniacutem ale praacutevě jen plynnou naacuteplniacute dutiny Cesta k ještělepšiacute tepelneacute izolaci tak daacutele vyžaduje sniacuteženiacute tepelneacuteho toku realizovaneacuteho plynnou naacuteplniacutesouvrstviacute
vzduch argon krypton xenon25 17 87 53
Tabulka 2 Měrneacute tepelneacute vodivosti plynů mW(mmiddotK) při 10 C
Neomezenaacute celkovaacute tloušťka dutiny mezi krajniacutemi skly daacutevaacute možnost umiacutestit do niacutei přepaacutežky pohybliveacute omezujiacuteciacute průhled oknem ven v chladneacutem obdobiacute na noc uzaviacuteraneacuteTakoveacute přepaacutežky mohou miacutet velmi niacutezkou emitanci Pokud by šlo o přepaacutežky těsneacute tepelnyacuteodpor každeacute takoveacute podskupiny povrch-plyn-povrch by dosahoval zhruba 06 m2KW přiargonoveacute naacuteplni a 04 m2KW při užitiacute pouheacuteho vzduchu Použitiacute praacutevě takovyacutech pohybli-vyacutech clon s niacutezkou emitanciacute navrhl autor již v roce 1998 Praktickeacute realizace se jim dostaloale až jako předmětu jeho činnosti během doktorskeacuteho studia Jejich umiacutestěniacutem do dvojityacutechoken a uzaviacuteraacuteniacutem na noc byly skutečně dosaženy očekaacutevaneacute hodnoty U = 10 W(m2K)při aplikovaacuteniacute jedneacute clony a U = 06 W(m2K) při aplikaci dvou clon
22 Vliv netěsnostiacuteVyacuteše uvedeneacute uacutevahy a změřeneacute hodnoty se vesměs tyacutekajiacute přepaacutežek těsnyacutech zcela zabraňu-jiacuteciacutech prouděniacute vzduchu mezi prostory ktereacute rozdělujiacute Takovyacutemi jsou nejlepšiacute okna (nejenve standardu pro pasivniacute domy) a mohou jimi byacuteti i okna staraacute jsou-li spraacutevně utěsněnaacute
Jinyacute typ netěsnosti se tyacutekaacute přepaacutežek tvořenyacutech jinyacutem materiaacutelem než sklem pevně spo-jenyacutem s raacutemem Běžnyacute je přiacutepad vnějšiacutech pohyblivyacutech clon Opačnyacute přiacutepad je ještě běžnějšiacutetotiž zcela prodyšnaacute přepaacutežka na interieacuteroveacute straně od zaskleniacute U špatně izolujiacuteciacutech zaskleniacutetiacutem ovšem v zimě roste počet přiacutepadů kdy na interieacuteroveacute straně zaskleniacute kondenzuje vodniacutepaacutera Jako vyacutehodnaacute se jeviacute aplikace vnitřniacute clony s niacutezkou emitanciacute pokud by vytvaacuteřelapoměrně těsnou komoru s minimalizovanou vyacuteměnou vzduchu Jejiacute užitiacute je reaacutelneacute v přiacutepaděnejlepšiacutech zaskleniacute dosahujiacuteciacutech standardu pro pasivniacute domy Přiacutedavnyacute tepelnyacute odpor kteryacutese tiacutem daacute dociacutelit je zhruba 05 m2KW Na skle nebude kondenzovat voda bude-li v inte-rieacuteru s teplotou 20 C relativniacute vlhkost menšiacute než 50 Clonu lze realizovat podobně jakojsem to učinil pro clony meziskelniacute
3 Zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech toků termografiiacuteCiacutelem meacute praacutece bylo najiacutet postup jak je nepřiacutemo zjišťovat pozorovaacuteniacutem in situ u skutečnyacutechoken v existujiacuteciacutech budovaacutech
Termografiiacute obecně rozumiacuteme pořizovaacuteniacute sniacutemků v takoveacutem oboru vlnovyacutech deacutelek aby sev zobrazovaneacute sceacuteně projevilo vlastniacute vyzařovaacuteniacute předmětů Při teplotaacutech běžnyacutech v interieacute-
10
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
rech a exterieacuterech tedy rozsahu od 230 K do 310 K jde o vlnoveacute deacutelky elektromagnetickeacutehozaacuteřeniacute nad 3 microm (obr 2 (str 6)) a prakticky teacutež pod 100 microm Slunečniacute zaacuteřeniacute naopak mů-žeme v tomto oboru zanedbat naprostaacute většina jeho energie připadaacute na vlnoveacute deacutelky pod3 microm Zaacuteřeniacute s vlnovyacutemi deacutelkami nad touto hraniciacute budeme nazyacutevat dlouhovlnneacute
31 Obrazy vytvaacuteřeneacute termokameramiKamery zcela obecně zaznamenaacutevajiacute vybranou (spektraacutelně filtrovanou) oblast spektraacutelniacutehozaacuteřiveacuteho toku přichaacutezejiacuteciacuteho z jednotlivyacutech miacutest sniacutemaneacute sceacuteny
V kameraacutech je matice bolometrů obdobně k matici CCD nebo CMOS u kamer pro vidi-telneacute zaacuteřeniacute Vzhledem k jejich velmi malyacutem rozměrům je označujeme jako mikrobolometryJsou-li vrstvičky zachycujiacuteciacute infračerveneacute zaacuteřeniacute velmi tenkeacute reagujiacute dostatečně rychle nazměny zaacuteřiveacuteho toku a lze je užiacutevat i v moacutedu videokamery Přehled fyziky a technologiiacute(a naacutevrh jejich noveacuteho typu) viz [20]
Termokamery neudaacutevajiacute zaacuteře sceacuteny ale jen odhad teplot sceacuteny Ten počiacutetajiacute z registro-vaneacuteho signaacutelu uacuteměrneacuteho zaacuteři prošleacute jakyacutemsi bdquospektraacutelniacutem filtremldquo danyacutem optickou kon-strukciacute kamery Zaznamenaacutevaneacute paacutesmo byacutevaacute udaacutevaacuteno bez specifikovaacuteniacute skutečneacuteho průběhuspektraacutelniacute citlivosti kamery např jen jako bdquoobor 8 microm ndash 14 micromldquo Ten se v termografickeacutepraxi často označuje jako LWIR
311 Odhad tepelnyacutech toků z jasovyacutech teplot
Jak patrno z předchoziacute kapitoly tepelneacute toky jsou uacuteměrneacute teplotniacutem rozdiacutelům Termoka-merou můžeme zjišťovat praacutevě jen teplotniacute rozdiacutely Na tepelneacute toky je můžeme přepočiacutetats využitiacutem vztahů uvedenyacutech dřiacuteve Předpokladem je že znaacuteme velikost součinitele pře-stupu tepla ze zkoumaneacute plochy do okoliacute ndash to byacutevaacute dobře splněno u rovinnyacutech ploch zdiacutev interieacuteru kde lze předpoklaacutedat 8 W(m2K)(dle ISO 10077-1 viz [1 str 53]) Je-li okoliacutechladnějšiacute než zkoumanaacute plocha lze si při neznalosti součinitele přestupu tepla pomocireferenčniacute vyhřiacutevanou ploškou
Interieacuterovaacute ale zejmeacutena exterieacuterovaacute měřeniacute tepelně izolačniacutech vlastnostiacute oken neniacute vhod-neacute provaacutedět ve dne protože běžnaacute skla se slunečniacutem zaacuteřeniacutem zahřiacutevajiacute a to v různeacute miacuteředle obsahu železa a samozřejmě dle hustoty zaacuteřiveacuteho toku kteryacute skrze ně prochaacuteziacute Ideaacutelniacutempočasiacutem pro měřeniacute tepelnyacutech toků jsou mraziveacute dny s niacutezkou hustou inverzniacute oblačnostiacutekdy je zaacuteřivyacute slunečniacute přiacutekon skrze oblačnost malyacute a koliacutesaacuteniacute teplot vzduchu mezi dnema nociacute činiacute jen několik kelvinů Tehdy lze měřit již brzy zvečera Po slunneacutem dni je vhodneacutepočkat alespoň do půlnoci zejmeacutena u masivniacuteho zdiva s velkou tepelnou kapacitou Zajasnyacutech nociacute je vhodneacute pořizovat sniacutemky směrem šikmo dolů aby se v oknech neodraacuteželachladnějšiacute obloha
312 Využitiacute denniacuteho světla pro zjištěniacute vlastnostiacute oken
Měřeniacute během dne může byacutet někdy zajiacutemavyacutem doplněniacutem měřeniacute nočniacuteho a to v přiacutepaděprosklenyacutech čaacutestiacute budovy Lze tak totiž zhruba zjistit koeficient prostup slunečniacuteho teplado interieacuteru tedy podiacutel kraacutetkovlnneacuteho přiacutekonu na vnějšiacute plochu okna a přiacutekonu kteryacute sedostaacutevaacute do interieacuteru Běžně se označuje symbolem g
11
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
Obraacutezek 6 Elektricky vyhřiacutevanaacute skleněnaacute ploška je na obraacutezku vlevo Nahoře je polepenaacute papiacuterem abyposloužila i pro porovnaacuteniacute s nelesklyacutemi předměty jako jsou dřevěneacute raacutemy oken Sousedniacute skleněnaacute ploškaje zčaacutesti překrytaacute alobalem a sloužiacute jen na ověřeniacute spraacutevneacute tepelneacute kompenzace Napětiacute na odporoveacutemvinutiacute pod samostatně vyhřiacutevanyacutem sklem a proud vinutiacutem se měřiacute dvojiciacute multimetrů
32 Konstrukce elektricky vyhřiacutevaneacute srovnaacutevaciacute plošky
4 Vytvořeniacute těsnyacutech přepaacutežek z foliovyacutech roletCiacutelem meacute praacutece bylo rozdělit vzduchovou dutinu meziskelniacuteho prostoru mobilniacutemi přepaacutež-kami s niacutezkyacutemi emitancemi tak aby okna jimi opatřenaacute skutečně dosaacutehla teoreticky očekaacute-vanyacutech vlastnostiacute
Clony jsem vytvořil jako obdobu běžnyacutech laacutetkovyacutech rolet Na standardniacute dutou dřevěnouhřiacutedel s vnitřniacutem šroubovicovou pružinou poskytujiacuteciacute naviacutejeniacute jsem jen miacutesto laacutetky nalepiltenkou pokovenou plastovou foacutelii Bočniacute těsněniacute zajistily dřevěneacute lišty Posledniacute etapoubylo vytvaacuteřeniacute spodniacuteho těsněniacute Rozvinutaacute roleta se dole opiacuteraacute o spodniacute desku ve dvojiteacutemokně prostřednictviacutem velmi měkkeacuteho pružneacuteho profilu alternativně pomociacute měkkeacute pružneacutechlopně
Obraacutezek 7 Dvě lišty na boku stareacuteho dvojiteacuteho okna spolu se dvěma roletami z pokoveneacute foacutelie sniacutežiacutena noc koeficient prostupu tepla až na U = 06 W(m2K))
Ručně ovlaacutedaneacute rolety s naviacutejeciacute pružinou majiacute nevyacutehodu v tom že pro manipulacis nimi je potřeba otevřiacutet vnitřniacute křiacutedla dvojiteacuteho okna Trvale udržitelnyacutem řešeniacutem ktereacute
12
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
může byacutet aplikovaacuteno kdekoliv je automatickeacute večerniacute zaviacuteraacuteniacute a ranniacute otviacuteraacuteniacute rolet elek-trickyacutem pohonem
Obraacutezek 8 Model okna s elektricky naviacutejenou foliovou roletou
Jineacute firmy nabiacutezejiacute pod naacutezvem ISO-Roll elektricky ovlaacutedaneacute folioveacute rolety dokoncedo těsnyacutech dvojskel s argonovou naacuteplniacute Užiacutevajiacute strukturovaneacute dvojiteacute foacutelie s napařenyacutemaluminiem uvnitř natolik tlusteacute že emitance vyacuterazně stoupne Tržniacute uplatněniacute takovyacutechfoliovyacutech rolet v dutinaacutech vyplněnyacutech argonem skyacutetaacute reaacutelnou naději že je možneacute vyvinoutmechanismy užiacutevajiacuteciacute tenčiacutech hřiacutedeliacute a foacuteliiacute u nichž se dbaacute na co nejnižšiacute emitanci Trojicerolet ve stareacutem dvojiteacutem okně sniacutežiacute jeho hodnotu u pod 05
Folioveacute rolety majiacute uplatněniacute nejen pro zvyacutešeniacute izolace proti uacuteniku tepla z budovy alei pro regulaci jejiacuteho osvětleniacute Foacutelie ktereacute jsem užiacuteval propouštějiacute jedno až tři procentasvětla a světlo teacuteměř nerozptylujiacute Obecně je možneacute a vhodneacute kombinovat foacutelie s průhled-nostmi od jednoho procenta až do deseti procent
Alternativou je aplikace roletovyacutech soustav do oken užiacutevajiacuteciacutech kombinace dvojsklaa dalšiacuteho vnějšiacuteho skla odděleneacuteho tlustou vzduchovou vrstvou To je takeacute konfiguracevhodnaacute pro zvukovou izolaci Nabiacuteziacute ji řada vyacuterobců oken např firma Interpane pod naacute-zvem Edition 4 [19] Neniacute žaacutednyacute technickyacute probleacutem aby tam užiacutevali clony folioveacute až pětinaacute-sobneacute Celkovyacute tepelnyacute odpor takoveacuteho okna může pak dosaacutehnout hodnoty až 6 m2KW Přidosaženiacute teacuteto hranice lze použiacutevat skleněneacute vyacuteplně miacutesto neprůsvitnyacutech zdiacute teacuteměř kdekoliv
51 EmitanceEmitanci lze snadno a rychle měřit jen v tom oboru ve ktereacutem pracuje danyacute infrateploměrnebo termokamera tedy obvykle v oboru od osmi do čtrnaacutecti mikrometrů aneb LWIRPostup jak to dělat jsem podrobně uvedl v praacuteci [12] vyzařovaacuteniacute jsem aproximoval paacutetou
13
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
mocninou teploty Lepšiacute je ale kvadratickaacute aproximace vzniklaacute proloženiacutem zaacutevislosti určiteacutehointegraacutelu Planckovy křivky v daneacutem intervalu na teplotě
ELWIR( Wm2) = 11012 + 2002 θ + 00119 θ2 (12)
kde θ je čiacuteselnaacute hodnota Celsiovy teploty tedy Θ C Odchylky v oblasti od minus20 C do100 C nepřesahujiacute jedno promile
Pro šedeacute těleso s jasovou teplotou θlum skutečnou teplotou θobj a pro (jasovou) teplotuodraacuteženeacuteho okoliacute θsurr pak zřejmě platiacute (značiacuteme a = 11012 b = 2002 c = 00119)
a + b θlum + c θ2lum = eLWIR(a + b θobj + c θ2obj) + (1minus eLWIR)(a + b θsurr + c θ2surr) (13)
a pro paacutesmovou emitanci eLWIR v oboru LWIR pak (zavaacutediacuteme q = cb = 0006)
eLWIR =θlum minus θsurr + q(θ2lum minus θ2surr)θobj minus θsurr + q(θ2obj minus θ2surr)
(14)
Jako ideaacutelniacute zařiacutezeniacute k měřeniacute LWIR emitance při běžnyacutech teplotaacutech se mi osvědčilanaacutedoba s hrubozrnnyacutem sněhem Ten po umiacutestěniacute do pokojoveacute teploty začne taacutet Jeho hru-bozrnnost zajišťuje velmi členityacute povrch kteryacute diacuteky viacutecenaacutesobnyacutem odrazům vede k emitancivelmi bliacutezkeacute jedneacute Přiacutemeacute měřeniacute infrateploměrem či termokamerou takeacute skutečně nulu Cel-sia s odchylkami nepřevyšujiacuteciacutemi desetinu kelvinu udaacutevaacute Je pak snadneacute umisťovat nadnaacutedobu různeacute odrazneacute plochy a zboku či zespodu měřit jejich jasoveacute teploty Podobně lzeměřit i transmisivity nepokovenyacutech foacuteliiacute (pozorovaacuteniacutem shora)
Hlavniacutem materiaacutelem pro mou praacuteci byla pokovenaacute foacutelie se světelnou propustnostiacute kolem třiacuteprocent Tloušťka foacutelie je 14 microm až 15 microm Dlouhovlnneacute vlastnosti foacutelie jsem měřil pomociacuteinfrateploměru Raynger MX vyacuterobku firmy Raytek s udanyacutem oborem citlivosti 8 microm až14 microm tedy praacutevě LWIR
K rychleacutemu počiacutetaacuteniacute jsem napsal program b2epas je k dispozici na [16] Měřeniacute s užitiacutemmisky se sněhem v prostřediacute s teplotou 18 C indikujiacute LWIR směroveacute emitance od 0025 do0035 Opačnaacute strana foacutelie daacutevala jasoveacute teploty 34 C až 41 C tomu odpoviacutedajiacute emitance017 až 016
Měřil jsem i vlastnosti průhledneacute foacutelie kterou doma leacuteta užiacutevaacuteme na miacuterneacute zlepšeniacutestaryacutech dvojityacutech oken Jejiacute propustnost pro LWIR zaacuteřeniacute se ukaacutezala jako 082 při uacutehludopadu zhruba 45 odrazivost jako 6 až 8 pohltivost a tedy i emisivita je tudiacutež asi011 Foacutelie maacute tloušťku 25 microm
Pro kovoveacute zrcadlo (viz daacutele sekci Využitiacute vypukleacuteho zrcadla ) ktereacute užiacutevaacutem pro termo-grafickeacute zobrazovaacuteniacute velkyacutech prostorovyacutech uacutehlů vyšla jasovaacute teplota odrazu tajiacuteciacuteho sněhujako 10 C při teplotě zrcadla 185 C LWIR emitance jeho povrchu (teacuteměř normaacutelovaacute) jetedy 005 (přesněji 0049plusmn 0005)
52 Vyacutepočty skutečnyacutech teplotNastaveniacutem emisivity uvažovaneacute teploměrem či kamerou na jedničku a užitiacutem upraveneacuterovnice 13 pro šedeacute těleso po zavedeniacute q = cb = 0006 dostaacutevaacuteme při vynechaacuteniacute indexuLWIR u paacutesmoveacute emitance
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
takže pro ziacuteskaacuteniacute teploty objektu je potřeba řešit kvadratickou rovnici K rychleacutemu přesneacutemupočiacutetaacuteniacute (tj řešeniacute rovnice 16) jsem napsal program b2rpas Pro teploty mimo intervalv němž platiacute kvadratickaacute aproximace program počiacutetaacute přiacutemo integraacutel Planckovy funkcev daneacutem spektraacutelniacutem oboru
Pro kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten je žaacutedouciacute miacutet možnost takoveacuteho zobrazeniacute v němž lzeteploty přiacutemo bdquovidětldquo tedy řiacuteci jakaacute jasovaacute LWIR teplota odpoviacutedaacute tomu ktereacutemu bodusniacutemku To vyžaduje použitiacute diskreacutetniacute škaacutely barev kdy je na prvniacute pohled zřejmeacute ktereacutemumiacutestu teplotniacute stupnice danaacute barva odpoviacutedaacute Obecně nemusiacute jiacutet o barvy ale jen o stupněšedi těch lze ale na prvniacute pohled spraacutevně rozlišit a přiřadit ke zvoleneacute škaacutele jen nevelkyacutepočet škaacutela tak může miacutet stěžiacute viacutece než osm různyacutech šediacute Použitiacute diskreacutetniacute posloupnostibarev daacutevaacute možnost rozlišit viacutece než deset různyacutech teplot
Osvědčilo se mi koacutedovaacuteniacute takoveacute že v každeacute barvě jsou pro jemnějšiacute rozlišeniacute teplotčtyři uacuterovně jasu Stupnici jsem vytvořil programem palette4pas Barevnyacutech kombinaciacute jecelkem 13 Podobně malinkyacutem programem graypas jsem vytvořil spojitou šedou škaacuteluProgramy i palety jsou uvedeny na adrese [16] Typickeacute použitiacute takoveacute palety je pro rozsahpraacutevě oněch 13 K nejmenšiacute diacutelek tehdy odpoviacutedaacute čtvrtině kelvinu Jemnějšiacute stupnice užnepřidaacutevaacute lepšiacute rozlišeniacute jen se viacutece projevuje šum signaacutelu kamery
Dalšiacutem naacutestrojem potřebnyacutem pro zobrazeniacute je šablona straacutenky pro program ReporterV niacute lze nastavit paletu kteraacute se bude pro sniacutemky použiacutevat stejně jako rozsah a způsobzobraceniacute teplot Vytvořeneacute šablony jsou dostupneacute v [16]
53 Využitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostoro-vyacutech uacutehlů
Termografickeacute kamery zobrazujiacute jen nevelkeacute zorneacute pole což je zcela adekvaacutetniacute při zkoumaacuteniacutedetailů V interieacuterech je ale často potřeba miacutet informaci i o celkoveacutem rozloženiacute teplot napřpro možnost zvolit nějakou teplotu jako reprezentativniacute pro celyacute interieacuter
K tomuto uacutečelu jsem užil vypukleacute leskleacute kovoveacute zrcadlo v němž se zobrazuje celyacute polo-prostor Reflektance zrcadla je 0951(5) Pokud jde o teplotniacute rozdiacutely zrcadlo je bdquozmenšiacuteldquoo čtyři až osm procent Vyacutepočet opravenyacutech jasovyacutech teplot poskytuje program b2spas[16]
Při termografickeacutem průzkumu je vhodneacute začiacutet praacutevě pohledem přes vypukleacute zrcadloStejneacuteho zrcadla lze užiacutet i pro sniacutemek obyčejnyacutem fotoaparaacutetem pro usnadněniacute orientacev termosniacutemku
54 Přepočet teplot na tepelneacute tokyZ vypočiacutetanyacutech skutečnyacutech teplot různyacutech ploch např zkoumaneacuteho skla v okně a srovnaacute-vaciacute skleněneacute plošky skrze kterou je tepelnyacute tok bliacutezkyacute nule lze vždy odhadovat hustotutepelneacuteho toku skrze zkoumanou plochu do okoliacute či z okoliacute Odhad jejiacute zaacuteřiveacute složky je jedno-duchyacute odhad složky konvektivniacute je meacuteně jistyacute Podmiacutenkou věrohodneacuteho odhadu tepelneacutehotoku je že panuje ustaacutelenyacute stav tj tepelneacute toky jsou staacuteleacute To vyžaduje poměrně staacuteleacutevnitřniacute i vnějšiacute teploty ty jsou naštěstiacute v zimniacutech inverzniacutech situaciacutech (stratus niacutezko nad
15
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
krajinou) běžneacute Daacutele pokud možno izotermickyacute interieacuter Pro ziacuteskaacuteniacute spolehlivyacutech odhadůu je žaacutedouciacute dostatečně dlouho před měřeniacutem vypnout zejmeacutena radiaacutetory pod okny
Přiacuteklad vyacutevoje folioveacute clony a měřeniacute tepelnyacutech toků oknem ukazuje zaacutevěrečnaacute seacuteriebarevnyacutech termografickyacutech obrazů v přiacuteloze plneacuteho textu disertace
6 Zaacutevěr
61 Shrnutiacute vyacutesledkůIdea velmi sniacutežit zaacuteřivou složku tepelneacuteho toku vzduchovyacutemi dutinami užitiacutem dodatečnyacutechpřepaacutežek s niacutezkou emitanciacute neniacute novaacute Je popsaacutena např v učebnici Halahyja a kol [9 str66-68] Ta zdůrazňuje i nutnost aby kolem takoveacute přepaacutežky nemohl cirkulovat vzduch Jaacutejsem jen takoveacute přepaacutežky jako rolety z tenkeacute foacutelie s napařenyacutem hliniacutekem do oken skutečněnainstaloval dociacutelil jejich praktickeacute těsnosti ověřil že jejich tepelneacute vlastnosti odpoviacutedajiacuteteorii a leacuteta je za zimniacutech nociacute použiacuteval podobně i někteřiacute miacute přiacutebuzniacute
Novyacute je i popis metod jak pomociacute infrateploměrů a termokamer dojiacutet k dobryacutem od-hadům velikostiacute tepelnyacutech toků užitiacutem spraacutevnyacutech přepočtů pro danou oblast Planckovykřivky (software k tomu viz [16]) a užitiacutem speciaacutelniacutech technickyacutech pomůcek Pomůckamijsou předevšiacutem referenčniacute plošky z teacutehož materiaacutelu jakyacutem je tvořen povrch zkoumanyacutechčaacutestiacute budovy avšak zezadu dobře tepelně izolovaneacute Dalšiacute pomůckou je elektricky vyhřiacutevanaacuteploška u niacutež lze hustotu tepelneacuteho toku jiacute proteacutekajiacuteciacute snadno regulovat a měřit Posledniacutepomůckou je vypukleacute zrcadlo umožňujiacuteciacute pořiacutedit sniacutemek teacuteměř celeacute miacutestnosti současně
Disertačniacute praacutece sama obsahuje některeacute myšlenky ktereacute nebyly obsaženy v předchoziacutechpracech Jde např o vnějšiacute cloněniacute nejleacutepe izolujiacuteciacutech střešniacutech oken proti ojiacuteněniacute viz str 9a užitiacute foliovyacutech rolet na vnitřniacute straně pasivniacutech trojityacutech oken viz str 10
62 Doporučeniacute pro budoucnostHojneacute použiacutevaacuteniacute soustav foliovyacutech pokovenyacutech rolet by mohlo vlastnosti staryacutech novyacutechi nově rekonstruovanyacutech domů vyacuterazně zlepšit Umožnit užiacutevaacuteniacute většiacutech prosklenyacutech plochbez jakeacutekoliv ztraacutety komfortu naopak s jeho ziskem A takeacute dalšiacute sniacuteženiacute potřeby uměleacutehovytaacutepěniacute K rozmachu takovyacutech aktivniacutech prvků v budovaacutech je ale potřeba přiveacutest na trhlehkeacute levneacute elektricky pohaacuteněneacute a počiacutetačoveacute řiacutezeneacute rolety Takoveacute ktereacute bude možneacutepřidat do staryacutech oken nebo k nim do novyacutech oken se vzduchovou komorou vložit do novělepenyacutech skleněnyacutech souvrstviacute Doufejme že se z bdquokosmickyldquo vypadajiacuteciacutech budov stanenovaacute uacutečelnaacute moacuteda Že deset mikrometrů plastu s nanometry hliniacuteku posloužiacute jako bdquonoveacutekrajkoveacute zaacuteclonyldquo (viz viacutece [18]) Je pravděpodobneacute že by na interieacuteroveacute straně mohlyzahrnovat i barevneacute vzory aniž by se tiacutem vyacuteznamně zhoršila jejich tepelneacute funkce
Rozvoj užiacutevaacuteniacute elektrickyacutech roletovyacutech systeacutemů je šanciacute pro zachovaacuteniacute staryacutech dvojityacutechoken Dnes se při opravaacutech budov většinou vybourajiacute a nahradiacute okny jednoduchyacutemi Alter-nativniacute oprava kdy se nahradiacute jednoduchaacute skla dvojskly je mnohem meacuteně běžnaacute Širokaacutevzduchovaacute dutina uvnitř dvojiteacuteho okna je ale ideaacutelniacute pro umiacutestěniacute systeacutemu alespoň třiacute rolets dostatečnyacutemi odstupy Podmiacutenkou pro jejich aplikaci je jen velmi dobreacute utěsněniacute vnitřniacutechkřiacutedel oken To je možneacute teacuteměř vždy
Disertace řadu teacutemat jen oteviacuteraacute Nejde jen o zaacutekladniacute naacutemět přiveacutest na trh systeacutemyelektricky pohaacuteněnyacutech levnyacutech pokovenyacutech foliovyacutech rolet ktereacute jsou např i podmiacutenkounejen splněniacute pasivniacuteho limitu pro střešniacute okna ale i pro to aby v leacutetě neznamenala ztraacutetu
16
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
komfortu Jde i o praktickeacute rozšiacuteřeniacute termografie tiacutem způsobem že se publikujiacute sniacutemkys barevně koacutedovanyacutemi jasovyacutemi teplotami (doplněneacute šedyacutem zobrazeniacutem) ktereacute umožniacutesnadneacute kvantitativniacute vyhodnoceniacute sceacuten i těm kteřiacute nemajiacute proprietaacuterniacute software
7 Glosaacuteřε Emisivita je vlastnost materiaacutelu měřenaacute jako emitance vzorku kteryacute je dostatečnětlustyacute aby byl pro daneacute zaacuteřeniacute kompletně neprůchodnyacute a maacute opticky hladkyacute povrch [24]To je i přiacutepad tabuloveacuteho skla u nějž lze pak pojmy emisivita a emitance zaměňovat
e emitance je poměr zaacuteřiveacuteho toku emitovaneacuteho z plochy vzorku k toku kteryacute byvydaacutevala stejně velkaacute plocha černeacuteho zaacuteřiče teacuteže teploty [24] Jde tedy o vlastnost tělesa
U [W(m2K)] součinitel prostupu tepla (dřiacuteve označovanyacute k) ndash charakteristikakonstrukce ndash tepelnyacute tok jednotkovou plochou daneacuteho souvrstviacute při jednotkoveacutem rozdiacuteluteplot na jeho opačnyacutech stranaacutech Nižšiacute součinitel znamenaacute leacutepe izolujiacuteciacute souvrstviacute V přiacute-padě oken se veličina uvaacutediacute s indexy g f a w ndash miacuteniacute se tiacutem charakteristika zaskleniacute (dalekood jeho okrajů g jako glass) raacutemů (umiacutestěnyacutech v hypotetickeacutem tepelně nevodiveacutem okoliacute fjako frame) a konečně celeacuteho okna (w jako window) tak jak alternuje okolniacute bdquoobyčejnouldquostěnu
u čiacuteselnaacute hodnota součinitele prostupu tepla = U (1 W(m2K)) Je to tedyhodnota veličiny U vyjaacutedřeneacute v zaacutekladniacutech jednotkaacutech SI V praktickeacute technickeacute komunikacise skutečně jednotky vynechaacutevajiacute To je v pořaacutedku jen tehdy pokud jde o pouheacute čiacuteslo
Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute je v teacuteto disertaci označeniacute elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute s vlnovyacutemideacutelkami většiacutemi než 3 microm Tepelnyacute vyacuteznam maacute v oboru pozemskyacutech teplot jen do vlnovyacutechdeacutelek kratšiacutech než stovky mikrometrů Na interval 3 microm ndash 200 microm připadaacute viacutece než 99 toku energie vyzařovaneacuteho předměty s teplotami pod 150 C
Literatura[1] Carli TARCOG Mathematical Models for Calculation of Thermal Perfomance of
Glazing Systems With or Without Shading Devices Technickaacute zpraacuteva Carli IncTechnical Report 2006 draft October 17URL httpwindowslblgovsoftwarewindow6tarcog20mathematical20modelpdf 911
[2] ElSherbiny S M Free convection in inclined air layers heated from aboveInternational Journal of Heat and Mass Transfer ročniacutek 39 č 18 1996 s 3925 ndash3930 ISSN 0017-9310 doi1010160017-9310(96)00047-6URL httpwwwsciencedirectcomsciencearticleB6V3H-3WCSP8Y-162f81b70b6ca93bb125a17ed77e5f79ed0 9
17
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
[3] ElSherbiny S M Raithby G D Hollands K G T Heat Transfer by NaturalConvection across Vertical and Inclined Air Layers Transactions of the ASMEročniacutek 104 1982 s 96ndash102 ISSN 0022-1481 8
[4] Europarlament Legislativniacute usneseniacute Evropskeacuteho parlamentu ze dne 31 ledna 2008o Akčniacutem plaacutenu pro energetickou uacutečinnost využitiacute možnostiacute 2008 20072106(INI)URL httpwwweuroparleuropaeusidesgetDocdopubRef=-EPTEXT+TA+P6-TA-2008-0033+0+DOC+XML+V0CS 4
[5] Feist W Passivhaus Definition 2005URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Definitionhtml 3
[6] Feist W Fenster und Behaglichkeit der qualitative Unterschied 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DFenster_Behaglichkeit_Vergleichhtm 4
[7] Feist W Uumlbersicht Passivhaus 2006URL httppassivhaustagungdePassivhaus_DPassivhaus_Verzeichnishtml4
[8] Gustavsen A Uvslokk S Jelle B P Numerical and Experimental Studies of theEffect of Various Glazing Spacers on the Window U-value and the GlazingTemperature 2005URL httpwwwbyvkthseavdbytereykjavikpdfart_153pdf 8
[9] Halahyja M Beťko B Bloudek K aj Stavebnaacute tepelnaacute technika akustikaa osvetlenie Bratislava a Praha Alfa a SNTL 1985 9 16
[10] Hansen J Sato M Kharecha P aj Target atmospheric CO2 Where shouldhumanity aim Open Atmos Sci J ročniacutek 2 2008 s 217ndash231doi1021741874282300802010217URL httppubsgissnasagovabstracts2008Hansen_etalhtml 4
[12] Hollan J Termografickeacute zjišťovaacuteniacute tepelnyacutech vlastnostiacute budov in situ (zjišťovaacuteniacuteemisivit a tepelnyacutech toků pomociacute termokamery) In Workshop Nedestruktivniacutetestovaacuteniacute v technickyacutech oborech Brno Akad nakl CERM sro 2004 ISBN80-7204-371-4 s 248ndash253 promiacutetaneacute sniacutemky vizhttpamperpedmuniczpasivwindowsterm_teppdfURL httpamperpedmuniczpasivwindowsterm_tepTpdf 13
[13] Hollan J Zaacutesady osvětlovaacuteniacute ve veřejnyacutech instituciacutech In Zeleneacute uacuteřadovaacuteniacute - vybranaacuteteacutemata Brno STEP (httpwwwekoporadnacz) 2007URL httpzeleneuradovaniczcontentFilesvetlopdf 5
[14] Hollan J A Standard House ndash whatrsquos that Houses standards real life (Co je tostandardniacute dům Domy normy a realita) In Sborniacutek seminaacuteře v raacutemci projekturdquoEnergy in Mindsrdquo Zliacuten Zeleneacute bydleniacute os 2008URL httpamperpedmuniczpasivstandardy 3 4
[15] Hollan J (editor) Pasivniacute dům II Brno ZO ČSOP Veronica 2008 56 sURL httpwwwveronicaczdokumentypasivni_dum_2008pdf 3 4
18
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
[16] Hollan J adresaacuteř s pomůckami pro termografii a termografickyacutemi sniacutemky 2009URL httpamperpedmuniczLW-infrared 14 15 16
[17] Hollan J adresaacuteř s českyacutemi předklady zaacutesadniacutech textů o změně klimatu 2009URL httpamperpedmuniczgw 4
[18] Hollan J Noveacute paradigma osvětleniacute v budovaacutech novaacute řešeniacute In Sborniacutek anotaciacutekonference JUNIORSTAV 2009 Brno VUT v Brně FAST 2009 ISBN978-80-214-3810-1 str 75URL httpamperpedmuniczlighttexty_pdfparadigmapdf 5 16
[20] Liger M Uncooled Carbon Microbolometer Imager Diplomovaacute praacutece CaliforniaInstitute of Technology Pasadena California 2006URL httpetdcaltecheduetdavailableetd-09302005-174955unrestrictedthesiswebpdf 11
[21] Muumlller H-C Entwicklung und Bau einer solaren Gebaumludeheizung imAltiplanoArgentinien Diplomovaacute praacutece Universitaumlt Karlsruhe 1999URL httpwwwhc-solardeDiplomarbeit_cmPDF 7 9
[22] Tolasz R (editor) Atlas podnebiacute Česka Praha a Olomouc Českyacutehydrometeorologickyacute uacutestav a Univerzita Palackeacuteho 2007 ISBN 978-80-86690-26-1 5
[23] Trnka L Pasivniacute dům 2005 podklady k přednaacutešceURL httpwwwveronicaczenergiepasivpasiv_trnkapdf 4
[24] Weast R C (editor) CRC Handbook of Chemistry and Physics Boca Raton CRCPress 1979 F-104 s 17
[25] Wright J L A Correlation to Quantify Convective Heat Transfer Between VerticalWindow Glazings ASHRAE Transactions ročniacutek 102 č 1 1996 s 940ndash946 9
[26] Yang Y Natural Convective Flow and Heat Transfer in Vertical and InclinedGlazing Cavities Diplomovaacute praacutece Graduate School of the University ofMassachusetts Amherst September 2003URL httpwwwceereorgbeepdocsFY2003New-Yunhua-thesis-1pdf 8 9
19
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
Vyuzitiacute vypukleacuteho zrcadla pro sniacutemky velkyacutech prostorovyacutech uacutehlu
Prepocet teplot na tepelneacute toky
Zaacutever
Shrnutiacute vyacutesledku
Doporuceniacute pro budoucnost
Glosaacuter
Literatura
Abstract
AbstractTo understand insulation properties of buildings radiative energy fluxes indoors outdoorsand between these two environments are to be understood as well Radiative fluxes areimportant in case of windows especially The largest improvements are achievable justthere
Windows are weak points of modern buildings because of that traditional houses hadsmall windows to be sustainable Technologies to improve the poor properties of windowsexist just some twenty years However from the viewpoint of physic their developmentseems to be finished no large improvements can be expected The only exception isdevelopment of evacuated glazings with very thin cavities whose market penetration maystart after 2010
There is however another pathway to improve windows by including movable justa bit transparent foils into windows Such foils act similarly as the highly transparentrdquolow-erdquo layers but bring another advantages as well Their primary goal is suppressingheat loss at night but they offer a very effective tool to control solar heat gains and lightas well
Such layers are commercially available as very thin plastic foils with an aluminiumlayer deposited in vacuum chamber and they are cheap Applying them in a sophisticatedway (using two roller shades and creating three air cavities which are airtight enough)enables achieving the passive house limit of composite thermal transmissivityU = 08 W(m2K) even for old double windows Their application the only available wayhow to get roof windows with favourable physical properties (and obeying the passivehouse limit) I have proposed (and explained from the viewpoint of physics) such use ofaluminised foils inside windows cavities in 1998 already In this thesis I describe theirfunction in detail and show real examples of their application In addition I discussradiometric methods (thermography) by which heat fluxes can be measured in commoncivil engineering practice
