Milan Ostrý, Roman Brzoň
STAVEBNÍ FYZIKA– Tepelná technika v teorii a praxi
STAVEBNÍ FYZIKA
– TEPELNÁ TECHNIKA V TEORII A PRAXI
doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D., Ing. Roman Brzoň, Ph.D.
Vydala: Ing. Vladislav Pokorný – LITERA, Tábor 43c, 612 00 Brno
Sazba a grafická úprava: doc. Ing Milan Ostrý, Ph.D.
Kresba na obálce: doc. Ing Milan Ostrý, Ph.D.
Návrh grafické úpravy obálky: Ing. Josef Remeš
Počet stránek: 100
První vydání, Brno 2014
ISBN 978-80-214-4879-7
Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012
řešení projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt je
spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato síť bude
vzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně,
významná výzkumná a vývojová pracoviště, partnery z oblasti
podnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je umožnit rozšíření
vzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro přenos teoretických i
praktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a stavební praxí.
Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou:
o MOTRAN Research, s. r. o.,
o Českomoravský cement, a.s.
o Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.,
o OHL ŽS, a.s.,
o Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava,
o ESOX, spol. s r.o.,
o Svaz vodního hospodářství ČR.
Registrační číslo
projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012
Název projektu: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví
Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014
Řešitel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební
OBSAH
1 Úvod........................................................................................................... 8
2 Základy procesu šíření tepla .................................................................... 10
2.1 Přenos tepla vedením ..................................................................... 10
2.2 Přenos tepla prouděním .................................................................. 12
2.3 Přenos tepla sáláním ....................................................................... 13
3 Vybrané tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů .................... 14
3.1 Součinitel tepelné vodivosti ........................................................... 14
3.2 Objemová hmotnost ....................................................................... 16
3.3 Měrná tepelná kapacita .................................................................. 17
3.4 Součinitel teplotní vodivosti .......................................................... 18
3.5 Součinitel difuzní vodivosti ........................................................... 19
3.6 Faktor difuzního odporu ................................................................. 19
4 Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce ........................................ 20
4.1 Výpočet nejnižší vnitřní povrchové teploty ................................... 22
4.2 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty stavebních
konstrukcí ...................................................................................................... 25
4.3 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní otvorů ........ 28
5 Součinitel prostupu tepla ......................................................................... 30
5.1 Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukce ............................. 30
5.2 Výpočet součinitele prostupu tepla výplně otvoru......................... 35
5.3 Hodnocení součinitele prostupu tepla ............................................ 36
6 Lineární činitel prostupu tepla ................................................................. 43
6.1 Výpočet lineárního činitele prostupu tepla .................................... 43
6.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 44
7 Bodový činitel prostupu tepla .................................................................. 47
7.1 Výpočet bodového činitele prostupu tepla ..................................... 47
7.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 47
8 Pokles dotykové teploty podlahy ............................................................. 49
8.1 Výpočet poklesu dotykové teploty podlahy ................................... 49
8.2 Hodnocení poklesu dotykové teploty podlahy ............................... 51
9 Šíření vlhkosti stavební konstrukcí ......................................................... 54
9.1 Průběh částečného tlaku vodní páry v konstrukci.......................... 54
9.2 Stanovení výskytu a oblasti kondenzace vodní páry uvnitř
konstrukce graficko-početní metodou ........................................................... 56
9.3 Zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry uvnitř
konstrukce ..................................................................................................... 59
9.4 Hodnocení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce ................... 61
10 Tepelná stabilita místností ....................................................................... 67
10.1 Veličiny popisující stav tepelného mikroklimatu .......................... 67
10.2 Tepelná stabilita místnosti v zimním období ................................. 69
10.3 Tepelná stabilita místnosti v letním období ................................... 72
11 Průměrný součinitel prostupu tepla ......................................................... 77
11.1 Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla ............................ 78
11.2 Hodnocení průměrného součinitele prostupu tepla........................ 81
12 Energetický štítek obálky budovy ........................................................... 84
12.1 Klasifikační třídy prostupu tepla obálkou budovy ......................... 84
12.2 Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy .................... 85
13 Průvzdušnost obálky budovy ................................................................... 88
13.1 Průvzdušnost obálky budovy ......................................................... 89
13.2 Měření vzduchotěsnosti ................................................................. 90
14 Okrajové podmínky pro tepelně technické výpočty ................................ 93
14.1 Návrhové parametry venkovního prostředí ................................... 93
14.2 Návrhové parametry vnitřního prostředí ........................................ 95
15 Citovaná literatura ................................................................................... 99
8
1 ÚVOD
Tepelně technická kvalita obálky stavebního objektu a energetická náročnost
budov při jejich užívání se v minulém desetiletí dostaly do popředí zájmů
stavebníků zejména z důvodu značného nárůstu cen za energie nutných pro
provoz stavebních objektů. Na tento trend reagovala v posledních 15 letech
také legislativa nejen v rámci Evropské unie, ale také na úrovni České
republiky.
Ve Vyhlášce č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby ve znění
Vyhlášky č.20/2012 Sb. jsou uvedeny základní požadavky na stavby, mezi
které patří: mechanická odolnost a stabilita, požární bezpečnost, ochrana
zdraví osob a zvířat, zdravých životních podmínek a životního prostředí,
ochrana proti hluku, bezpečnost při užívání a úspora energie a tepelná ochrana.
Dále je třeba připomenout, že podle Směrnice evropského parlamentu a rady
2010/31/EU musí členské státy zajistit, aby do 31. prosince 2020 všechny nové
budovy byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie a po 31. prosinci
2018 nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejné moci byly budovami s
téměř nulovou spotřebou energie.
Průkaz energetické náročnosti budovy zpracovaný podle Vyhlášky
č.78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov je dnes nedílnou součástí
projektové dokumentace. Podle § 3 uvedené vyhlášky jsou ukazatele
energetické náročnosti budovy:
a) celková primární energie za rok;
b) neobnovitelná primární energie za rok;
c) celková dodaná energie za rok;
d) dílčí dodané energie pro technické systémy vytápění, chlazení, větrání,
úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení za rok;
e) průměrný součinitel prostupu tepla;
f) součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici;
g) účinnost technických systémů.
Pro hodnocení obalových konstrukcí i celé obálky budovy z tepelně
technického hlediska jsou tedy zásadní součinitele prostupu tepla jednotlivých
konstrukcí na systémové hranici a průměrný součinitel prostupu tepla. K tomu
se připojují další parametry uvedené ve Vyhlášce č.268/2009 Sb. ve znění
9
Vyhlášky č.20/2012 Sb. Tato vyhláška v § 16 „Úspora energie a tepelná
ochrana“ uvádí:
(1) Budovy musí být navrženy a provedeny tak, aby spotřeba energie na
jejich vytápění, větrání, umělé osvětlení, popřípadě klimatizaci byla co
nejnižší. Energetickou náročnost je třeba ovlivňovat tvarem budovy, jejím
dispozičním řešením, orientací a velikostí výplní otvorů, použitými materiály a
výrobky a systémy technického zařízení budov. Při návrhu stavby se musí
respektovat klimatické podmínky lokality.
(2) Budovy s požadovaným stavem vnitřního prostředí musí být navrženy a
provedeny tak, aby byly dlouhodobě po dobu jejich užívání zaručeny
požadavky na jejich tepelnou ochranu splňující:
a) tepelnou pohodu uživatelů,
b) požadované tepelně technické vlastnosti konstrukcí a budov,
c) tepelně vlhkostní podmínky technologií podle různých účelů budov,
d) nízkou energetickou náročnost budov.
(3) Požadavky na tepelně technické vlastnosti konstrukcí a budov jsou dány
normovými hodnotami.
V posledním desetiletí je možno zaznamenat významný rozvoj v oblasti
výpočetních nástrojů pro tepelně technické výpočty. Je smutnou skutečností,
že řada uživatelů těchto výpočetních prostředků nemá velké povědomí o
výpočetních a hodnotících postupech a přistupuje k provádění tepelně
technických výpočtů bez potřebného teoretického základu. Tato skutečnost má
dopad na kvalitu takových tepelně technických výpočtů, což se v praxi
projevuje opakujícími se závadami u stavebních děl při jejich provozování.
Vzhledem k výše uvedené situaci je zapotřebí, aby se do povědomí všech
účastníků výstavby dostaly základní informace, které souvisí s tepelně
technickou stránkou stavebního objektu a hodnocením jeho energetické
náročnosti. Předkládaný studijní materiál má za cíl v prvé řadě seznámit
čtenáře s nezbytným teoretickým základem nutným pro osvojení si tepelně
technických výpočtů. Dalším cílem je přinést souhrn požadavků ukotvených
v české legislativě, které se vztahují k tepelně technickému posuzování
stavebních konstrukcí a obálky stavebního objektu.
V Brně dne 10.2.2014 Milan Ostrý
10
2 ZÁKLADY PROCESU ŠÍŘENÍ TEPLA
Způsoby přenosu tepla rozlišujeme podle fyzikální podstaty dějů, jimiž jsou
realizovány. V podstatě existují tři druhy přenosu tepla (Halahyja,1998), a to:
o vedením v látkách neboli kondukcí;
o prouděním látek čili konvekcí;
o zářením, tj. radiací.
Přenos tepla vedením probíhá ve spojitém látkovém prostředí. Vedení tepla
probíhá v látkách pevných, kapalných i plynných. Molekuly či jiné stavební
částice si navzájem předávají kinetickou energii neuspořádaných tepelných
pohybů, která se přenáší z míst vyšší teploty do míst o nižší teplotě látky.
Proudění (konvekce) tepla nastane tehdy, když částice mění v prostoru svoji
polohu ve větším měřítku. Přitom s sebou unášejí svoji energii. Podmínkou je
existence látkového prostředí. Tento děj probíhá jen v kapalinách a plynech.
Přenos tepla zářením jako jediný nevyžaduje látkové prostředí. Teplo se
přenáší elektromagnetickým zářením a to i ve vakuu.
2.1 Přenos tepla vedením
K vedení tepla dochází při výměně energie mezi mikročásticemi, např.
molekulami (Řehánek, 2002). K vedení tepla dochází v pevných látkách a v
kapalinách i plynech v klidovém stavu. Přenos tepla vedením v pevných
látkách je zprostředkován buď volnými elektrony, nebo přenosem kmitů
krystalové mříže látky. Základním zákonem vedení tepla je Fourierův zákon,
který udává vztah mezi hustotou tepelného toku a teplotním gradientem
(Janna, 2009):
gradTx
Tqx .
(2.1)
kde q je hustota tepelného toku v W·m-2
λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1
·K-1
x souřadnice v m
T teplota v K
Součinitel tepelné vodivosti charakterizuje schopnost tepelně akumulačního
materiálu šířit teplo vedením. Platí tedy, že čím vyšší je jeho hodnota, tím větší
tepelný tok proudí daným materiálem. Součinitel tepelné vodivosti není u
stavebních materiálů za všech okolností konstantní. Závisí např. na skupenství,
objemové hmotnosti, pórovitosti, směru tepelného toku apod. Zpravidla, ne
11
však vždy, platí, že čím je menší objemová hmotnost materiálu, tím je menší
jeho tepelná vodivost. Pro přesné výpočty je nezbytné pro dané podmínky
zjistit hodnotu součinitele tepelné vodivosti experimentálně.
Jestliže umístíme nějaké těleso do prostředí s vyšší teplotou, začne se
ohřívat a nastává vyrovnání teplot. Čas vyrovnávání teploty v tělese je přímo
úměrný hodnotě součinitele tepelné vodivosti materiálu tělesa. Diferenciální
rovnice vedení tepla, která se také nazývá druhým Fourierovým zákonem
vedení tepla, popisuje právě časové a prostorové rozložení teploty
v akumulačním médiu a obklopujících materiálech.
Odvození diferenciální rovnice je založeno na tepelné bilanci objemového
elementárního prvku, kdy na jedné straně proudí do prvku tepelný tok (Qx =
qxdydz) a na protilehlé stěně tepelný tok vytéká (Qx+d x= qx+dxdydz). V případě,
kdy Qx > Qx+dx, dochází k ohřevu prvku, přičemž teplo je prvkem
akumulováno (Řehánek, 2002).
Pokud uplatníme Fourierův zákon definovaný rovnicí (2.1), pak obdržíme
diferenciální rovnici pro jednorozměrné vedení tepla, kde teplota je závislá na
čase a prostorových souřadnicích:
2
2
x
Ta
t
T
symbolicky: T = f(t, x) (2.2)
Pro dvourozměrné vedení tepla pak má rovnice tvar:
2
2
2
2
y
T
x
Ta
t
T symbolicky: T = f(t, x, y) (2.3)
Pro trojrozměrné vedení tepla platí:
2
2
2
2
2
2
z
T
y
T
x
Ta
t
T symbolicky: T = f(t, x, y, z) (2.4)
kde a je součinitel teplotní vodivosti v m2·s
-1
x, y, z souřadnice v m
T teplota v K
t čas v s
Součinitel teplotní vodivosti se v diferenciálních rovnicích vedení tepla
uplatňuje pro vyjádření úměrnosti mezi časovou a prostorovou změnou teploty.
Součinitel teplotní vodivosti je závislý na teplotě, vlhkosti a objemové
hmotnosti.
12
V případě stacionárního (časově ustáleného) vedení tepla není teplota funkcí
času, a pak u trojrozměrného (analogicky dvourozměrného a
jednorozměrného) vedení tepla platí:
T = f ( x, y, z) (2.5)
2.2 Přenos tepla prouděním
Tepelné proudění se vyskytuje pouze u tekutin, za které považuje kapaliny a
plyny. Čisté tepelné proudění se ale v reálném prostředí nevyskytuje, protože
na rozhraní mezi tekutinou a pevným tělesem je vždy doplněno vedením.
Jestliže proudí vzduch kolem stavební konstrukce, která má odlišnou
povrchovou teplotu, dochází mezi vzduchem a konstrukcí k přestupu tepla,
které popisuje Newtonův zákon:
)( sacc TThq (2.6)
kde qc je hustota tepelného toku prouděním ve W·m-2
hc součinitel přestupu tepla ve W·m-2
·K-1
Ta teplota vzduchu v K
Ts povrchová teplota akumulačního média v K
Součinitel přestupu tepla závisí na fyzikálních vlastnostech tekutiny, teploty
povrchu a tekutiny, tvaru obtékané konstrukce, směru a druhu proudění. Se
zvětšující hodnotou součinitele přestupu tepla roste tepelný tok proudící ze
vzduchu do konstrukce a obráceně. Nejmenší hodnotu má součinitel přestupu
tepla při volném proudění, při čemž platí rovnice:
nGrcNu Pr)..( (2.7)
kde c,n jsou experimentálně stanovené konstanty
Nu Nusseltovo číslo
Gr Grashofovo číslo
Pr Prandtovo číslo
dhNu c . (2.8)
kde hc je součinitel přestupu tepla v W·m-2
·K-1
d určující rozměr teplosměnné plochy konstrukce v m
λ součinitel tepelné vodivosti W·m-1
·K-1
13
Pro součinitel přestupu tepla při nuceném proudění platí odvozená
empirická rovnice:
ncNu Re. (2.9)
kde Re je Reynoldsovo číslo
c, n konstanty stanovené experimentálně
Uvedené experimentálně stanovené konstanty závisí na typu proudění. Ve
stavební tepelné technice se nejčastěji uvažuje s turbulentním prouděním a
používají hodnoty: c = 0,032 a n = 0,8 (Řehánek, 2002).
2.3 Přenos tepla sáláním
Tento způsob přenosu tepla nevyžaduje hmotné prostředí a uskutečňuje se
prostřednictvím elektromagnetického vlnění v důsledku tepelného stavu těles.
Přenos tepla sáláním se uplatňuje i ve vakuu. Sálavý tok dopadající na povrch
tělesa se rozdělí na část odraženou, pohlcenou a část, která tělesem projde.
Dokonale černé těleso veškerou sálavou energii, která na něj dopadá, pohltí.
Naopak dokonale bílé těleso veškerou dopadající sálavou energii odrazí.
Každé těleso o teplotě vyšší než 0 K vydává elektromagnetické záření. Z
Plancova zákona vyplývá, že s rostoucí teplotou se maximální hodnota
spektrální intenzity sálání dokonale černého tělesa posouvá ke kratším
vlnovým délkám, což je vyjádřeno Wienovým zákonem posuvu. Energie
vyzařovaná tělesy prudce vzrůstá s jejich teplotou. Stefan-Boltzmanův zákon
platí i pro sálání skutečných tzv. šedých těles:
4.. TE (2.10)
kde E je intenzita vyzařování (plošná sálavost) ve W·m-2
ε emisivita tělesa v rozmezí 0 až 1
σ Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8
W·m-2
·K-4
T termodynamická teplota v K
V praxi nejčastěji uplatníme vztah pro výsledný zářivý tok mezi horkým
povrchem stěny a ohraničujícími konstrukcemi velkého prostoru:
ATTQ )..(.4
1
4
2 (2.11)
kde Q je zářivý tok ve W
14
ε emisivita stěny v rozmezí 0 až 1
σ Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8
W·m-2
·K-4
T1 teplota ohraničujících konstrukcí prostoru v K
T2 teplota stěny v K
A povrch stěny v m2
Také u sálání nastává přestup tepla, který je vyjádřen s pomocí součinitele
přestupu tepla při sálání.
3 VYBRANÉ TEPELNĚ TECHNICKÉ
VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ
3.1 Součinitel tepelné vodivosti
Součinitel tepelné vodivosti vyjadřuje schopnost homogenního izotropního
materiálu vést teplo. Hodnota součinitele tepelné vodivosti vyjadřuje tepelný
tok ve W, který proudí 1m2 stěny o tloušťce 1m při teplotním spádu
protilehlých ploch 1 K. Součinitel tepelné vodivosti je tedy definován
vztahem:
gradT
q
(3.1)
kde je součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1
·K-1
q vektor hustoty ustáleného tepelného toku sdíleného
vedením, proudícího stejnorodým izotropním
materiálem ve W·m-2
grad T gradient teploty v K·m-1
Hodnotu součinitele tepelné vodivosti ovlivňují zejména následující faktory:
o objemová hmotnost materiálu;
o vlhkost materiálu a prostředí;
o směr tepelného toku u anizotropních materiálů (zdivo Therm);
o chemické složení;
o teplota.
Na tomto místě je třeba zmínit, že při zvyšující se vlhkosti materiálu se
současně zvyšuje i hodnota součinitele tepelné vodivosti materiálu. Se
zvyšující se hodnotou součinitele tepelné vodivosti klesá tepelně izolační
schopnost materiálu a celé stavební konstrukce.
15
Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu stavebních materiálů či
výrobků pro vnitřní i vnější stavební konstrukce, které jsou ve styku s vnitřním
prostředím s částečným tlakem vodní páry pvi≤ 1491 Pa, bez ohledu na způsob
zabudování do stavební konstrukce a její druh se může stanovit přímo pro:
o stavební materiály a výrobky z normy ČSN 73 0540-3:2005
(sloupec 8 tabulky A.1) uvádějící přímo návrhovou hodnotu
součinitele tepelné vodivosti λu stanovenou pro normovou
hmotnostní vlhkost uu a podmínky definované pro vnější
konstrukce, ve kterých dochází ke kondenzaci vodní páry;
o stavební materiály a výrobky nášlapných vrstev podlah z normy
ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.2).
Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,i stavebních materiálů či
výrobků pro vnitřní konstrukce, ve kterých nedochází ke kondenzaci vodní
páry a které jsou ve styku s vnitřním prostředím s částečným tlakem vodní
páry pvi≤ 1491 Pa, se stanoví ze vztahu:
λu,i = λk (3.2)
kde λk je charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti
ve W·m-1
·K-1
, tj. hodnota součinitele tepelné
vodivosti odvozená pro charakteristickou hmotnostní
vlhkost u23/80, nebo určená přímo z normy ČSN 73
0540-3:2005 (sloupec 7 tabulky A.1)
Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,i stavebních materiálů či
výrobků pro vnitřní konstrukce, ve kterých dochází nebo nedochází ke
kondenzaci vodní páry, a které jsou ve styku s vnitřním prostředím
s částečným tlakem vodní páry pvi>1491 Pa se stanoví ze vztahu:
λu = λk·[1+z1·Zu·(z2+z3)] (3.3)
kde λk je charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti
ve W·m-1
·K-1
Zu vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-
3:2005 (tabulka A.1)
z1 součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce,
kde dochází ke kondenzaci vodní páry dle ČSN 73
0540-3:2005 (tabulka A.7)
16
z2 součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-3:2005
(tabulka A.8)
z3 součinitel způsobu zabudování materiálu do stavební
konstrukce dle ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.9)
Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,e stavebních materiálů či
výrobků pro vnější konstrukce se stanoví ze vztahu 3.3 pro odpovídající
hodnoty součinitelů podmínek působení.
Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu stavebních materiálů či
výrobků pro vnitřní i vnější konstrukce pro okamžitou hmotnostní vlhkost
materiálu uexp ve stavební konstrukci nebo odhadnutou hodnotu návrhové
vlhkosti stavebního materiálu uu v % se stanoví ze vztahu:
λu = λk·[1+z1·Zu·z23] (3.4)
kde λk je charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti
ve W·m-1
·K-1
Zu vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-
3:2005 (tabulka A.1)
z23 sdružený součinitel podmínek působení
z23 = uexp - u23/80 nebo z23 = uu- u23/80 (3.5)
kde uexp je okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti
materiálu odebraná ze stavební konstrukce v %
u23/80 charakteristická hmotnostní vlhkost v %
uu odhad návrhové hodnoty hmotnostní vlhkosti v %
3.2 Objemová hmotnost
Objemová hmotnost představuje střední hustotu nespojitě v prostoru
rozložené látky, např. pórovité, zpěněné nebo volně sypané. Objemová
hmotnost stavebních materiálů závisí na pórovitosti a u sypkých látek i na
jejich stlačitelnosti.
Pro suchý materiál platí:
d = V
md (3.6)
kde d je objemová hmotnost v suchém stavu v kg·m-3
17
md hmotnost materiálu v suchém stavu v kg
V objem materiálu včetně pórů a mezer v m3
Pro vlhký materiál platí:
v = V
mv (3.7)
kde v je objemová hmotnost vlhkého materiálu v kg·m-3
mv hmotnost vlhkého materiálu v kg
V objem materiálu včetně pórů a mezer v m3
Návrhová hodnota objemové hmotnosti stavebních materiálů či výrobků se
může stanovit s vyhovující přesností pro potřeby technické praxe ze vztahu:
ρu = ρd (3.8)
kde d je objemová hmotnost materiálu v suchém stavu
v kg·m-3
Při čemž obvykle platí, že:
ρd = ρD (3.9)
kde D je deklarovaná hodnota objemové hmotnosti v kg·m-3
3.3 Měrná tepelná kapacita
Měrná tepelná kapacita vyjadřuje množství tepla, které je potřeba k ohřátí
1 kg materiálu při stálém tlaku a definované vlhkosti o 1 K a je definovaná
vztahem:
dT
dQ
mc
1
(3.10)
kde c je měrná tepelná kapacita v J·kg-1
·K-1
Q přivedené teplo v J
m hmotnost látky v kg
T teplota v K
Měrná tepelná kapacita, dříve nazývaná měrné teplo, je důležitou
veličinou při výpočtu tepelných vlastností stavebních látek.
18
Tab.3.1 Charakteristiky vybraných materiálů při 20 °C
MATERIÁL
OBJEMOVÁ
HMOTNOST
[kg·m-3
]
MĚRNÁ TEPELNÁ
KAPACITA
[J·kg-1
·K-1
]
OBJEMOVÁ
TEPELNÁ KAPACITA
[106·J·m
-3·K
-1]
VODA 998 4182 4,17
OCEL UHLÍKOVÁ 7850 440 3,45
ŽELEZOBETON 2500 1020 2,55
ŽULA 2500 950 2,38
BETON 2100 1020 2,14
CIHLA PLNÁ 1800 900 1,62
DŘEVO MĚKKÉ 400 2510 1,00
SÁDROKARTON 750 1060 0,80
Návrhová hodnota měrné tepelné kapacity cu stavebních materiálů či
výrobků se může stanovit s vyhovující přesností pro potřeby technické praxe
ze vztahu:
cu= cn = cd (3.11)
kde cdje měrná tepelná kapacita v suchém stavu vJ·kg-1
·K-1
Hodnota měrné tepelné kapacity má zásadní vliv na schopnost konstrukce
akumulovat citelné teplo. Jako tepelně akumulační jsou zpravidla navrhovány
konstrukce např. z prostého betonu, železobetonu, nebo se jedná o zdivo
z vápenopískových či plných cihel.
V poslední době se objevují zejména v objektech s lehkým pláštěm vnitřní
tepelně akumulační stěny ze zdiva z nepálených cihel. Pro akumulaci citelného
tepla v rámci systémů technického zařízení budovy však převládá z důvodu
vysoké měrné tepelné kapacity a nízké ceny využívání vodních zásobníků.
3.4 Součinitel teplotní vodivosti
Součinitel teplotní vodivosti vyjadřuje schopnost materiálu o definované
vlhkosti vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném vedení tepla:
ca
.
(3.12)
kde a je součinitel teplotní vodivosti v m2·s
-1
19
ρ objemová hmotnost materiálu v kg·m-3
c měrná tepelná kapacita v J·kg-1
·K-1
3.5 Součinitel difuzní vodivosti
Součinitel difuzní vodivosti vyjadřuje schopnost stejnorodé vrstvy materiálu
propouštět vodní páru difuzí. Součinitel difuzní vodivosti je definován
vztahem při užití veličin vztažených k částečnému tlaku vodní páry:
)( v
ppgrad
g
(3.13)
kde δp je součinitel difuzní vodivosti v kg·m-1
·s-1
·Pa-1
g vektor hustoty ustáleného difundujícího toku vodní
páry v kg·m-2
·s-1
grad(pv) gradient částečného tlaku vodní páry v Pa·m-1
3.6 Faktor difuzního odporu
Faktor difuzního odporu vyjadřuje relativní schopnost vrstvy materiálu
propouštět vodní páru difuzí. Je poměrem difuzního odporu materiálu a
difúzního odporu vrstvy vzduchu o téže tloušťce při smluvních podmínkách a
je definován vztahem:
a (3.14)
kde δa je součinitel difuzní vodivosti vzduchu
v kg·m-1
·s-1
·Pa-1
= s
δ součinitel difuzní vodivosti materiálu
v kg·m-1
·s-1
·Pa-1
= s
V praxi se také používá parametr ekvivalentní difuzní tloušťka, která
představuje tloušťku nehybné vrstvy vzduchu mající stejný difuzní odpor jako
předmětná vrstva materiálu.
20
4 NEJNIŽŠÍ VNITŘNÍ POVRCHOVÁ TEPLOTA
KONSTRUKCE
Vnitřní povrchová teplota konstrukcí tvořících teplosměnnou obálku budovy
má zásadní vliv na riziko povrchové kondenzace vodních par a riziko růstu
plísní. Praxe ukazuje, že se jedná o závažný problém, který je projektanty a
zhotoviteli stavby často podceňován. Příčinou vad v souvislosti s nízkou
povrchovou teplotu bývají častěji nevhodná řešení stavebních detailů než
vlastní návrh tepelně izolačního souvrství v ploše stavebních konstrukcí.
Obr.4.1Termogram rohu místnosti s viditelnými tepelnými mosty (archiv autora)
Obr.4.2Detail rohu obytné místnosti v podkroví s viditelnou kondenzací na povrchu
a osazenými termočlánky pro měření povrchových teplot (archiv autora)
21
Termogram na obr.4.1 ukazuje na typický příklad složené konstrukce, kdy
ve vrstvě tepelné izolace je osazen ocelový pozinkovaný rošt pro vynášení
vnitřního sádrokartonového opláštění.
Obr.4.3Průběh vnitřní teploty vzduchu a venkovní teploty pro 10 denní sledované
období (archiv autora)
Obr.4.4Průběh relativní vlhkosti vnitřního vzduchu pro 10 denní sledované období
(archiv autora)
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
24.1. 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2
Datum, čas
Te
plo
ta (
°C)
θi
θe
25
30
35
40
45
50
55
60
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
12
:00
0:0
0
24.1. 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2
Datum, čas
Rela
tivn
í vlh
ko
st
(%)
φi
22
Termogram na obr.4.1 znázorňuje nekvalitní provedení tepelně izolační
vrstvy zejména v místě koutu. Diagnostika stavebních konstrukcí metodou
infračervené termografie je v daném případě vhodným způsobem, jak určit
pravděpodobnou příčinu povrchové kondenzace, která je patrná na snímku na
obr.4.2. V návaznosti na termografické snímkování se zpravidla provádí
monitoring užívání vnitřních prostor, tzn., že se sleduje teplota vnitřního
vzduchu, nebo teplota kulového teploměru, a relativní vlhkost vnitřního
vzduchu po dobu alespoň jednoho týdne. Z grafů na obr.4.3 a obr.4.4 je
zřejmé, že místnost je užívána v souladu s projektovými předpoklady a že
relativní vlhkost vnitřního vzduchu nepřesahuje hodnotu 60 resp. 55 %.
Příčinou povrchové kondenzace v koutech půdní nadezdívky je jednoznačně
špatná realizace obvodové konstrukce. Uvedený příklad jednoznačně ukazuje
na důležitost výpočtu a posouzení vnitřní povrchové teploty stavebních
konstrukcí. Nejnižší vnitřní povrchovou teplotu je tedy třeba zejména zjišťovat
v kritických detailech konstrukcí, kde dochází ke zvýšenému tepelnému toku.
4.1 Výpočet nejnižší vnitřní povrchové teploty
Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce se stanoví pro ustálené šíření
tepla při zimních návrhových teplotách vnitřního a venkovního vzduchu a pro
odpory při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně Rsi a Rse dle ČSN 730540-
3:2005:
o pro rámy a zasklení nebo neprůsvitnou výplň vnějších výplní
otvorů se bere Rsi = 0,13 m2·K·W
-1;
o pro ostatní vnitřní povrchy konstrukcí se uvažuje zvýšená hodnota
Rsi = 0,25 m2·K·W
-1.
Vnitřní povrchová teplota se vyjadřuje v poměrném tvaru jako hodnota
teplotního faktoru vnitřního povrchu. Teplotní faktor vnitřního povrchu
vyjadřuje vliv konstrukce a přestupů tepla v daném místě vnitřního povrchu na
vnitřní povrchovou teplotu nezávisle na teplotách přilehlých prostředí. Je
definován následujícím vztahem:
Rsi
eai
siai
eai
esiRsif
11 (4.1)
kde θsi je nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C
θe teplota venkovního vzduchu ve °C
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
ξRsi poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu
23
Pro konstrukce, ve kterých lze uvažovat jednorozměrné šíření tepla, se
nejnižší povrchová teplota rovná průměrné vnitřní povrchové teplotě podle
následujících vztahů:
)()(min, eaiRsimaieaiRsimesimsi f (4.2)
)(min, eaisiaisimsi RU (4.3)
kde θsi,min je nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C
θe teplota venkovního vzduchu ve °C
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
θsim průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C
ξRsi poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu
fRsi teplotní faktor vnitřního povrchu
U součinitel prostupu tepla stanovený pro odpory při
přestupu tepla na vnitřní a vnější straně pro
hodnocení povrchových teplot ve W·m-2
·K-1
Pro kout mezi dvěma konstrukcemi, ve kterých lze uvažovat jednorozměrné
šíření tepla, se nejnižší vnitřní povrchová teplota stanoví pro poměrný teplotní
rozdíl vnitřního povrchu v koutě, který se vypočte pro kout mezi vnějšími
konstrukcemi se stejnými součiniteli prostupu tepla z přibližného vztahu:
69,0)(05,1 siKsiKR RU (4.5)
kde ξRsiK je poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu v koutě
RsiK odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W
-1
U součinitel prostupu tepla vnější konstrukce
ve W·m-2
·K-1
Poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu pro kout mezi vnější a vnitřní
konstrukcí se určí z přibližného vztahu:
21,0
79,0)(6,0
i
siKsiKRU
URU (4.6)
kde RsiK je odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W
-1
U součinitel prostupu tepla vnější konstrukce
ve W·m-2
·K-1
Ui součinitel prostupu tepla vnitřní konstrukce
ve W·m-2
·K-1
24
Obr.4.5Zobrazení 2D teplotního pole při osazení ISO-nosníku v obvodové konstrukcipři
použití softwaru AREA 2010 (archiv autora)
Obr.4.6 Zobrazení 3D teplotního pole při osazení ISO-nosníku v obvodové konstrukci
při použití softwaru ANSYS Workbench 12.1 (archiv autora)
Pro konstrukci resp. její část, ve které nelze uvažovat jednorozměrné šíření
tepla, a pro styky konstrukcí a kouty konstrukcí se nejnižší vnitřní povrchová
teplota stanoví přesněji z průběhu vnitřních povrchových teplot získaných
25
výpočtovým řešením dvourozměrného teplotního pole pro charakteristický řez
lineárním tepelným mostem (vazbou), nebo trojrozměrného teplotního pole
v případech, kdy nelze uvažovat s 1D a 2D šířením tepla.
4.2 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty stavebních
konstrukcí
Stavební konstrukce a styky konstrukcí s konstrukcemi v prostorech
s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60 % musí v zimním
období za normových podmínek vykazovat v každém místě takovou vnitřní
povrchovou teplotu, aby odpovídající teplotní faktor vnitřního povrchu
splňoval podmínku:
NRsiRsi ff , (4.7)
crRsiNRsi ff ,, (4.8)
kde fRsi,N je požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru
vnitřního povrchu, bezrozměrná
fRsi,cr kritický teplotní faktor vnitřního povrchu,
bezrozměrný
Splnění požadavku je prevencí růstu plísní u stavebních konstrukcí.
Stavební konstrukce v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního
prostoru nad 60 % musí v zimním období splňovat buď výše uvedený
požadavek, nebo musí být při splnění požadavku na součinitel prostupu tepla
zajištěno vyloučení rizika růstu plísní jiným způsobem s doložením např. dle
ČSN 72 4310. Nelze-li požadavek splnit, je třeba v zimním období zajistit tak
nízkou relativní vlhkost vnitřního vzduchu podél celého vnitřního povrchu
stavební konstrukce, aby stavební konstrukce požadavek splnila.
Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr , při kterém by vnitřní
vzduch s návrhovou relativní vlhkostí φi dosáhl u vnitřního povrchu kritické
vnitřní povrchové vlhkosti φsi,cr , se stanoví ze vztahu:
crsiriexai
aicrRsif
,,
,/ln/269,171,1
11,23,2371
(4.9)
26
kde ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu stanovená
pro budovu nebo její ucelenou část pro
požadované užívání podle ČSN 73 0540-3ve °C;
ex návrhová vnější teplota prostředí přilehlého k vnější
straně konstrukce v zimním období, která se stanoví
podle ČSN 73 0540-3 jako návrhová teplota
venkovního vzduchue pro vnější konstrukce, nebo
jako návrhová teplota vnitřního vzduchu přilehlého
prostředíai pro vnitřní konstrukce, nebo jako
návrhová teplota zeminy gr pro konstrukce přilehlé
k zemině
i , r relativní vlhkost vnitřního vzduchu pro stanovení
požadavku na nejnižší vnitřní povrchovou teplotu
konstrukce v %
Relativní vlhkost vnitřního vzduchu pro stanovení požadavku na nejnižší
vnitřní povrchovou teplotu konstrukce se určí:
o pro prostory, v nichž je trvale a prokazatelně upravována vlhkost
vzduchu vzduchotechnikou ze vztahu:
iiri, (4.10)
kde φi je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %
v zimním období trvale a prokazatelně zajišťovaná
pro požadované užívání budovy nebo její ucelené
části vzduchotechnikou v prostoru podél celé
hodnocené konstrukce, přičemž pro místnosti
s dlouhodobým pobytem osob v bytových,
administrativních, školských a obdobných budovách se
uvažuje φi větší nebo rovno 40 %, pokud zvláštní
předpisy nestanovují hodnoty vyšší
Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO
13788, uvažuje se Δφi = 5 %
o pro ostatní prostory ze vztahu:
ifiri, 5100 e (4.11)
27
pro stavební konstrukce však nejméně
iiri, 10 (4.12)
kde φi je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu
v zimním období stanovená pro budovu nebo její
ucelenou část pro požadované užívání podle ČSN 73
0540-3v %, přičemž kromě prostorů s vlhkým,
mokrým nebo suchým prostředím se uvažuje
i = 50 %
Δφr změna relativní vlhkosti vnitřního vzduchu vlivem
teploty venkovního vzduchu, v K-1
; uvažuje se Δφf =
0,01 K-1
;
θe návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období
podle ČSN 73 0540-3 ve C
Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO
13788, v %, která se uvažuje 5 %;
si,cr kritická vnitřní povrchová vlhkost v %
Kritická vnitřní povrchová vlhkost je relativní vlhkost vzduchu
bezprostředně při vnitřním povrchu konstrukce, která nesmí být pro danou
konstrukci překročena:
o pro výplně otvorů je kritická vnitřní povrchová vlhkost
si,cr = 100 % (riziko orosování);
o pro ostatní konstrukce je kritická vnitřní povrchová vlhkost
si,cr = 80 % (riziko růstu plísní).
Tab. 4.1 Požadované hodnoty kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr pro
stavební konstrukce pro relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50%
θai[°C]
Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C]
-13 -15 -17 -19 -21
Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr[-]
20,0 0,748 0,744 0,757 0,770 0,781
20,3 0,750 0,745 0,759 0,771 0,782
20,6 0,751 0,747 0,760 0,772 0,783
20,9 0,753 0,748 0,762 0,773 0,784
21,0 0,753 0,749 0,762 0,774 0,785
28
Pro konstrukce v prostorách s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního
vzduchu i = 50 % lze pro stanovení kritického teplotního faktoru vnitřního
povrchu fRsi,cr použít tab.4.1.
4.3 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní
otvorů
Výplně otvorů v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního
vzduchu φi ≤ 60 % mají v zimním období za normových podmínek vykazovat
v lineárním řezu takovou vnitřní povrchovou teplotu, aby odpovídající teplotní
faktor vnitřního povrchu splňoval podmínku:
NRsiRsi ff , (4.13)
crRsiNRsi ff ,, (4.14)
kde fRsi,N je doporučená hodnota nejnižšího teplotního faktoru
vnitřního povrchu, bezrozměrná
fRsi,cr kritický teplotní faktor vnitřního povrchu,
bezrozměrný
Výplně otvorů v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního prostoru
nad 60 % mají v zimním období splňovat buď výše uvedené doporučení, nebo
má být při splnění požadavku na součinitel prostupu tepla zajištěna jejich
bezchybná funkce při povrchové kondenzaci a vyloučeno nepříznivé působení
kondenzátu na navazující konstrukce.
Tab. 4.2Doporučené hodnoty kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr pro
výplně otvorů pro relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50%
θai[°C]
Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C]
-13 -15 -17 -19 -21
Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr
20,0 0,647 0,649 0,650 0,650 0,650
20,3 0,649 0,651 0,652 0,652 0,651
20,6 0,652 0,653 0,654 0,654 0,653
20,9 0,654 0,655 0,656 0,656 0,655
21,0 0,655 0,656 0,657 0,656 0,655
29
PŘÍKLAD 1
V tomto případě byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o
stěnovou konstrukci zateplenou vnějším kontaktním zateplovacím systémem, u
které bylo ve výpočtu uvažováno s jednorozměrným šířením tepla.
Výstup z programu Teplo 2011: Typ hodnocené konstrukce : Stěna Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m
2K
Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo Název D[m] L[W/mK] C[J/kgK] Ro[kg/m
3] Mi[-] Ma[kg/m
2]
1 Omítka vápenná 0,0200 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Zdivo CP 1 0,4400 0,8000 900,0 1700,0 8,5 0.0000 3 Omítka vápenoc 0,0250 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 4 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 5 BASF EPS 100 N 0,2000 0,0310 1250,0 18,0 45,0 0.0000 6 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 7 Cemix 428 - Mi 0,0020 0,7500 840,0 1700,0 18,0 0.0000 Okrajové podmínky výpočtu :
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : 0.13 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : 0.25 m2K/W
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : 0.04 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : 0.04 m2K/W
Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 21.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 % Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 19.60 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p: 0.961
Obr.4.7 Rozložení teplot v řešené konstrukci (archiv autora)
30
5 SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA
Součinitelem prostupu tepla je možné charakterizovat vliv celé konstrukce a
k ní přilehlých vzduchových vrstev na šíření tepla prostupem. Součinitel
prostupu tepla je odvozen z tepelného odporu konstrukce R.
5.1 Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukce
V prvé řadě je třeba definovat tepelný odpor konstrukce. Ten vyjadřuje
schopnost konstrukce nebo její části klást odpor při přenosu tepla. V případě,
kdy známe součinitel tepelné vodivosti materiálu a je konstantní, a pokud
povrchy kolmé na směr tepelného toku jsou vzájemně rovnoběžné, pak tepelný
odpor určíme podle následujícího vztahu:
dR (5.1)
kde d je tloušťka materiálu v m
λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m–1
·K–1
V případě konstrukce složené z více vrstev uspořádaných za sebou určíme
tepelný odpor dle vztahu:
i
idR
(5.2)
kde di je tloušťka příslušné vrstvy v m
λ součinitel tepelné vodivosti vrstvy ve W·m–1
·K–1
Úhrnný tepelný odpor bránící výměně tepla mezi prostředími oddělenými od
sebe stavební konstrukcí o tepelném odporu R s přilehlými mezními
vzduchovými vrstvami vyjadřuje odpor konstrukce při prostupu tepla:
RT = Rsi + R + Rse (5.3)
kde Rsi je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně v m2·K·W
–1
R tepelný odpor konstrukce v m2·K·W
–1
Rse odpor při přestupu tepla na vnější straně v m2·K·W
–1
31
Odpor při přestupu tepla představuje tepelný odpor mezní vzduchové vrstvy
přiléhající bezprostředně k vnitřní nebo k vnější straně konstrukce:
i
sih
R1
e
seh
R1
(5.4)
kde hi je součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
ve W·m-2
·K-1
he součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce
ve W·m-2
·K-1
Tab.5.1 Návrhové hodnoty odporů při přestupu tepla na vnější straně konstrukce a na
vnitřní straně konstrukce bez povrchové kondenzace dle ČSN 730540-3:2005
Klimatické období
Druh konstrukce a povrch
konstrukce
Tvar a orientace povrchu konstrukce
Odpor při přestupu tepla
Rsi, Rse, Rsik
[m2·K·W
-1]
pro výpočty šíření vlhkosti a rizika
růstů plísní
pro výpočty šíření tepla
Zimní
Vnější povrch stavební
konstrukce a výplně otvoru
0,04 0,04
Zimní, při nadmořské výšce nad
1000 m n.m.
0,03 0,03
Letní 0,07 0,07
Zimní i letní
Vnitřní povrch stavební
konstrukce
Svislý povrch 0,25 0,13
Vodorovný povrch
při tepelném toku
zdola nahoru
0,25 0,10
shora dolů
0,25 0,17
Svislý kout 0,25 0,19
Vodorovný kout 0,25 0,21
Vnitřní povrch výplně otvoru
Svislý povrch nebo povrch se sklonem
od 90°do 60° 0,13 0,13
Vodorovný povrch nebo povrch se
sklonem do 0°do 60°
Vodorovný povrch
při tepelném toku
zdola nahoru
0,13 0,10
shora dolů
– 0,17
Svislý kout 0,13 0,20
Vodorovný kout 0,13 0,20
32
Ve větrané vzduchové vrstvě se uvažuje odpor při přestupu tepla shodný
s odporem na vnitřní straně téže konstrukce. Pro vodorovné povrchy
konstrukcí mezi shodně vytápěnými prostory se pro spodní povrch uvažuje
hodnota stejná jako pro tepelný tok zdola nahoru, pro horní povrch hodnota
platná pro tepelný tok shora dolů. Pro šikmé povrchy odchýlené o více než 30°
od uvedených orientací se stanoví odpory při přestupu tepla lineární interpolací
se zaokrouhlením na setiny.
Součinitel prostupu tepla se stanoví:
1. z tepelného odporu konstrukce nebo jejího charakteristického výseku a
odporů při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce:
Tsesi RRRRU
11
(5.5)
kde U je součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2
·K–1
R tepelný odpor konstrukce v m2·K·W
–1
Rsi odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
v m2·K·W
–1
Rse odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce
v m2·K·W
–1
2. z průměrné vnitřní povrchové teploty konstrukce nebo jejího
charakteristického výseku:
eaisi
simai
RU
(5.6)
kde U je součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2
·K–1
Rsi odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce
V m2·K·W
–1
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
θsim průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C
θe návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období
podle ČSN 73 0540-3 ve C
Teplota θsim se stanoví z vnitřních povrchových teplot θsi získaných
výpočtovým řešením teplotního pole pro tento charakteristický výsek
33
konstrukce při použití odporů při přestupu tepla platných pro hodnocení
prostupu tepla.
Součinitel prostupu tepla lze také stanovit z dvourozměrného teplotního pole
pomocí vztahu:
b
LU
D2
(5.7)
kde Lj2D
je lineární tepelná propustnost ve W·m–1
·K–1
určená
pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro
charakteristický výsek konstrukce
b šířka charakteristického výseku geometrického
modelu konstrukce v m
Součinitel prostupu tepla z trojrozměrného teplotního pole se stanoví
pomocí vztahu:
A
LU
D3
(5.8)
kde Lj3D
je prostorová tepelná propustnost ve W·K–1
určená
pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro
charakteristický výsek konstrukce
A plocha charakteristického výseku geometrického
modelu konstrukce v m2
3. ze součinitele prostupu tepla ideálního výseku konstrukce stanoveného
pro skladbu mimo tepelné mosty postupem pro jednorozměrné šíření
tepla a z celkového zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem tepelných
mostů v konstrukci:
U = Uid + ∆Utbk (5.9)
kde Uid je součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce
ve W·m–2
·K–1
∆Utbk celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem
všech tepelných mostů v konstrukci ve W·m–2
·K–1
34
Celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem všech tepelných mostů
v konstrukci se vyjádří vztahem:
∆Utbk = ∑∆Utbk,j (5.10)
kde ∑∆Utbk,j je součet vlivů jednotlivých tepelných mostů
ve W·m–2
·K–1
4. kombinací výše uvedených metod s doplněním nezahrnutých tepelných
mostů.
Pro konstrukci, kterou lze charakterizovat nepravidelně opakujícími se
tepelnými mosty, se zvýšení vlivem každého tepelného mostu stanoví:
o pro lineární tepelné mosty v konstrukci:
A
lU
j
jjtbk , (5.11)
kde ψj je lineární činitel prostupu tepla j-tého lineárního
tepelného mostu ve W·m–1
·K–1
l délka j-tého lineárního tepelného mostu v celé
konstrukci v m
A plocha celé konstrukce v m2
o pro bodové tepelné mosty v konstrukci:
A
nU
j
jjtbk , (5.12)
kde χj je bodový činitel prostupu tepla j-tého bodového
tepelného mostu ve W·K–1
stanovený z j-tého výseku
konstrukce s pouze j-tým bodovým tepelným mostem
nj počet j-tých bodových tepelných mostů v celé
konstrukci
A plocha celé konstrukce v m2
35
Pro konstrukce se shodným zastoupením tepelných mostů obvykle platí, že
∆Utbk obvykle dosahuje hodnot u:
o konstrukcí téměř bez tepelných mostů 0,02 W·m–2
·K–1
o konstrukcí s mírnými tepelnými mosty 0,05 W·m–2
·K–1
o konstrukcí s běžnými tepelnými mosty 0,10 W·m–2
·K–1
o konstrukcí s výraznými tepelnými mosty 0,15 W·m–2
·K–1
Celkový součinitel prostupu tepla, který zpřesní součinitel prostupu tepla
zahrnutím korekce přímého působení venkovních atmosférických vlivů na
tepelné izolace, se určí ze vztahu:
Uc = Uid + ∑∆U (5.13)
kde Uid je součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce
ve W·m–2
·K–1
∑∆U korekce působení venkovních atmosférických vlivů
na tepelné izolace ve W·m–2
·K–1
, které nebyly
zahrnuty v součiniteli prostupu tepla, např. korekce
na vliv proudění vzduchu v tepelných izolacích ∆Ug
nebo korekce na vliv vody pronikající do tepelné
izolace ∆Ur dle ČSN EN ISO 6946
5.2 Výpočet součinitele prostupu tepla výplně otvoru
Návrhová hodnota součinitele prostupu tepla okna se výpočtově stanoví ze
vztahu:
fg
ggffgg
uw,
...
AA
lUAUAU
(5.14)
kde Ag je plocha viditelné části zasklení v m2
Ug součinitel prostupu tepla zasklení ve W·m–2
·K–1
Af plocha okenního rámu a rámu křídla v m2
Uf součinitel prostupu tepla rámu ve W·m–2
·K–1
ℓg délka viditelného obvodu zasklení v m
g lineární činitel prostupu tepla styku rámu/zasklení/
distančního rámečku izolačního skla ve W·m–1
·K–1
36
5.3 Hodnocení součinitele prostupu tepla
Konstrukce vytápěných budov musí mít dle ČSN 730540-2:2011+Z1:2012
v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60%
součinitel prostupu tepla U takový, aby splňoval podmínku:
NUU (5.15)
kde UN je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla
ve W·m–2
·K–1
Požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla se stanoví:
o pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou v intervalu
18 °C až 22 °C včetně a pro všechny návrhové venkovní teploty
podle tab. 5.3. Za budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou
v intervalu 18 °C až 22 °C včetně se považují všechny budovy
obytné, občanské s převážně dlouhodobým pobytem lidí (např.
budovy školské, administrativní, ubytovací, veřejně správní,
stravovací, většina zdravotnických) a jiné budovy, pokud
převažující návrhová vnitřní teplota je v uvedeném intervalu
o pro ostatní budovy ze vztahu:
120, eUU NN (5.16)
kde UN,20 je součinitel prostupu tepla z tab. 5.3 ve W·m–2
·K–1
e1 součinitel typu budovy
Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:
4
161
im
e
(5.17)
kde θimje převažující návrhová vnitřní teplota ve °
U budov s rozdílně vytápěnými zónami se požadavky stanovují pro každou
vytápěnou zónu samostatně podle převažující návrhové vnitřní teploty
vytápěné zóny. Pro hodnocení součinitele prostupu tepla se sousední vytápěné
byty považují za prostory s rozdílem teplot do 5 °C. Sousední nevyužívané
byty a neužívané provozovny se považují za prostory nevytápěné.
37
Tab.5.2Hodnoty součinitele typu budovy dle ČSN 730540-2:2011
Převažující
návrhová
vnitřní teplota
15 16 17 18 až
22 23 24 25 26 27
Součinitel typu
budovy 1,45 1,33 1,23 1,00 0,84 0,80 0,76 0,73 0,70
Platné znění normy uvádí tři úrovně součinitelů prostupu tepla:
o požadované hodnoty, které musí splnit všechny výplně otvorů
osazované do otvorů v budově;
o doporučené hodnoty, které lze použít pro orientační návrh obálky
nízko energetické budovy.
o doporučené hodnoty pro pasivní budovy, které se použijí pro nové
stavby a změny staveb s cílem dosáhnout kvality pasivní budovy.
Nízké hodnoty jsou vhodné pro menší budovy, větší hodnoty z intervalu lze
použít pro větší a kompaktnější budovy. Oproti předchozí verzi normy z roku
2007 byla tabulka rozšířena právě o doporučené hodnoty pro pasivní budovy.
Pro konstrukce vytápěných nebo klimatizovaných budov s relativní vlhkostí
vnitřního vzduchu i > 60 % se požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla
UN stanoví jako nižší z hodnot jak podle 5.16, tak z podmínky pro zvýšenou
vlhkost prostředí:
eaisi
aiN,
6,0
R
U (5.18)
kde ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C
e návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období
podle ČSN 73 0540-3ve °C, přičemž u konstrukcí
přilehlých k jinému prostředí než je venkovní vzduch se
použije např. návrhová teplota zeminy gr u konstrukcí
přilehlých k terénu, teplota vnitřního vzduchu ai na
odvrácené straně vnitřních konstrukcí
teplota rosného bodu ve °C
Nelze-li výše uvedenou podmínku splnit, pak se při dodržení požadované
hodnoty součinitele prostupu tepla UN zároveň požaduje zajištění bezchybné
funkce konstrukce při povrchové kondenzaci a vyloučení nepříznivého
38
působení kondenzátu na navazující konstrukce, popř. zajištěním odvodu
kondenzátu.
Podlaha přilehlá k zemině splní požadavek na součinitel prostupu tepla i
tehdy, je-li ve vzdálenosti do 2 m od obvodu budovy splněna podmínka 5.16 a
současně splněna podmínka:
)5( imNT UA (5.19)
kde ΦT je tepelná ztráta prostupem tepla podlahou ve W
UN požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla
ve W·m–2
·K–1
θim převažující návrhová vnitřní teplota ve °C
A plocha stanovená z vnějších rozměrů v m2
Tepelná ztráta prostupem tepla podlahou se stanoví při použití vztahu:
)( eimgT H (5.20)
kde Hg je ustálený měrný tepelný tok prostupem tepla podlahou
přilehlou k zemině dle ČSN EN ISO 13370 včetně
vlivu zeminy a okrajových tepelných izolací
stanovený pro vnější rozměry podlahy ve W·m–1
θe návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C
Tab. 5.3 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN pro budovy
s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 °C až 22 °C dle ČSN 73 0540-2:2011
Popis konstrukce Součinitel prostupu tepla [W·m-2
K-1
]
Požadované hodnoty
UN,20
Doporučené hodnoty
Urec,20
Doporučené hodnoty pro
pasivní
budovy
Upas,20
Stěna vnější 0,30 1)
těžká: 0,25
0,18 až 0,12 lehká: 0,20
Střecha strmá se sklonem nad 45° 0,30 0,20 0,18 až 0,12
Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45°včetně 0,24 0,16 0,15 až 0,10
Strop s podlahou nad venkovním prostorem 0,24 0,16 0,15 až 0,10
39
Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace)
0,30 0,20 0,15 až 0,10
Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace) 0,30 1)
těžká: 0,25
0,18 až 0,12 lehká: 0,20
Podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině 0,45 0,30 0,22 až 0,15
Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru 0,60 0,40 0,30 až 0,20
Strop a stěna vnitřní z vytápěného k temperovanému prostoru
0,75 0,50 0,38 až 0,25
Strop a stěna vnější z temperovaného prostoru k venkovnímu prostředí
0,75 0,50 0,38 až 0,25
Podlaha a stěna částečně vytáp. prostoru přilehlá k zemině 0,85 0,60 0,45 až 0,30
Stěna mezi sousedními budovami 1,05 0,70 0,5
Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně 1,05 0,70
Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně 1,30 0,90
Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně 2,2 1,45
Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně 2,7 1,80
Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí, kromě dveří
1,5 1,2 0,8 až 0,6
Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí
1,4 1,1 0,9
Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu)
1,7 1,2 0,9
Výplň otvoru vedoucí z vytápěného do temperovaného prostoru
3,5 2,3 1,7
Výplň otvoru vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí
3,5 2,3 1,7
Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45° vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí
2,6 1,7 1,4
Kovový rám výplně otvoru - 1,8 1,0
Nekovový rám výplně otvoru - 1,3 0,9 až 0,7
Rám lehkého obvodového pláště - 1,8 1,2
Lehký obvodový plášť (LOP) hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru
fw = Aw / A v m2/m
2
kde A je celková plocha lehkého
obvodového pláště v m2
Aw plocha průsvitné výplně otvoru
včetně příslušných částí rámu
v m2
Rámy LOP by přitom měly mít Uf ≤ 2,0
fw≤0,5 0,3+1,4·fw
0,2+ fw 0,15+ 0,85·fw
fw>0,5 0,7+1,4·fw
40
PŘÍKLAD 2
Pro výpočet byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o stávající
konstrukci pod půdním prostorem. Při výpočtu bylo třeba přepočítat vlastnosti
vzduchové mezery, která obsahuje systematické tepelné mosty – dřevěné
stropní trámy. Při výpočtu bylo uvažováno s jednorozměrným šířením tepla.
Výstup z programu Teplo 2011:
Typ hodnocené konstrukce : Strop, střecha - tepelný tok zdola Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m
2K
Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo Název D[m] L[W/mK] C[J/kgK] Ro[kg/m
3] Mi[-] Ma[kg/m
2]
1 Omítka vápenná 0,0250 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Dřevo měkké (t 0,0200 0,1800 2510,0 400,0 157,0 0.0000 3 Uzavřená vzduc 0,2100 1,0470* 1280,0 73,0 0,0 0.0000 4 Dřevo měkké (t 0,0250 0,1800 2510,0 400,0 157,0 0.0000 5 Jíl a jemný pí 0,0400 1,5000 2000,0 1500,0 50,0 0.0000 6 Půdovka 0,0400 0,8600 900,0 1800,0 9,0 0.0000
* ekvival. tep. vodivost s vlivem tepelných mostů, stanovena interním výpočtem Číslo Kompletní název vrstvy Interní výpočet tep. vodivosti
1 Omítka vápenná --- 2 Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům) --- 3 Uzavřená vzduch. dutina tl. 210 mm vliv běžných tep. mostů dle EN ISO 6946 4 Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům) --- 5 Jíl a jemný písek --- 6 Půdovka --- Okrajové podmínky výpočtu :
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : 0.10 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : 0.25 m2K/W
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : 0.04 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : 0.04 m2K/W
Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 21.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %
VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011)
I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)
Požadavek: f,Rsi,N = f,Rsi,cr = 0,749 Vypočtená průměrná hodnota: f,Rsi,m = 0,700
Kritický teplotní faktor f,Rsi,cr byl stanoven pro maximální přípustnou vlhkost na vnitřním povrchu 80% (kritérium vyloučení vzniku plísní).
f,Rsi,m < f,Rsi,N ... POŽADAVEK NENÍ SPLNĚN.
Pozn.: Povrchové teploty a teplotní faktory v místě tepelných mostů ve skladbě je nutné stanovit řešením teplotního pole.
II. Požadavek na součinitel prostupu tepla (čl. 5.2 v ČSN 730540-2)
Požadavek: U,N = 0,24 W/m2K
Vypočtená hodnota: U = 1,46 W/m2K
U > U,N ... POŽADAVEK NENÍ SPLNĚN.
41
PŘÍKLAD 3
Na tomto místě uvádíme příklad výpočtu součinitele prostupu tepla
z trojrozměrného teplotního pole. Jedná se o detail skládaného lehkého
obvodového pláště. Rozměry a materiálová skladba posuzovaného detailu byly
převzaty z projektové dokumentace. Modelováno bylo trojrozměrné teplotní
pole detailu ukotvení vnějšího obvodového pláště pomocí kotvy MACFOX
z hliníkové slitiny. Kotva MACFOX byla uvažována v tl. 3 mm
ve zjednodušené geometrii bez ztužujících prvků. Větraná vzduchová mezera a
vnější obkladové prvky nebyly ve výpočtu uvažovány. Z tohoto důvodu bylo
uvažováno s parametry vnějšího prostředí na vnějším líci tepelné izolace a
nosného úhelníku.
Modelování trojrozměrného teplotního pole řešeného detailu bylo
prováděno v prostředí Cube3D 2007.
Obr.5.1Hmotové znázornění řešeného detailu (archiv autora)
Zadané okrajové podmínky a jejich rozmístění : číslo 1.uzel 2.uzel Teplota [C] Rs [m
2K/W] p [kPa] h,p [10^9 s/m]
1 1 48 21.00 0.25 1.37 10.00 2 433 480 -13.00 0.04 0.17 20.00 NEJNIŽŠÍ POVRCHOVÉ TEPLOTY A HUSTOTY TEPELNÉHO TOKU: Prostředí T [C] Rs [m2K/W] R.H. [%] Ts,min [C] Tep.tok Q [W] Propust. L [W/K] 1 21.0 0.25 55 13.13 10.927 0.321 2 -13.0 0.04 84 -12.80 -10.929 0.321 Vysvětlivky: T zadaná teplota v daném prostředí [C] Rs zadaný odpor při přestupu tepla v daném prostředí [m2K/W] R.H. zadaná relativní vlhkost v daném prostředí [%] Ts,min minimální povrchová teplota v daném prostředí [C] Tep.tok Q hustota tepelného toku z daného prostředí [W] (hodnota je vztažena na celý 3D tepelný most, přičemž ztráta je kladná a zisk je záporný)
42
Obr.5.2Rozložení teplotního pole v detailu (archiv autora)
Obr.5.3Rozložení teplotního pole v detailu (archiv autora)
Výpočet součinitele prostupu tepla z trojrozměrného teplotního pole:
L3D
= 0,321 W·K-1
výstup z programu Cube3D 2007
A = 1,08 x 1,08 = 1,17 m2 plocha modelovaného detailu
U = 0,321 / 1,17 = 0,27 W·m-2
·K-1
Vypočítaná hodnota součinitele prostupu tepla U = 0,27 W·m2·K
-1 je nižší
než požadovaná hodnota U = 0,30 W·m2·K
-1 a vyhovuje normovému
požadavku.
43
6 LINEÁRNÍ ČINITEL PROSTUPU TEPLA
Lineární činitel prostupu tepla je přídavným tepelným tokem
charakterizujícím vliv lineárního tepelného mostu na lineární tepelnou
propustnost.
Protože se ve stavebních objektech objevuje velké množství tepelných
vazeb, jsou zpravidla tepelné vazby vyjadřovány přirážkou ΔU. Tato přirážka
de facto vyjadřuje, o kolik navýšíme celkové tepelné ztráty vzniklé prostupem.
Z popisu je zřejmé, že toto řešení znamená pro projektanty značné
zjednodušení, protože není nutné jednotlivé tepelné vazby přesně vyčíslovat.
U objektů, kde jsou tepelné ztráty prostupem velké (a nejedná se tedy
o nízkoenergetické stavby), je toto řešení velmi častým zjednodušením a
nevnáší do výpočtu velké odchylky.
U objektů nízkoenergetických, potažmo pasivních, však již velmi záleží na
přesném stanovení vlivu každého potenciálního tepelného mostu, resp. tepelné
vazby. Zde se bez lineárního činitele prostupu tepla neobejdeme. Vyhodnocení
lineárního činitele je popsáno v ČSN 73 0540-2:2011+ Z1:2012.
6.1 Výpočet lineárního činitele prostupu tepla
Hodnota lineárního činitele prostupu tepla se stanoví dle ČSN EN ISO
14683 ze vztahu:
jid
D
jj bUL 2 (6.1)
kde Lj2D
je lineární tepelná propustnost ve W·m–1
·K–1
určená
pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole
pro j-tý výsek konstrukce s pouze j-tým lineárním
tepelným mostem
Uid součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce
ve W·m–2
·K–1
pro skladbu konstrukce mimo tepelný
most
bj šířka j-tého výseku geometrického modelu
konstrukce v m s pouze j-tým lineárním tepelným
mostem
Normou stanovené požadavky na hodnoty lineárního a bodového činitele
prostupu tepla zachycuje tabulka tab. 6.1. Toto jsou maximální hodnoty,
kterých můžeme při návrhu daného detailu dosáhnout. V některých případech
44
se hodnocení těchto kritických míst zanedbává. Nicméně tento přístup může
vést k pozdějším poruchám konstrukcí a zvýšenému úniku tepla z objektů.
6.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla
Lineární i bodový činitel prostupu tepla ψ tepelných vazeb mezi
konstrukcemi musí splňovat podmínku:
ψ ≤ ψN
kde ψN je požadovaná hodnota lineárního činitele prostupu
tepla ve W·m-1
·K-1
dle Tab.6.1
Tab. 6.1 Požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla
tepelných vazeb mezi konstrukcemi
Typ lineární tepelné vazby
Lineární činitel prostupu tepla[W·m–1
·K–1
]
Požadované hodnoty
Doporučené
hodnoty
Doporučené hodnoty pro
pasivní budovy
Vnější stěna navazující na další konstrukci s výjimkou výplně otvoru, např. základ, strop nad nevytápěným prostorem, jinou vnější stěnou, střechu, lodžii či balkon, markýzu či arkýř, vnitřní stěnu a strop (při vnitřní izolaci), aj.
0,20 0,10 0,05
Vnější stěna navazující na výplň otvoru, např. na okno, dveře, vrata a část prosklené stěny v parapetu, bočním ostění a v nadpraží
0,10 0,03 0,01
Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík, poklop výlezu
0,30 0,10 0,02
Pokud je návrhem i provedením zaručeno, že působení tepelných vazeb
mezi konstrukcemi je menší než 5 % nejnižšího součinitele prostupu tepla
navazujících konstrukcí, nemusí se splnění požadované normové hodnoty
lineárního činitele prostupu tepla hodnotit.
Obecně lze říci, že situace, kdy souhrnné působení tepelných vazeb je menší
než 5 %, obvykle nastává, když je obálka objektu opatřena souvislou tepelně
izolační vrstvou, která není lokálně oslabována a není narušována
procházejícími prvky s vyšší tepelnou vodivostí. V této souvislosti se hovoří
o tzv. hlavní tepelně izolační vrstvě, což je vrstva s nejvyšším tepelným
odporem ve stavební konstrukci.
45
PŘÍKLAD 4
Jedná se o detail styku stěnové a stropní konstrukce. Aby bylo možné
vyjádřit vliv liniového tepelného mostu je nutné od celkové tepelné
propustnosti odečíst zbylou konstrukci, jejíž parametry a tedy i součinitel
prostupu tepla známe. V případě, že jsme pro výpočet teplosměnné plochy
objektu použili nezmenšenou plochu konstrukce na její hranici, pro výpočet
lineárního činitele prostupu tepla použijeme odečet celé délky konstrukce b.
V případě, že jsme problematická místa v ploše neuvažovali, je nutné vyjádřit
celkový vliv detailu tím, že od tepelné propustnosti odečteme pouze segmenty
bx a bz, viz obr. 6.1.
Obr.6.1Schéma řešeného detailu (archiv autora)
L2D
= 0,816 W·m-1
·K-1
celková tepelná propustnost (výstup
z programu AREA 2011)
U=0,281 W·m-2
·K-1
součinitel prostupu tepla hodnocené konstrukce
Pro vyjádření zhoršení vlivem napojení konstrukce použijeme b=2,25m.
Po dosazení do vztahu (6.1) dostaneme:
Ψ=0,816-0,281.2,25 = 0,184 W·m-1
·K-1
V tomto případě je lineární činitel kladný. To znamená, že vliv tohoto
detailu nám energetickou náročnost objektu zvyšuje a je vhodné provést jeho
úpravu. V případě, že by hodnocení detailu a jeho lineárního činitele vyšlo
46
záporné, znamená to, že je konstrukce v tomto místě navržena lépe než
obvodový plášť v ideálním výseku konstrukce.
Obr.6.2Rozložení teplot v řešeném detailu (archiv autora)
Obr.6.3Směr tepelných toků v řešeném detailu (archiv autora)
47
7 BODOVÝ ČINITEL PROSTUPU TEPLA
Bodový činitel prostupu tepla je přídavným tepelným tokem
charakterizujícím vliv bodového tepelného mostu na plošnou tepelnou
propustnost.
7.1 Výpočet bodového činitele prostupu tepla
Bodový činitel prostupu tepla se stanoví dle ČSN EN ISO 14683 ze vztahu:
jid
D
jj AUL 3 (5.14)
kde Lj3D
je prostorová tepelná propustnost ve W·K–1
určená
pomocí výpočtu trojrozměrného teplotního pole
pro j-tý výsek konstrukce s pouze j-tým bodovým
tepelným mostem
Uid součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce
ve W·m–2
·K–1
pro skladbu konstrukce mimo tepelný
most
Aj plocha j-tého výseku geometrického modelu
konstrukce v m2 s pouze j-tým bodovým mostem
7.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla
Lineární i bodový činitel prostupu tepla ψ tepelných vazeb mezi
konstrukcemi musí splňovat podmínku:
χ ≤ χN
kde χN je požadovaná hodnota bodového činitele prostupu
tepla ve W·K-1
dle Tab.6.2
Tab. 6.2 Požadované a doporučené hodnoty bodového činitele prostupu tepla tepelných
vazeb mezi konstrukcemi
Typ bodové tepelné vazby
Bodový činitel prostupu tepla [W·K–1
]
Požadované hodnoty
Doporučené
hodnoty
Doporučené hodnoty pro
pasivní budovy
Průnik tyčové konstrukce (sloupy, nosníky, konzoly, apod.) vnější stěnou, podhledem nebo střechou
0,4 0,1 0,02
48
Poznámky
49
8 POKLES DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHY
Poklesem dotykové teploty se hodnotí množství odnímaného tepla při
dotyku mírně chráněného lidského těla s podlahou. Stanovení poklesu
dotykové teploty je nezbytné pro návrh a ověření nášlapných vrstev podlah
z hlediska působení jejich tepelné jímavosti. Pokles dotykové teploty se
stanoví jako výsledek neustáleného šíření tepla při zimních návrhových
okrajových podmínkách dle ČSN 73 0540-3:2005. Pro podlahové vytápění se
uvažuje návrhová venkovní teplota 13 °C, pokud není začátek a konec
vytápění při nižší venkovní teplotě.
8.1 Výpočet poklesu dotykové teploty podlahy
Pro výpočet poklesu dotykové teploty je nezbytný výpočet tepelné jímavosti
podlahy. Pokles dotykové teploty podlahy se vypočítá ze vztahu:
B
Bsim
1117
.3310
(8.1)
kde Δθ10 je pokles dotykové teploty ve °C
B tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5
·m2·K
-1
θsim průměrná vnitřní povrchová teplota podlahy ve °C
Tepelná jímavost podlahy charakterizuje ochlazovací účinek podlahy na
lidský organismus. Tepelnou jímavost podlahy určíme ze vztahu:
B = B1 (8.2)
kde B je tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5
·m2·K
-1
B1 tepelná jímavost horního povrchu nejvýše položené
vrstvy podlahy ve W·s0,5
Tepelná jímavost horního povrchu nejvýše položené vrstvy podlahy se
spočítá podle vztahu:
B1 = Bmat,1. (1 + K1) (8.3)
kde Bmat,1 je tepelná jímavost materiálu nejvýše položené vrstvy
podlahy ve W·s0,5
·m2·K
-1
50
K1 součinitel určující zvýšení (snížení) tepelné jímavosti
horního povrchu nejvýše položené vrstvy oproti
tepelné jímavosti materiálu této vrstvy zohledňující
tepelné jímavosti níže položených vrstev
Tepelná jímavost materiálu nejvýše položené vrstvy podlahy se určí ze
vztahu:
1111, .. cBmat (8.4)
kde cje měrná tepelná kapacita v J·kg-1
·K-1
ρ objemová hmotnost v kg·m-3
λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1
·K-1
Nejnižší vrstvou, od které se začíná výpočet tepelné jímavosti podlahy,
je nosná vrstva stropu, popř. u podlah na terénu vrstva nad hydroizolací.
Nejvyšší vrstvou je nášlapná vrstva podlahové konstrukce.
Tepelná jímavost horního povrchu j-té vrstvy podlahy se spočítá podle
vztahu:
Bj = Bmat,j. (1 + Kj) (8.5)
kde Bmat,j je tepelná jímavost materiálu j-té vrstvy podlahy
ve W·s0,5
·m2·K
-1
Kj součinitel určující zvýšení (snížení) tepelné jímavosti
horního povrchu vrstvy oproti tepelné jímavosti
materiálu této vrstvy zohledňující tepelné jímavosti
níže položených vrstev
Tepelná jímavost materiálu j-té vrstvy podlahy se určí ze vztahu:
jjjjmat cB .., (8.6)
kde cj je měrná tepelná kapacita vrstvyv J·kg-1
·K-1
ρj objemová hmotnost vrstvy v kg·m-3
λj součinitel tepelné vodivosti vrstvy ve W·m-1
·K-1
51
Pro nejnižší vrstvu se uvažuje Kj = 0, tzn., že:
Bj = Bmat,j (8.7)
Hodnota součinitele Kj se pro j-tou vrstvu podlahy stanoví buď odečtením
z nomogramu v ČSN 730540-4:2005 nebo následujícím výpočtem:
j
n
j
jyn
hK
.exp2
2 (8.8)
Kde dílčí součinitelé se spočítají:
3,2,1;
.600
..;;
1
1 2
,
1n
cdy
B
Bx
x
xh
j
jjj
j
jmat
j
j
j
j
j
(8.9)
Výpočet se ukončí při splnění následující podmínky:
001000,0
.exp 2
j
n
j
yn
hABS (8.10)
8.2 Hodnocení poklesu dotykové teploty podlahy
Pro zatřídění do odpovídající kategorie musí být splněna podmínka poklesu
dotykové teploty podlahy Δθ10,N ve °C:
Δθ10 ≤ Δθ10,N (8.11)
kde Δθ10,N je požadovaná hodnota poklesu dotykové teploty
podlahy, ve °C, která se stanoví z tab. 8.1
Tab. 8.1 Kategorie podlah z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy 10,N
Kategorie podlahy Pokles dotykové teploty podlahy 10,N [°C]
I. Velmi teplé do 3,8 včetně
II. Teplé do 5,5 včetně
III. Méně teplé do 6,9 včetně
IV. Studené od 6,9
52
Podlahy se zatřiďují z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy Δθ10,N do
kategorií podle tab. 8.1 Tento požadavek se nemusí ověřovat u podlah s trvalou
nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny a u podlah s povrchovou
teplotou trvale vyšší než 26 °C. Tyto podlahy jsou automaticky zařazeny do
kategorie I.
Tab.8.2 Kategorie podlah – požadované a doporučené hodnoty
Druh budovy Účel místnosti
Kategorie podlahy
Požadovaná Doporučená
Obytná budova
dětský pokoj, ložnice I.
obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji,
kuchyň
II. I.
koupelna, WC III. II.
předsíň před vstupem do bytu IV. III.
Občanská
budova
učebna, kabinet II.
tělocvična II.
dětská místnost jeslí a školky I.
operační sál, předsálí, ordinace, přípravna,
vyšetřovna, služební místnost II.
chodba a předsíň nemocnice III. II.
pokoj dospělých nemocných II. I.
pokoj nemocných dětí I.
pokoj intenzivní péče II. I.
kancelář II.
hotelový pokoj II.
pokoj v ubytovně III. II.
sál kina, divadla II.
místa pro hosty v restauraci III. II.
prodejna potravin III.
Výrobní budova
trvalé pracovní místo při sedavé práci II.
trvalé pracovní místo bez podlážky nebo teplé obuvi III. II.
sklad se stálou obsluhou IV. III.
Pro místnosti, jejichž účel není ve výše uvedené tabulce uveden, se použijí
kategorie pro podobný účel místnosti.
53
PŘÍKLAD 5
Pro výpočet byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o vlýskovou
podlahu položenou na anhydridové mazanině. Stropní konstrukce je umístěna
mezi vytápěnými prostory. Podlaha je navržena v obývacím pokoji, kde je
požadována kategorie podlahy II (pokles dotykové teploty do 5,5 °C).
Výstup z programu Teplo 2011: Typ hodnocené konstrukce : Podlaha - výpočet poklesu dotykové teploty Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m
2K
Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo Název D[m] L[W/mK] C[J/kgK] Ro[kg/m
3] Mi[-] Ma[kg/m
2]
1 Vlysy 0,0250 0,1800 2510,0 600,0 157,0 0.0000 2 Anhydritová sm 0,0400 1,2000 840,0 2100,0 20,0 0.0000 3 PE folie 0,0001 0,3500 1470,0 900,0 1440,0 0.0000 4 Isover N 0,0400 0,0370 800,0 100,0 1,0 0.0000 5 Železobeton 3 0,2000 1,7400 1020,0 2500,0 32,0 0.0000 6 Omítka vápenoc 0,0150 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 Návrhová venkovní teplota Te : 20.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 20.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 50.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %
TISK VÝSLEDKŮ VYŠETŘOVÁNÍ : Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946:
Tepelný odpor konstrukce R : 1.33 m2K/W
Součinitel prostupu tepla konstrukce U : 0.600 W/m2K
Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 20.00 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p : 1.000 Pokles dotykové teploty podlahy dle ČSN 730540:
Tepelná jímavost podlahové konstrukce B : 520.73 Ws/m2K
Pokles dotykové teploty podlahy DeltaT : 4.13 C
VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011) I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)
Teplota na venkovní straně konstrukce je vyšší nebo rovna teplotě vnitřního vzduchu. Požadavek na teplotní faktor není pro tyto podmínky definován a jeho splnění se proto neověřuje. V případě potřeby lze provést ručně srovnání vypočtené povrchové teploty s kritickou povrchovou teplotou podle ČSN 730540-2 (2005).
II. Požadavek na součinitel prostupu tepla (čl. 5.2 v ČSN 730540-2)
Požadavek: U,N = 2,20 W/m2K
Vypočtená hodnota: U = 0,60 W/m2K
U < U,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Vypočtený součinitel prostupu tepla musí zahrnovat vliv systematických tepelných mostů (např. krokví v zateplené šikmé střeše).
III. Požadavek na pokles dotykové teploty (čl. 5.5 v ČSN 730540-2)
Požadavek: teplá podlaha - dT10,N = 5,5 C Vypočtená hodnota: dT10 = 4,13 C dT10 <dT10,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.
54
9 ŠÍŘENÍ VLHKOSTI STAVEBNÍ KONSTRUKCÍ
Stavební konstrukce jsou často situovány mezi dvěma prostředími
s rozdílnými hodnotami teploty a relativní vlhkosti vzduchu. Vzduch,
obklopující stavební konstrukci není zcela suchý, ale vždy obsahuje určité
množství vodní páry. Z hlediska stavební tepelné techniky proto považujeme
vzduch za směs suchého vzduchu a vodní páry.
Stanovení částečného tlaku vodní páry uvnitř konstrukce je potřebné při
zjišťování kondenzace vodní páry v konstrukci. U konstrukcí s větranou
vzduchovou mezerou se zjišťují podmínky kondenzace vodní páry v dolním
plášti na počátku a v horním plášti na konci větrané vzduchové mezery.
9.1 Průběh částečného tlaku vodní páry v konstrukci
V prvé řadě je třeba vypočítat difúzní odpor jednotlivých vrstev konstrukce
a odpor konstrukce při prostupu vodní páry. Pro konstrukce, ve kterých lze
uvažovat jednorozměrné šíření vlhkosti, se difúzní odpor jednovrstvé
konstrukce stanoví:
Zpj = dj / δj (9.1)
kde Zpj je difuzní odpor j-té vrstvy konstrukce v m·s-1
δj součinitel difúzní vodivosti materiálu v s
dj tloušťka příslušné vrstvy materiálu v m
Difúzní odpor vícevrstvé konstrukce při uvažování jednorozměrného šíření
difuze vodní páry se spočítá:
Zp =∑ Zpj (9.2)
kde Zpj je difuzní odpor j-té vrstvy konstrukce v m·s-1
Odpor konstrukce při prostupu vodní páry představuje celkový difúzní
odpor bránící difúzi vodní páry mezi prostředími o difúzním odporu Zp a
odporu při přestupu vodní páry mezními vrstvami vzduchu přiléhající
bezprostředně k vnější, resp. vnitřní straně konstrukce
ZpT = Zpi + Zp + Zpe (9.3)
kde ZpT je odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1
55
Zp difuzní odpor konstrukce v m·s-1
Zpi odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně
konstrukce v m·s-1
Zpe odpor při přestupu vodní páry na vnější straně
konstrukce v m·s-1
Hodnoty Zpi a Zpe jsou oproti difuznímu odporu konstrukce velmi malé,
proto se v dalších výpočtech obvykle zanedbávají.
Dále budeme pro určení oblasti kondenzace potřebovat stanovit částečné
tlaky vodních par ve hmotných vrstvách konstrukce:
)( ei
pT
pxpi
ix ppZ
ZZpp
(9.4)
kde pi je částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnitřní straně
konstrukce v Pa
pe částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnější straně
konstrukce v Pa
ZpT odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1
Zpx difuzní odpor části konstrukce od jejího vnitřního
povrchu k místu x v m·s-1
Částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu se spočítá ze vztahu:
100
,isati
i
pp
(9.5)
kde pi je částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa
psat,i částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který
odpovídá teplotě vnitřního vzduchu θai
φi relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %
Částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu se spočítá ze vztahu:
100
,esate
e
pp
(9.6)
56
kde pe je částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa
psat,e částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který
odpovídá teplotě venkovního vzduchu θe
φe relativní vlhkost venkovního vzduchu v %
Nyní můžeme graficky znázornit průběh částečného tlaku vodní páry
v konstrukci podle následujícího postupu:
o na vodorovnou osu x vyneseme jednotlivé vrstvy konstrukce
v měřítku difúzních odporů
o na svislou osu y vyneseme částečné tlaky vodní páry pi a pe
o hodnoty pi a pe spojíme přímkou
Obr.9.1 Grafické znázornění tlaku částečného tlaku vodní páry v konstrukci
9.2 Stanovení výskytu a oblasti kondenzace vodní páry uvnitř
konstrukce graficko-početní metodou
Výsledkem stanovení výskytu a oblasti kondenzace mohou být případy
graficky znázorněné na obr. 9.2:
o v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry (případ A) za
podmínky, že pro každé místo v konstrukci platí:
psat,x >px (9.7)
57
o v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v kondenzační
rovině (případ B) za podmínky, že pro určité místo v konstrukci
(většinou rozhraní vrstev) platí:
psat,x =px (9.8)
o v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v kondenzační
oblasti (případ C) za podmínky, že pro určitou část konstrukce
platí:
psat,x <px (9.9)
kde psat,x je částečný tlak nasycené vodní páry v Pa
v místě x
px částečný tlak vodní páry v Pa v místě x
Obr.9.2 Grafické znázornění částečných tlaků vodní páry v konstrukci
Pro stanovení oblasti použijeme na základě výše uvedených dílčích
následující postup:
1. Stanovíme tepelný odpor konstrukce v m2·K·W
–1 jako součet
tepelných odporů vrstev konstrukce:
dR (9.10)
2. Vypočítáme odpor konstrukce při prostupu tepla RT v m2·K·W
–1 :
RT = Rsi + R + Rse (9.11)
3. Spočítáme součinitel prostupu tepla celé konstrukce U ve W·m-2
·K-1
:
58
TR
U1
(9.12)
4. Určíme průběh teplot ve °C v konstrukci ve vzdálenosti x od vnitřního
povrchu podle vztahu:
x = ai – U (Rsi + Rx) . (ai – e) (9.13)
kde θxje teplota v místě x ve °C
θai návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C
θe teplota venkovního vzduchu v zimním období ve °C
Rx tepelný odpor části konstrukce od jejího vnitřního
povrchu k místu x v m2·K·W
–1
5. Vypočteme odpor konstrukce v m·s-1
při prostupu vodní páry jako
součet difuzních odporů jednotlivých vrstev konstrukce, při čemž
odpory při přestupu vodní páry na vnitřní a vnější konstrukce lze
zanedbat
ZpT = Zpi + Zp + Zpe (9.14)
6. Podle vypočítaných teplot nejlépe na rozhraní vrstev a v ¼ vrstev
konstrukce stanovíme průběh částečného tlaku vodní páry px a
nasycené vodní páry psat,x :
o hodnoty částečných tlaků nasycené vodní páry psat zjistíme
v ČSN 73 0240-3:2005 vtabulceK.2
o dále vypočteme částečný tlak vodní páry ve vnitřním a venkovním
vzduchu:
%100
%100
,
,
eesat
e
iisat
i
pp
pp
(9.15)
7. Provedeme grafické řešení určení oblasti kondenzace:
o na osu x vyneseme hodnoty příslušných difuzních odporů;
o na osu y vyneseme příslušné hodnoty pi a pe a spojíme úsečkou;
o na osu y vyneseme příslušné hodnoty psat na rozhraní vrstev a ve
¼ vrstev konstrukce a jednotlivé body spojíme;
59
o vedeme tečny z bodů pi a pe ke křivce průběhů částečných tlaků
nasycené vodní páry;
o body dotyku A a B vymezují oblast kondenzace, přičemž pokud A
= B, jedná se o kondenzační rovinu
Obr.9.3 Grafické znázornění stanovení oblasti kondenzace v konstrukci
9.3 Zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry uvnitř
konstrukce
Roční bilance zkondenzované a vypařitelné vodní páry se stanoví buď
výpočtem po měsících dle ČSN EN ISO 13788 nebo jako rozdíl ročního
množství zkondenzované vodní páry Mc,a a ročního množství vypařitelné vodní
páry Mev,a podle postupu uvedeného v ČSN 73 0540:4:2005.
Dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní páry se stanoví přibližně
ze vztahu:
Maj = (gAj – gBj) . tej (9.16)
60
kde Maj je dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní
páry v kg·m2
gAj hustota difuzního toku vodní páry, která proudí
konstrukcí od vnitřního povrchu k hranici A oblasti
kondenzace v kg·m2·s
gBj hustota difuzního toku vodní páry, která proudí
konstrukcí od hranice B oblasti kondenzace
k vnějšímu povrchu v kg·m2·s
tej celková doba trvání teploty venkovního vzduchu θe,j
pro j-tou vrstvu podle teplotní oblasti v zimním
období
Přesněji lze množství zkondenzované (vypařitelné) vodní páry stanovit pro
nezastíněné ploché střechy ze vztahu:
Maj = Maz,j+Maj,j (9.17)
kde Maz,j je dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní
páry pro zataženou oblohu pro dobu trvání zatažené
oblohy při teplotě venkovního vzduchu při zatažené
obloze v kg·m2 (podrobně viz ČSN 73 0540-4:2005)
Maj,j dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní
páry pro jasnou oblohu pro dobu trvání jasné oblohy
při teplotě venkovního vzduchu při jasné obloze v
kg·m2 (podrobně viz ČSN 73 0540-4:2005)
Kladná hodnota Ma představuje situaci, kdy dochází ke kondenzaci vodní
páry, a záporná hodnota Ma představuje situaci, kdy dochází k vypařování
vodní páry. Hustota difuzního toku vodní páry, která proudí konstrukcí od
vnitřního povrchu k hranici A oblasti kondenzace gA se spočítá:
pA
Asati
AZ
ppg
, (9.18)
kde pi je částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa
psat,A částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici
oblasti kondenzace A
ZpA difuzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce
k hranici A oblasti kondenzace v m·s-1
61
Hustota difuzního toku vodní páry, která proudí konstrukcí od hranice B
oblasti kondenzace k vnějšímu povrchu, se určí ze vztahu:
pB
eBsat
BZ
ppg
,
(9.19)
kde peje částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa
psat,B částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici
oblasti kondenzace B
ZpB difuzní odpor od hranice B oblasti kondenzace
k vnějšímu povrchu konstrukce v m·s-1
9.4 Hodnocení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce
Pro stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř
konstrukce Mc v kg·m-2
·a-1
mohla ohrozit její požadovanou funkci, nesmí dojít
ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce a platí:
Mc= 0 (9.20)
Pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry uvnitř neohrozí její
požadovanou funkci, se požaduje omezení ročního množství zkondenzované
vodní páry uvnitř konstrukce Mc v kg·m-2
·a-1
tak, aby splňovalo podmínku:
Mc ≤ Mc, N (9.21)
kde Mc je roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř
konstrukce v kg·m-2
·a-1
Mc,N přípustné množství zkondenzované vodní páry uvnitř
konstrukce v kg·m-2
·a-1
dle ČSN 73 05402:2011
Pro jednoplášťovou střechu, konstrukci se zabudovanými dřevěnými prvky,
konstrukci s vnějším tepelně izolačním systémem nebo vnějším obkladem,
popř. jinou obvodovou konstrukci s difúzně málo propustnými vnějšími
povrchovými vrstvami, je nižší z hodnot:
o Mc,N = 0,10 kg·m-2
·a-1
o 3 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci
vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg·m-3
62
o 6 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci
vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost ρ ≤ 100 kg.m-3
pro ostatní stavební konstrukce je limit nižší z hodnot:
o Mc,N = 0,50 kg.m-2
.a-1
o 5 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci
vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m-3
o 10 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke
kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost ρ ≤ 100
kg.m-3
Ve stavební konstrukci s připuštěnou omezenou kondenzací vodní páry
uvnitř konstrukce nesmí v roční bilanci kondenzace a vypařování vodní páry
zbýt žádné zkondenzované množství vodní páry, které by trvale zvyšovalo
vlhkost konstrukce.
Roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce musí být nižší
než roční množství vypařitelné vodní páry uvnitř konstrukce:
Mc ≤ Mev (9.22)
kde Mc je roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř
konstrukce v kg·m-2
·a-1
Mev roční množství vypařitelné vodní páry uvnitř
konstrukce v kg·m-2
·a-1
U konstrukcí s větranou vzduchovou mezerou se samostatně hodnotí
souvrství od vnitřního povrchu k větrané vzduchové mezeře a souvrství od
větrané vzduchové mezery k venkovnímu vzduchu.
Kromě požadavků výše uvedených se u konstrukcí s větranou vzduchovou
mezerou požaduje ověřit průběh relativní vlhkosti vzduchu proudícího v této
mezeře, která musí po celé délce této mezery splňovat podmínku:
φcv<90 % (9.23)
63
PŘÍKLAD 6
Jedná se výpočet a posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu,
součinitele prostupu tepla a bilance zkondenzované a vypařitelné vodní páry u
obvodové stěny ze zdiva z plných cihel zateplené kontaktním zateplovacím
systémem. Pro výpočet byl využit software Teplo 2011
Výstup z programu Teplo 2011:
Typ hodnocené konstrukce : Stěna Korekce součinitele prostupu dU : 0.010 W/m
2K
Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo Název D[m] L[W/mK] C[J/kgK] Ro[kg/m
3] Mi[-] Ma[kg/m
2]
1 Omítka vápenná 0,0200 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Zdivo CP 1 0,2900 0,8000 900,0 1700,0 8,5 0.0000 3 Omítka vápenoc 0,0250 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 4 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 5 BASF EPS 100 N 0,2600 0,0310 1250,0 18,0 45,0 0.0000 6 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 7 Cemix Silikáto 0,0030 0,6500 840,0 1600,0 24,0 0.0000 Číslo Kompletní název vrstvy Interní výpočet tep. vodivosti
1 Omítka vápenná --- 2 Zdivo CP 1 --- 3 Omítka vápenocementová --- 4 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota --- 5 BASF EPS 100 NEO --- 6 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota --- 7 Cemix Silikátová zatíraná omítka bílá/barevná --- Okrajové podmínky výpočtu :
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : 0.13 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : 0.25 m2K/W
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : 0.04 m2K/W
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : 0.04 m2K/W
Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 20.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %
Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946:
Tepelný odpor konstrukce R : 8.08 m2K/W
Součinitel prostupu tepla konstrukce U : 0.121 W/m2K
Součinitel prostupu zabudované kce U,kc : 0.14 / 0.17 / 0.22 / 0.32 W/m
2K
Uvedené orientační hodnoty platí pro různou kvalitu řešení tep. mostů vyjádřenou přibližnou přirážkou dle poznámek k čl. B.9.2 v ČSN 730540-4.
Difuzní odpor konstrukce ZpT : 8.0E+0010 m/s Teplotní útlum konstrukce Ny* : 1231.2 Fázový posun teplotního kmitu Psi* : 14.8 h
64
Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 18.95 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p : 0.970
Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540: (bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)
Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách: rozhraní: i 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 e
tepl.[C]: 19.0 19.0 17.6 17.5 17.4 -14.8 -14.8 -14.8 p [Pa]: 1285 1276 1088 1051 1045 150 144 138 p,sat [Pa]: 2202 2189 2006 1994 1990 168 167 167 Při venkovní návrhové teplotě dochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry. Kond.zóna Hranice kondenzační zóny Kondenzující množství číslo levá [m] pravá vodní páry [kg/m
2s]
1 0.5353 0.5572 3.006E-0009 Celoroční bilance vlhkosti:
Množství zkondenzované vodní páry Mc,a: 0.002 kg/m2,rok
Množství vypařitelné vodní páry Mev,a: 1.145 kg/m2,rok
Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než -10.0 C. Bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti dle ČSN EN ISO 13788: Roční cyklus č. 1 V konstrukci nedochází během modelového roku ke kondenzaci. Poznámka: Hodnocení difuze vodní páry bylo provedeno pro předpoklad 1D šíření vodní páry převažující skladbou konstrukce. Pro konstrukce s výraznými systematickými tepelnými mosty je výsledek výpočtu jen orientační. Přesnější výsledky lze získat s pomocí 2D analýzy.
VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011) Název konstrukce: S2 - Stěna obvodová - zateplená
Rekapitulace vstupních dat
Návrhová vnitřní teplota Ti: 20,0 C Převažující návrhová vnitřní teplota TiM: 20,0 C Návrhová venkovní teplota Tae: -15,0 C Teplota na vnější straně Te: -15,0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai: 20,0 C Relativní vlhkost v interiéru RHi: 50,0 % (+5,0%)
Skladba konstrukce
Číslo Název vrstvy d [m] Lambda [W/mK] Mi [-]
1 Omítka vápenná 0,020 0,870 6,0 2 Zdivo CP 1 0,290 0,800 8,5 3 Omítka vápenocementová 0,025 0,990 19,0 4 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova 0,004 0,570 20,0 5 BASF EPS 100 NEO 0,260 0,031 45,0 6 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova 0,004 0,570 20,0 7 Cemix Silikátová zatíraná omít 0,003 0,650 24,0
I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)
Požadavek: f,Rsi,N = f,Rsi,cr = 0,744 Vypočtená průměrná hodnota: f,Rsi,m = 0,970
Kritický teplotní faktor f,Rsi,cr byl stanoven pro maximální přípustnou vlhkost na vnitřním povrchu 80% (kritérium vyloučení vzniku plísní).
Průměrná hodnota fRsi,m (resp. maximální hodnota při hodnocení skladby mimo tepelné mosty a vazby) není nikdy minimální hodnotou ve všech místech konstrukce. Nelze s ní proto prokazovat plnění požadavku na minimální povrchové teploty zabudované konstrukce včetně tepelných mostů a vazeb. Její převýšení nad požadavkem naznačuje pouze možnosti plnění požadavku v místě tepelného mostu či tepelné vazby.
65
II. Požadavek na součinitel prostupu tepla (čl. 5.2 v ČSN 730540-2)
Požadavek: U,N = 0,30 W/m2K
Vypočtená hodnota: U = 0,12 W/m2K
U < U,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Vypočtený součinitel prostupu tepla musí zahrnovat vliv systematických tepelných mostů (např. krokví v zateplené šikmé střeše).
III. Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2)
Požadavky: 1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce. 2. Roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu. 3. Roční množství kondenzátu Mc,a musí být nižší než 0,1 kg/m
2.rok,
nebo 3-6% plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot).
Limit pro max. množství kondenzátu odvozený z min. plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 0,281 kg/m2,rok (materiál: BASF EPS 100 NEO). Dále bude použit limit pro max. množství kondenzátu: 0,100 kg/m
2,rok
Vypočtené hodnoty: V kci dochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci.
Roční množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 0,0017 kg/m2,rok
Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 1,1451 kg/m2,rok
Vyhodnocení 1. požadavku musí provést projektant. Mc,a <Mev,a ... 2. POŽADAVEK JE SPLNĚN. Mc,a <Mc,N ... 3. POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Obr.9.4 Grafické znázornění oblasti kondenzace v řešené konstrukci
66
Poznámky
67
10 TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTÍ
Tepelná stabilita místnosti popisuje schopnost vnitřního prostoru udržet
požadovaný teplotní stav po určitou stanovenou dobu. Tepelná stabilita se
hodnotí podle ČSN 73 0540-2:2011 včetně změny Z1:2012. V zimním období
je tepelná stabilita ověřována výpočtem poklesu výsledné teploty místnosti a
v letním období pak nejvyšší denní teplotou vzduchu v místnosti v letním
období. Požadavek na nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti
v letním období byl při revizi normy ČSN 73 0540-2 v roce 2011 vypuštěn.
Jednalo se o národní požadavek, který byl nejdříve v roce 2002 doplněn a
v roce 2011 zcela nahrazen požadavkem na nejvyšší denní teplotu vzduchu v
místnosti v letním období.
10.1 Veličiny popisující stav tepelného mikroklimatu
Tato kapitola je věnována popisu některých veličin, na základě kterých je
prováděno hodnocení interního tepelného mikroklimatu a které se vyskytují
v řadě závazných legislativních dokumentů.
Výsledná teplota θv je parametr tepelného stavu vnitřního prostředí
zahrnující vliv současného působení teploty vnitřního vzduchu θai, vnitřní
povrchové teploty jednotlivých stavebních konstrukcí a výplní otvorů θsi,j,
vymezujících vnitřní prostor, a rychlosti proudění vnitřního vzduchu vai.
Obvykle se uvažuje, že výsledná teplota θv je rovna globální teplotě čili teplotě
kulového (výsledného) teploměru. Výslednou teplotu lze stanovit ze vztahu:
).(5,0 ,msimaiv (10.1)
kde θvje výsledná teplota ve °C
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
θsim,m vážený průměr povrchových teplot ve °C
Vážený průměr povrchových teplot se spočítá podle vztahu:
j
jjsim
msimA
A
).( ,
,
(10.2)
kde θsim, j je průměrná povrchová teplota j-té konstrukce ve ˚C
Aj plocha j-té konstrukce dané místnosti v m2
68
Výsledná teplota kulového teploměru se při rychlosti proudění vnitřního
vzduchu vai = 0,2 m·s-1
rovná operativní teplotě. Výsledná teplota se měří
suchým kulovým teploměrem v souladu s ČSN EN ISO 7726:2006.
Operativní teplota θo je teplota izometrické plochy vymezující pomyslný
prostor, ve kterém se přenos tepla sáláním a prouděním z lidského těla rovná
přenosu tepla sáláním a prouděním ve skutečném nerovnoměrném prostředí.
Operativní teplota je základním hodnotícím kritériem. Pro přesnější výpočet
lze použít následující vztah:
rc
rraico
.. (10.3)
kde αc je součinitel přestupu tepla prouděním ve W.m-2
.K-1
αr součinitel přestupu tepla sáláním ve W.m-2
.K-1
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
θr střední sálavá teplota ve °C
Střední sálavá teplota θr je rovnoměrná teplota pomyslného vymezeného
prostoru, ve kterém se přenos tepla sáláním z lidského těla rovná sdílení tepla
sáláním ve skutečném nerovnoměrném prostředí. Střední sálavá teplota je
základní nezávislou veličinou vnitřního prostředí sloužící k analýze stavu
vnitřního prostředí z hlediska sdílení tepla sáláním a vztahuje se k lidskému
tělu.
Obr.10.1 Měření teploty kulovým teploměrem a tepelně vlhkostním čidlem(archiv
autora)
69
V případě, kdy není k dispozici radiometr pro měření střední sálavé
(radiační) teploty, je možné použít vztah (Mathauserová, 2010):
273.10.9,2273
4/16,084 agagr (10.4)
kde θg je teplota kulového teploměru o průměru 0,10 m ve °C
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
υa rychlost proudění vzduchu v m.s-1
nebo vztah:
273.10.5,2273
4/16,084 agagr (10.5)
kde θg je teplota kulového teploměru o průměru 0,15 m ve °C
θai teplota vnitřního vzduchu ve °C
υa rychlost proudění vzduchu v m.s-1
10.2 Tepelná stabilita místnosti v zimním období
Posouzení tepelné stability v zimním období se provádí pro kritickou
místnost, která má nejvyšší průměrný součinitel prostupu tepla obalových
konstrukcí Uem, stanovený podle ČSN 73 0540-4. Jedná se zpravidla o rohovou
místnost v nejvyšším podlaží. Při výpočtu uvažujeme se situací, kdy dochází
k odstavení otopného sytému, např. z důvodu poruchy nebo v nočních
hodinách. Poklesem výsledné teploty místnosti v zimním období ∆θv(t)ve °C
se hodnotí chladnutí kritické místnosti budovy a tím i její tepelná setrvačnost
v zimním období pro dobu chladnutí t. Doba chladnutí t je obvykle 8 hodin,
nevyžadují-li provozní potřeby hodnocení pro jinou dobu chladnutí.
Doporučuje se ověřit také ty místnosti, jejichž průměrný součinitel prostupu
tepla Um se neliší od hodnoty pro kritickou místnost o více než 0,05 W·m-2
·K-1
.
Při revizi normy ČSN 73 0540-2 v roce 2011 byl v rámci procesu schvalování
v Technické normalizační komisi TNK 43 tento požadavek v jedné
z pracovních verzí změněn na doporučení. Odůvodněním pro tuto
nerealizovanou změnu byla především neopodstatněná existence tohoto
požadavku z důvodu pokroku ve vytápěcích soustavách a tepelně izolačních
vlastnostech obálky budovy v porovnání s dobou, kdy byl tento požadavek
definován a určena metodika jeho výpočtu (70. léta 20. století). Také metodika
výpočtu byla stanovena na základě tehdejších výpočetních prostředků.
70
Vychází se z předpokladu, že během noci nebo na konci týdne, nebo při
poruše otopného systému se přeruší přívod potřebné energie pro krytí
tepelných ztrát místnosti.
Pokles výsledné teploty místnosti v zimním období ∆θv(t)ve °C je rozdíl
teplot, který je dle ČSN 73 0540-4 definován následujícím vztahem:
)()( tt viv (10.6)
kde θi je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C
θv(t) výsledná teplota vnitřního prostoru po době t od
počátku chladnutí ve °C, tzn. po době t od přerušení
dodávky energie na vytápění
Je zřejmé, že neznámou veličinou je výsledná teplota v ověřovací době
chladnutí ∆θv(t), která se stanoví z rovnice:
)(
)(650)()(
si
eaiLVaiv
hA
tVtt
(10.7)
kde θai(t) je teplota vnitřního vzduchu v době chladnutí ve °C
stanovená podle výpočetních postupů uvedených
v ČSN 730540-4:2005
VLV objemový tok vzduchu proudícího do místnosti
v m3·s
-1
θe návrhová venkovní teplota v zimním období ve °C
Σ.A.hsi součet násobků ploch vnitřních povrchů všech
konstrukcí tvořících místnost a součinitelů přestupu
tepla na vnitřní straně těchto konstrukcí ve W·K-1
Objemový tok vzduchu proudícího do místnosti se určí ze vztahu:
3600
sLV
VnV
(10.8)
a při spárové průvzdušnosti ze vztahu
LiMBV LVLV
(10.9)
kde n je výměna vzduchu v h-1
Vs objem sledované místnosti v m3
71
B charakteristické číslo budovy v Pa0,67
M charakteristické číslo místnosti
iLV součinitel spárové průvzdušnosti v m3·s
-1·m
-1·Pa
-0,67
L délka spár otevíratelných částí oken a venkovních
dveří v m
Podle ČSN 73 0540:2011 a Z1:2012 se požaduje, aby kritická místnost na
konci doby chladnutí t vykazovala pokles výsledné teploty v místnosti
v zimním období ∆θv(t) podle vztahu:
)()( , tt Nvv (10.10)
kde ∆θv(t) je pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období
ve °C
∆θv,N(t) požadovaná hodnota poklesu výsledné teploty
v zimním období ve °C, která se stanoví z tabulky
v ČSN 730540-2:2011
Tab.10.1Požadované hodnoty poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období dle
ČSN 73 0540-2:2011
DRUH MÍSTNOSTI (PROSTORU)
POKLES VÝSLEDNÉ TEPLOTY
V MÍSTNOSTI V ZIMNÍM OBDOBÍ
∆θv,N(t)[°C]
S pobytem lidí po přerušení vytápění
při vytápění radiátory, sálavými panely
a teplovzdušně;
při vytápění kamny a podlahovém vytápění
3
4
Bez pobytu lidí po přerušení vytápění
při přerušení vytápění topnou přestávkou
budova masivní
budova lehká
při předepsané nejnižší výsledné teplotě v,min
při skladování potravin
při nebezpečí zamrznutí vody
6
8
i – v,min
i – 8
i – 1
Nádrže s vodou (teplota vody) i – 1
Pokud je pokles výsledné teploty větší než připouští ČSN 73 0540:2, lze z
důvodů zlepšení tepelně technického stavu obecně uvažovat s následujícími
úpravami:
72
o zmenšit plochu výplní otvorů za předpokladu, že budou dodrženy
požadavky na denní osvětlení a proslunění obytných místností;
o snížit výměnu vzduchu, ale zachovat nezbytnou výměnu vzduchu
z hygienického hlediska;
o zvýšit akumulační schopnosti obalových konstrukcí místností
např. provedením masivních zděných nebo betonových
konstrukcí;
o zvětšit tepelnou jímavost a tepelně akumulační kapacitu vnitřní
vrstvy konstrukce např. použitím speciálních obkladových desek
nebo omítek, které obsahují nějaký typ materiálu se změnou
skupenství;
o snížit průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy.
10.3 Tepelná stabilita místnosti v letním období
Hodnocení tepelné stability místnosti v letním období se provádí pro
kritickou místnost, která má největší plochu přímo osluněných výplní otvorů
orientovaných na Z, JZ, J, JV, V a to v poměru k podlahové ploše přilehlého
prostoru. Pro posuzování objektu v zimním a letním období mohou být kritické
místnosti odlišné. Požadavek zajišťuje, že podstatnou část eliminace rizika
přehřívání představuje stavební řešení budovy. Současně je ale zajištěno, že při
výpadku nebo omezeném provozu klimatizace bude budova částečně
použitelná. Hodnocení se provádí bez započtení vnitřních zisků v místnosti.
V hodnocení je možné uvažovat proměnlivou intenzitu větrání, například
zvýšenou intenzitu větrání v nočních hodinách. Podle ČSN 73 0540-2:2011 a
Z1:2012 se doporučuje navrhovat chlazení budov pouze v takových případech,
kdy prokazatelně stavebním řešením nelze docílit splnění požadavku.
Nejvyšší teplota vnitřního vzduchu v místnosti v letním období θai,max je dle
ČSN 73 0540-1:2005 teplota, vyjadřující stabilitu tepelného stavu vnitřního
prostředí při zatížení budovy globálním slunečním zářením.
Nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období se stanoví ze
vztahu:
))(max( *
max, taiai (10.11)
kde θai,* je teplota vzduchu ve °C v místnosti v letním období
t čas v h
Denní časový průběh teploty vzduchu θai,*v místnosti v letním období se
stanoví jedním z následujících postupů:
73
o zjednodušeným postupem dle přílohy A v ČSN EN ISO 13792 při
splnění předpokladů uvedených v kapitole 4.1 této normy;
o přesnějším postupem podle přílohy A v ČSN EN ISO 13791 při
splnění předpokladů uvedených v této normě;
o jiným postupem, pokud tento splňuje požadavky na přesnost
výpočtu definované v ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO 13791.
Mezi výpočtové postupy neuvedené v ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO
13791 patří například výpočtové algoritmy některých výpočtových softwarů
pro hodnocení komplexního dynamického tepelného chování budov.
Výsledkem výpočtu dle ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO 13791 je také
denní časový průběh střední radiační teploty a výsledné operativní teploty
v místnosti v letním období.
Podle 73 0540-2:2011 a Z1:2012 musí kritická místnost vykazovat nejvyšší
denní teplotu vzduchu v místnosti v letním období θai,max podle vztahu:
Naiai max,,max, (10.12)
kde θai,max je nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti ve °C
θai,max,N požadovaná hodnota nejvyšší denní teploty vzduchu
v letním období, která se stanoví z tabulky v ČSN 73
0540-2:2011
Tab.10.2Požadované hodnoty nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období
dle ČSN 73 0540-2:2011
DRUH BUDOVY
NEJVYŠŠÍ DENNÍ TEPLOTA
VZDUCHU V MÍSTNOSTI
V LETNÍM OBDOBÍ θai,max,N°C
Nevýrobní 27,0
Ostatní s vnitřním zdrojem tepla
do 25 W.m-3
včetně
nad 25 W.m-3
29,5
31,5
U obytných budov je možné připustit překročení požadované hodnoty nejvíce o 2 °C na
souvislou dobu nejvíce 2 hodin během normového dne, pokud s tím investor (stavebník,
uživatel) souhlasí.
Pro výpočty se uvažují okrajové podmínky uvedené v ČSN 73 0540-3:2005.
Výše popsané hodnocení platí pro budovy bez klimatizačního zařízení.
Místnosti, u nichž se předpokládá vybavení strojním chlazením, musí v
případě výpadku tohoto zařízení splnit podmínku θai,max,N ≤ 32 °C. Pro výpočet
74
se v tomto případě nebere v úvahu chladicí výkon klimatizace a tepelné zisky
od technologie a instalovaných zařízení. Zvýšení tepelné stability místnosti
v letním období je možno zvýšit provedením řady stavebních úprav:
o zvýšení tepelně akumulační schopnosti obalových konstrukcí, a to
především vhodnou volbou stavebních materiálů s vysokou
měrnou tepelnou kapacitou (pálená cihla, železobeton, dřevo);
o zejména na jihozápadní a západní straně budovy navrhnout
velikost oken s ohledem na hygienické požadavky (pokud nejde
o pasivní nebo aktivní využití energie slunečního záření);
o výplně otvorů zejména na jižní a západní straně objektu navrhovat
v kombinaci s protisluneční ochranou, při čemž nejúčinnější jsou
clony na vnější straně oken;
o návrh stínících prvků na základě výpočtů pro danou lokalitu a
orientaci ke světovým stranám, jedná se např. o římsy, balkony,
markýzy, lamelové stínící prvky s pohyblivými prvky;
o aplikace reflexních folií na sklech výplní otvorů;
o využití přirozených stínících prvků, např. vzrostlých stromů a
keřů, při čemž nejvhodnější jsou opadavé listnaté stromy;
o návrh obvodových stěn s odvětrávanou vzduchovou;
o montáž stavebních prvků nebo stavebních systémů
s integrovanými materiály se změnou skupenství, které využívají
pro akumulaci tepla vratných skupenských změn;
o větrání místností vzduchem s nižší teplotou, např. s využitím
zemních výměníků;
o instalace klimatizačního zařízení.
Obr.10.2 Vhodné opatření – venkovní žaluzie v kombinaci s přirozenými stínícími prvky
– opadavé stromy (archiv autora)
75
Obr.10.3Masivní betonová
konstrukce s kamenným
obkladem budovy jako
akumulátorem citelného tepla
– Izrael (archiv autora)
Obr.10.4 Venkovní stínící
prvky – MZLU Brno (archiv
autora)
Obr.10.5 Tepelně akumulační
omítka se systémem
kapilárních rohoží –
laboratoř FAST VUT v Brně
(archiv autora)
76
Poznámky
77
11 PRŮMĚRNÝ SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA
Průměrný součinitel prostupu tepla budovy slouží pro hodnocení stavebně
energetických vlastností budovy. Průměrný součinitel prostupu tepla budovy
v sobě zahrnuje celkový prostup tepla na systémové hranici budovy nebo její
vytápěné zóny. Průměrný součinitel prostupu tepla budovy se stanovuje pro
budovu nebo její vtápěnou zónu.
Definici teplosměnné obálky budovy uvádí ČSN EN 15217 jako celkovou
plochu všech stavebních prvků obklopujících vytápěné prostory, přes které se
šíří tepelná energie do vnějšího prostředí nebo do nevytápěných prostorů.
Ke stanovení ploch konstrukcí se užívají vnější rozměry. U dvouplášťových
větraných konstrukcí se za vnější hranu konstrukce považuje vnější povrch
vnitřního pláště. Systémová hranice je vedena pod podlahou na terénu resp. na
spodní hraně souvrství stropu suterénu.
Vnější rozměry se pak měří až ke spodní rovině souvrství podlahy. Za
takovou rovinu se považuje vnější strana nejnižší vrstvy započitatelné do
tepelného odporu podlahové konstrukce. Zpravidla je to tedy rovina nad
hydroizolací, v případě obvodových tepelných izolací je to rovina na spodní
straně takové izolační vrstvy.
Obr.11.1 Příklady umístění systémové hranice budovy (archiv autora)
78
11.1 Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla
Průměrný součinitel obálky budovy Uem se spočítá podle následujícího
vztahu:
Uem = A
H T (11.1)
kde HT je měrná ztráta prostupem tepla stanovená podle ČSN
EN ISO 13789 ve W·K-1
A teplosměnná plocha všech konstrukcí ohraničujících
objem budovy nebo její zóny v m2
vypočítaná na
systémové hranici budovy
Měrná ztráta prostupem tepla HT se pak stanoví zjednodušeným postupem
dle ČSN EN 12831 a v souladu s ČSN EN 13789, nebo podle zvláštního
předpisu ze vztahu:
tbmjjjT UAbUAH (11.2)
nebo způsobem
jjjjjjjjT bblbUAH (11.3)
kde Aj je plocha j-té ochlazované konstrukce v m2
Uj součinitel prostupu tepla j-té konstrukce
ve W·m-2
·K-1
bj činitel teplotní redukce j-té konstrukce
ΔUtbm průměrný vliv tepelných vazeb mezi ochlazovanými
konstrukcemi na systémové hranici budovy
ve W·m-2
·K-1
ψj lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné
vazby mezi konstrukcemi stanovený ve W·m-1
·K-1
lj délka j-té lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi
v m
χj bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné
vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1
79
Průměrný vliv všech tepelných vazeb mezi ochlazovanými konstrukcemi na
systémové hranici budovy se stanoví jako součet průměrného vlivu všech
lineárních a bodových tepelných vazeb:
o pro lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi:
A
blU
jjj
jtbk
)(,
(11.4)
kde ψj je lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné
vazby ve W·m–1
·K–1
lj délka j-té lineární tepelné vazby v m
bj činitel teplotní redukce
A plocha celé konstrukce v m2
o pro bodové tepelné vazby mezi konstrukcemi:
A
bU
jj
jtbk
)(,
(11.5)
kde χj je bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné
vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1
bj činitel teplotní redukce
A plocha celé konstrukce v m2
Činitel teplotní redukce j-té konstrukce se stanoví pro následující situace:
o pro konstrukce na systémové hranici budovy s rozdílem teplot
vnitřního a venkovního prostředí shodným se základním rozdílem
teplot vnitřního a venkovního prostředí:
bj = 1,0 (11.6)
přičemž základní rozdíl teplot vnitřního θim a venkovního vzduchu
θe se spočítá:
eimei (11.7)
80
o pro konstrukce na systémové hranici přilehlé k vnějšímu vzduchu
pro prostory s návrhovou vnitřní teplotou θi,j odlišnou od
převažující návrhové vnitřní teploty θim
ie
eji
jb
,
(11.8)
o pro konstrukce na systémové hranici budovy přilehlé
k nevytápěnému prostoru nebo zemině se činitel teplotní redukce
stanoví přibližně z tabulky v ČSN 73 0540-3:2005 nebo ze vztahu
ie
uji
jb
,
(11.9)
přičemž θu je návrhová vnitřní teplota nevytápěného prostoru nebo
zeminy, která se stanoví buď z tabulky v ČSN 73 0540-3:2005
nebo podrobným výpočtem
o nebo přesněji se pro konstrukce na systémové hranici budovy
přilehlé k nevytápěnému prostoru použije vztah:
ueiu
ue
ie
uji
jHH
Hb
,
(11.10)
kde θi,j je návrhová vnitřní teplota ve °C
θu návrhová vnitřní teplota nevytápěného prostoru
ve °C
θie základní rozdíl teplot vnitřního θim a
venkovního vzduchu θe ve °C
Hue základní měrná ztráta prostupem tepla
z nevytápěného prostotu do venkovního
prostředí s činitelem teplotní redukce dle 11.8
ve W·K-1
Hiu základní měrná ztráta prostupem tepla
z vnitřního prostředí do nevytápěného prostoru
s činitelem teplotní redukce dle 11.9 ve W·K-1
o nebo přesněji pro konstrukce na systémové hranici budovy
přilehlé k zemině se činitel teplotní redukce určí ze vztahu:
81
)(
,
jj
sj
ie
eji
jUA
Lb
(11.11)
kde Lsj je tepelná propustnost konstrukcemi přilehlými
k zemině ve W·K-1
dle ČSN EN ISO 13370
Aj plocha konstrukcí přilehlých k zemině v m2
Uj součinitel prostupu tepla konstrukcí přilehlých
k zemině stanovených bez vlivu přilehlé zeminy
ve W·m-2
·K-1
Činitel teplotní redukce bj= 1,0 se uvažuje i pro konstrukce na systémové
hranici budovy s rozdílem teplot vnitřního a venkovního prostředí odlišným
maximálně o 4 °C od základního rozdílu θie . Dříve používaná přirážka 15 %
pro výplně otvorů se od roku 2011 nepoužívá.
11.2 Hodnocení průměrného součinitele prostupu tepla
Průměrný součinitel prostupu tepla Uem ve W·m-2
·K-1
budovy nebo vytápěné
zóny musí splňovat podmínku:
Uem Uem,N (11.12)
kde Uem,N je požadovaná hodnota průměrného součinitele
prostupu tepla ve W·m-2
·K-1
Požadovaná hodnota Uem,N se stanoví jedním z následujících způsobů:
o pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou im
v intervalu 18 °C až 22 °C včetně a pro všechny návrhové
venkovní teploty podle tab.11.1. Převažující návrhová vnitřní
teplota im odpovídá návrhové vnitřní teplotě i většiny prostorů
v budově nebo zóně v budově. Za budovy s převažující návrhovou
vnitřní teplotou v intervalu 18 °C až 22 °C včetně se považují
všechny budovy obytné, občanské s převážně dlouhodobým
pobytem lidí (např. budovy školské, administrativní, ubytovací,
veřejně správní, stravovací, většina zdravotnických) a jiné
budovy, pokud převažující návrhová vnitřní teplota je v uvedeném
intervalu;
82
o pro budovy s odlišnou převažující návrhovou vnitřní teplotou ze
vztahu:
Uem.N = Uem N,20 · e1 (11.13)
kde UN,20 je průměrný součinitel prostupu tepla z tab.11.1
ve W·m-2
·K-1
e1 součinitel typu budovy
Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:
4
161
im
e
(11.14)
kde θim je převažující návrhová vnitřní teplota ve °C
Požadovaná hodnota Uem,N se stanoví výpočtem pro každý posuzovaný
případ metodou referenční budovy, nejvýše však je rovna příslušné hodnotě
podle tab. 11.1.
Referenční budova je virtuální budova stejných rozměrů a stejného
prostorového uspořádání jako budova hodnocená, shodného účelu a shodného
umístění, na jejíchž všech plochách obálky budovy jsou použity konstrukce se
součiniteli prostupu tepla právě odpovídajícími příslušné normové hodnotě.
Pokud součet ploch výplní otvorů tvoří více než 50 % teplosměnné části
obvodových stěn budovy, započte se na pouze 50 % plochy teplosměnné části
obvodových stěn budovy odpovídající požadovaná hodnota součinitele
prostupu tepla výplní otvorů a ve zbytku se uvažuje normová hodnota
součinitele prostupu tepla neprůsvitného obvodového pláště.
Hodnota Uem,N,20 referenční budovy se stanoví jako vážený průměr normových
hodnot součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných ploch podle vztahu:
Uem,N,20 = (UN,i·A i·bj)/ Ai + 0,02 (11.15)
kde UN,j je odpovídající normová požadovaná hodnota
součinitele prostupu tepla j-té teplosměnné
konstrukce ve W·m-2
·K-1
Aj plocha j-té teplosměnné konstrukce stanovená
z vnějších rozměrů v m2
bj teplotní redukční činitel odpovídající j-té konstrukci.
83
Tab.11.1 Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla pro budovy
s převažující návrhovou im v intervalu 18 °C až 22 °C dle ČSN 73 0540-2:2011
Druh budovy Požadované hodnoty průměrného součinitele
prostupu tepla období Uem N,20[W.m-2
K-1
]
Nové obytné budovy Výsledek výpočtu, nejvýše však 0,50
Ostatní budovy
Výsledek výpočtu, nejvýše však hodnota:
Pro objemový faktor tvaru:
A/V ≤ 0,2Uem,N,20= 1,05
A/V >1,0Uem,N,20= 0,45
Pro ostatní hodnoty A/V
Uem,N,20= 0,30 + 0,15/(A/V)
Pro budovy s lehkým obvodovým pláštěm se při stanovení Uem,N,20 použije
pro neprůsvitné výplně požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla pro
vnější stěny a pro průsvitné výplně požadovaná hodnota součinitele prostupu
tepla pro výplně otvorů ve vnější stěně.
Doporučená hodnota Uem,rec se stanoví dle vzorce:
Uem,rec = 0,75. Uem,N (11.16)
kde Uem,N je požadovaná hodnota průměrného součinitele
prostupu tepla ve W·m-2
·K-1
84
12 ENERGETICKÝ ŠTÍTEK OBÁLKY BUDOVY
Protokol k energetickému štítku obálky budovy a energetický štítek obálky
budovy jsou přehledné technické dokumenty, kterými je možné doložit splnění
požadavku na prostup tepla obálkou budovy. Energetický štítek obálky budovy
obsahuje klasifikaci prostupu tepla obálkou budovy a její grafické vyjádření.
Základní soubor údajů protokolu k energetickému štítku obálky budovy je:
o identifikace budovy (druh, adresa, katastrální a územní číslo);
o identifikace vlastníka nebo společenství vlastníků, popř.
stavebníka (název, popř. jméno, adresa);
o popis budovy (objem vytápěné zóny V, celková plocha
A ochlazovaných konstrukcí obalujících vytápěnou zónu,
objemový faktor tvaru budovy A / V);
o klimatické podmínky budovy (převažující vnitřní teplota
v otopném období im, venkovní návrhová teplota v zimním
období e);
o charakteristika energeticky významných parametrů
teplosměnných konstrukcí (plochy Ai, součinitele prostupu tepla
Ui, lineární a bodové činitele a tepelných vazeb mezi
konstrukcemi, činitele teplotní redukce bi, měrné ztráty prostupem
tepla HTi konstrukcemi a tepelnými vazbami);
o údaje o prostupu tepla obálkou budovy (měrná ztráta prostupem
tepla HT, průměrný součinitel prostupu tepla Uem, jeho
požadovaná normová hodnota Uem,N,rq;
o údaje o zpracování (jméno a adresa zpracovatele, datum, podpis).
12.1 Klasifikační třídy prostupu tepla obálkou budovy
Třídy prostupu tepla obálkou budovy se klasifikují podle požadované
normové hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla Uem,rq.
Tab. 12.1 Klasifikace prostupu tepla obálkou budovy
Klasifikační třídy
Kód barvy (CMYK)
Průměrný součinitel prostupu tepla budovy Uem [W·m
-2·K
-1]
Slovní vyjádření
klasifikační třídy
Klasifikační ukazatel CI
A X0X0 Uem≤ 0,5·Uem,rq Velmi úsporná
0,5
0,75
1,0
1,5
2,0
2,5
B 70X0 0,5·Uem,rq< Uem≤ 0,75·Uem,rq Úsporná
C 30X0 0,75·Uem,rq< Uem≤ Uem,rq Vyhovující
D 00X0 Uem,rq< Uem≤ 1,5·Uem,rq Nevyhovující
E 03X0 1,5·Uem,rq< Uem≤ 2,0·Uem,rq Nehospodárná
F 07X0 2,0·Uem,rq< Uem≤ 2,5·Uem,rq Velmi nehospodárná
G 0XX0 Uem> 2,5·Uem,rq Mimořádně nehospodárná
85
12.2 Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy
Tab. 12.2 Měrná tepelná ztráta a průměrný součinitel prostupu tepla
Referenční budova (stanovení požadavku)
Hodnocená budova
Konstrukce
Plo
ch
a A
[m
2]
Součin
itel pro
stu
pu te
pla
U
(požadova
ná h
odn
ota
)
[W/(
m2K
)]
Redukční čin
itel b
[-]
Měrn
á z
tráta
pro
stu
pe
m
tepla
HT
Plo
ch
a
A[m
2]
Součin
itel pro
stu
pu te
pla
U
[W/(
m2K
)]
Redukční čin
itel b
[-]
Měrn
á z
tráta
pro
stu
pe
m
tepla
HT
Celkem započitatelná plocha výplní otvorů
Celkem obvodové stěny po odečtení výplně otvorů
Střecha
Podlaha na terénu
Celkem
Tepelné vazby plocha *0,02 výsledek podrobného výpočtu
Celková měrná ztráta prostupem tepla
Průměrný součinitel prostupu tepla
Uem
.re
f =
(UN
,i·A
i·b
j)/
Ai +
0,0
2,
nejv
ýše v
ša
k 0
,5
výpočet
požadova
ná h
od
nota
:
doporu
čená
hod
nota
:
výpočet
Vyhovuje
požadova
né
(doporu
če
né)
hodn
otě
Klasifikační třída obálky budovy podle Přílohy C
ČSN 73 0540-2:2011 výpočet slovní klasifikace
86
Obr.12.1 Příklad energetického štítku obálky budovy rodinného domu (archiv
autora)
87
Poznámky
88
13 PRŮVZDUŠNOST OBÁLKY BUDOVY
V obvodových konstrukcích se nepřipouští netěsnosti a neutěsněné spáry,
kromě funkčních spár výplní otvorů a lehkých obvodových plášťů. Všechna
napojení konstrukcí mezi sebou musí být provedena trvale vzduchotěsně podle
dosažitelného stavu techniky. Požadavek se vztahuje zejména na spáry v
osazení výplní otvorů.
U funkčních spár ve výplních otvorů u lehkého obvodového pláště je
požadována hodnota třídy průvzdušnosti LP1 u budov s větráním přirozeným
nebo kombinovaným, LP2 u budov s větráním výlučně nuceným.
Tepelně izolační vrstva konstrukce musí být účinně chráněna proti působení
náporu větru.
Nedostatečná vzduchotěsnost obálky budovy s sebou přináší řadu
negativních důsledků:
o snížení účinnosti větracího systému;
o snížení účinnosti procesu zpětného získávání tepla z odváděného
vzduchu;
o zvýšenou tepelnou ztrátu budovy;
o zvýšené riziko kondenzace uvnitř konstrukce způsobené
intenzivním transportem vlhkosti skrz netěsnosti;
o urychlení degradačních procesů v okolí netěsností a snížení
životnosti celé konstrukce;
o snížení kvality vnitřního prostředí vlivem proudícího chladného
vzduchu;
o snížení kvality vnitřního prostředí v důsledku ochlazení vnitřního
povrchu v místě netěsností;
o zhoršení akustických vlastností konstrukce.
Na obr. 13.1 je názorná ukázka dopadu, když vnější tepelně izolační vrstva
z vláknité tepelné izolace není chráněna proti pronikání vzduchu. Obvodová
stěna je v daném případě složena z vnitřní sádrokartonové předstěny, za kterou
je vyzděna stěna z tvárnic typu Therm na pero a drážku. Na vnějším líci je
ukotvena vláknitá izolace, která je proti povětrnosti chráněna terakotovým
obkladem. Mezi obkladem a izolací je větraná vzduchová mezera.
Z důvodu absence větrové překážky je na termogramu i při běžných
provozních tlakových poměrech patrno pronikání venkovního vzduchu přes
styčné spáry ve zdivu (zelené až modré skvrny) a následné ochlazování
povrchu sádrokartonového obkladu. Na tomto jednoduchém příkladu je možné
demonstrovat důležitost zajištění vzduchotěsnosti nejen v konstrukčních
spárách, ale i v ploše obvodové konstrukce.
89
Obr.13.1 Termogram vnitřního povrchu zděné obvodové stěny (archiv autora)
13.1 Průvzdušnost obálky budovy
Celková průvzdušnost obálky budovy nebo její ucelené části se ověřuje
pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n50 v h-1
při tlakovém rozdílu 50
Pa, stanovené experimentálně dle ČSN EN 13829. Doporučuje se splnění
podmínky:
Nnn ,5050 (13.1)
kde n50 je hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa zjištěná
měřením
n50,N limitní hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa
stanovená příslušným předpisem
Tab.13.1Doporučené hodnoty celkové intenzity větrání n50,N
Větrání v budově n50,N[h
–1]
Úroveň I Úroveň II
Přirozené nebo kombinované 4,5 3,0
Nucené 1,5 1,2
Nucené se zpětným získáváním tepla 1,0 0,8
Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění (pasivní budovy)
0,6 0,4
90
Také se doporučuje, aby průvzdušnost místností, kde je instalováno nucené
větrání nebo klimatizace, byla velmi malá. Hodnotí se pomocí výpočtem
stanovené intenzity přirozené výměny vzduchu bez započtení funkce větracího
systému nebo klimatizace. Dle ČSN 73 0540-2:2011 se doporučuje, aby
stanovená intenzita přirozené výměny vzduchu n v h-1
splňovala požadavek:
n ≤ 0,05 h-1
(13.2)
V době, kdy není místnost užívána, se doporučuje, aby nejnižší intenzita
větrání místnosti splňovala podmínku:
nmin ≥ nmin,N (13.3)
kde nmin,N je doporučená nejnižší intenzita větrání místnosti v h-1
v době, kdy není užívána, přičemž s výjimkou
zvláštních předpisů platí, že nmin,N = 0,1h-1
V době, kdy je místnost užívána musí intenzita větrání splňovat požadavek:
n ≥ nN (13.4)
kde nN je požadovaná intenzita větrání místnosti v době užívání
stanovená z potřebných minimálních průtoků
čerstvého vzduchu dle příslušných předpisů
Požadované hodnoty nN se stanovují bilančním výpočtem, do kterého se
zahrnou všechny požadavky na průtok nebo dávku čerstvého vzduchu.
Platí rovněž podmínka, že v otopném období musí intenzita větrání splňovat
požadavek:
n ≤ 1,5 nN (13.5)
13.2 Měření vzduchotěsnosti
Pro měření se používá metoda tlakového spádu podle ČSN EN 13829. ČSN
EN 13829 rozlišuje dvě metody měření, které se vzájemně liší přípravou
budovy před měřením:
91
o metoda A – měření budovy v provozním stavu
Větrací otvory v obálce budovy se uzavřou (například okna a větrací
mřížky), ostatní záměrné otvory (například komíny, odvětrání kanalizačního
potrubí apod.) se ponechají ve stavu typickém pro období, kdy je v provozu
systém vytápění nebo chlazení. Budova je testována jako celek v době
používání pouze s vyloučením technologie větrání uzavřeným buď vlastním
popř. náhradním uzavíracím zařízením. Výsledky měření metodou A mají
charakterizovat vzduchotěsnost budovy v provozním stavu. Měření by tedy
mělo probíhat až po úplném dokončení budovy. Výsledky se použijí zejména
jako vstupy do energetických výpočtů. Cílem tohoto testu je udělení
„Certifikátu o měření průvzdušnosti budovy“ s vyjádřením souladu s ČSN 73
0640–2:2011.
o metoda B – měření vzduchotěsnosti obálky budovy
Touto metodou je testována těsnost obálky budovy v průběhu výstavby a to
v době, kdy je dokončena stavba po instalaci parozábrany nebo jiné
vzduchotěsnící vrstvy, jsou zapravena okna a venkovní dveře. Cílem tohoto
testu je odhalit defekty v těsnosti a zjistit úspěšnost vzduchotěsnících opatření.
Všechny otvory, které jsou v obálce budovy záměrně navrženy za účelem
přívodu, odvodu nebo výměny vzduchu (tzv. záměrné otvory podle ČSN EN
13829) musí být po dobu měření dočasně uzavřeny nebo utěsněny.
Uzavíratelné otvory nebo otvory s možností regulace průtoku vzduchu se
uzavřou, ostatní záměrné otvory se utěsní. Mezi záměrné otvory patří
především okna, dveře, větrací klapky a štěrbiny, nasávací a výfukové otvory
mechanických větracích systémů apod., ale také digestoře, komíny, vstupní
dvířka spalovacího prostoru kamen apod.
Všechny vnitřní dveře se ponechají otevřené, aby bylo možné uvnitř celé
budovy (nebo měřené části) dosáhnout rovnoměrného rozložení tlaku vzduchu.
V případě měření velkých nebo složitých budov nabývá splnění této podmínky
na významu a mělo by být v průběhu měření kontrolováno (podrobnosti
uvedeny v ČSN EN 13829).
Měření před dokončením budovy, zejména před dokončením finálních
povrchových vrstev, může sloužit ke kontrole kvality provedení systému
vzduchotěsnících opatření. Případné nedostatky, defekty a netěsnosti mohou
být v této fázi zpravidla snadno nalezeny a opraveny. Ve snaze o dosažení
velmi nízké průvzdušnosti (velmi dobré vzduchotěsnosti) je vhodné volit tento
postup.
92
Obr.13.2Měření vzduchotěsnosti zařízením BlowerDoor (archiv autora)
Testy vzduchotěsnosti se provádí zařízením BlowerDoor odpovídajícím
ČSN EN 13829 a dle následujícího postupu:
o uzavření a utěsnění záměrných otvorů;
o instalace těsnícího rámu do vstupních dveří s řízeným
ventilátorem;
o instalace tlakoměrných vedení okolí budovy, ventilátoru, vnitřku
budovy popř. dalších bodů;
o za vyvolaného rozdílu tlaku cca –50 Pa a +50 Pa identifikace,
kvantifikace a popř. návrh odstranění zjevných netěsností;
o vlastní BloweDoor test provedený zpravidla měřením toku
vzduchu při rozdílu tlaku ± 60 až 20 Pa;
o identifikace a vizualizace defektů v době testu neodstranitelných.
93
14 OKRAJOVÉ PODMÍNKY PRO TEPELNĚ
TECHNICKÉ VÝPOČTY
14.1 Návrhové parametry venkovního prostředí
Návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období e se stanoví
v závislosti na teplotní oblasti a nadmořské výšce místa budovy ze vztahu:
e = e,100 + e (14.1)
kde e,100 je základní návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C
v příslušné teplotní oblasti zeměpisně vymezené
podle obr. 14.1 (viz také ČSN 73 0540-3:2005)
určená pro nadmořskou výšku 100 m.n.m
e výškový teplotní gradient v K pro danou teplotní
oblast podle tab.14.1,
Výškový teplotní gradient se pro místo budovy s nadmořskou výškou h určí
ze vztahu:
100 0, e
he
(14.2)
kde e,0 je základní teplotní gradient pro danou teplotní oblast
podle tab. 14.1
Rozdíl nadmořské výšky místa budovy h a základní nadmořské výšky 100
m.n.m. se určí dle vztahu:
h = h - 100 (14.3)
Platí, že návrhová teplota venkovního vzduchu se zaokrouhlí na celé °C
směrem k nižší, tj. chladnější, hodnotě. Norma ČSN 73 0540-3:2005 uvádí pro
vybraná města v České republice přímo návrhové teploty venkovního vzduchu.
V ČSN 73 0540-3:2005 jsou dále uvedeny následující návrhové veličiny
charakterizující venkovní prostředí:
o návrhová průměrná teplota venkovního vzduchu v celoročním
průběhu pro danou nadmořskou výšku h místa budovy (příloha
94
H.3), která slouží pro výpočet roční bilance kondenzace a
vypařování po měsících dle ČSN EN ISO 13788;
o četnost teploty venkovního vzduchu θe, relativní vlhkosti
venkovního vzduchu φe, při jasné a zatažené obloze a hodnoty
roční střední intenzity globálního slunečního záření Jm (příloha
H.4), které slouží pro výpočet celoročního množství
zkondenzované a vypařené vodní páry;
o návrhová teplota zeminy θgr přilehlé ke svislým nebo vodorovným
stavebním konstrukcím v zimním období (příloha H.5);
o návrhová rychlost a směr větru (příloha H.1);
o návrhová teplota venkovního vzduchu v letním období (pro letní
teplotní oblast A θem = 20,5 °C, pro letní teplotní oblast B θem =
18,2 °C);
o návrhová střední intenzita globálního slunečního záření v letním
období a související veličiny (příloha H.6);
o návrhová hodnota výsledné teplotní amplitudy vnějšího prostředí
v letním období a doby jejího maxima v závislosti na orientaci
stavební konstrukce a spektrální směrové pohltivosti záření pro
teplotní oblasti A a B (příloha H.7);
o návrhová teplota venkovního vzduchu v letním období a intenzita
globálního slunečního záření v denním průběhu (příloha H.8).
Obr.14.1 Teplotní oblasti v zimním období, směr a rychlost převládajících větrů
(Příloha H.1 v ČSN 730540-3:2005)
95
Tab. 14.1 Teplotní oblasti České republiky v zimním období, jejich průměrná
nadmořská výška, základní návrhová teplota venkovního vzduchu a teplotní gradient
Teplotní oblast
Průměrná nadmořská výška v
teplotní oblasti
hm[m n.m]
Základní návrhová teplota venkovního vzduchu
pro 100 m.n.m.
e,100[°C]
Základní teplotní gradient
nad 100 m.n.m
e,0[K]
1 240 - 12 - 0,5
2 320 - 14 - 0,3
3 540 - 16 - 0,2
4 820 - 18 - 0,2
14.2 Návrhové parametry vnitřního prostředí
Návrhová vnitřní teplota vnitřních prostorů staveb s požadovaným stavem
vnitřního prostředí v zimním období θi se stanoví podle jejich druhu dle
přílohy I.1 v ČSN 73 0540-3:2005, pokud technický předpis, provozní či
technologické podmínky, požadavky projektanta či stavebníka nestanoví jinak.
V tomto případě platí:
θi = θv ≈ θo (14.4)
kde o je operativní teplota ve °C
v výsledná teplota ve °C
i návrhová vnitřní teplota ve °C
Výsledná teplota se stanoví měřením dle ČSN EN ISO 7726 výsledným
kulovým teploměrem umístěným ve výšce 1,5 m od podlahy přibližně ve
středu místnosti. Optimální návrhová vnitřní teplota vnitřních prostorů staveb
v zimním období se může stanovit s ohledem na parametry tepelné pohody pro
jednotlivé druhy budov, kategorie vnitřního prostředí, vykonávané činnosti a
určité oblečení dle přílohy A ČSN EN 12831.
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai,u v zimním období se stanoví
s dostatečnou přesností pro potřeby technické praxe a s ohledem na zajištění
tepelné pohody prostředí s požadovaným stavem dle vztahu:
θai,u = θi+0,15.Um.(θi -θe) (14.5)
kde ai,u je návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období
i návrhová vnitřní teplota ve °C
96
e návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C
Um průměrný součinitel prostupu tepla konstrukcí
vymezující daný vnitřní prostor ve W·m-2
·K-1
Tab. 14.2Návrhová vnitřní teplota v zimním období a návrhová relativní vlhkost
vnitřního vzduchu pro vybrané druhy místností
Druh místnosti s požadovaným stavem vnitřního prostředí
Návrhová vnitřní teplota
v zimním období
i[°C]
Relativní vlhkost
vnitřního vzduchu
φi [%]
Obytné budovy trvale užívané
- obývací pokoje, ložnice, jídelny, jídelny s kuchyňským koutem, pracovny, dětské pokoje
20 50
- kuchyně 20 50
- koupelny 24 střední hodnota
z celého dne
- WC 20 50
- předsíně, chodby 15 50
- vytápěná schodiště 10 50
Administrativní budovy
- kanceláře, čekárny, zasedací síně, jídelny 20 50
- chodby, hlavní schodiště, WC 15 50
- vytápěná vedlejší schodiště 10 50
- haly, místnosti s přepážkami 18 50
Školní budovy
- učebny, kreslírny, kabinety, laboratoře, jídelny 20 55
- učební dílny 18 55
- tělocvičny 15 70
- šatny u tělocvičen 20 50
- lázně a převlékárny 24 střední hodnota
z celého dne
- ordinace a ošetřovny 24 50
- chodby, schodiště, WC, šatny pro svrchní oděv 15 50
Mateřské školy
- učebny, herny, lehárny 22 50
- šatny pro děti 20 50
- umývárny pro děti, WC 24 střední hodnota
z celého dne
97
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai,u v zimním období prostorů staveb
s významným rozdílem mezi průměrnou teplotou okolních ploch a teplotou
vnitřního vzduchu se stanoví dle vztahu:
θai,u = θi + Δθai (14.6)
kde ai,u je návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období
Δai přirážka na vyrovnání rozdílu mezi teplotou vnitřního
vzduchu a průměrnou teplotou okolních ploch ve °C,
orientačně stanovená dle tab. 14.3.
Tab. 14.3. Přirážka na vyrovnávající rozdíl mezi teplotou vnitřního vzduchu a
průměrnou teplotou okolních ploch
Budovy bytové a občanské s původními konstrukcemi
Období realizace/
druh budovy
Přirážka Δai [K]
Vytápění radiátory ústředního topení
Vytápění sálavým plošným
nízkoteplotním zdrojem
Vytápění konvektory
do roku 1975 včetně 2,0 1,0 3,0
1975 – 1995 včetně 1,0 0,5 1,5
Po roce 1995 0,6 0,3 0,9
nízkoenergetické budovy
0
Budovy průmyslové
s velmi lehkou a lehkou prací
1,0 0,5 1,5
se středně těžkou a těžkou prací
2,0 1,0 3,0
Návrhová teplota vnitřního vzduchu vytápěných prostorů staveb ve výšce
5,0 m nad podlahou se stanoví ze vztahu:
θaih,u = θai+h.Δθai,h (14.7)
kde ai je návrhová vnitřní teplota ve °C ve výšce 1,5 m nad
podlahou
Δai,h teplotní gradient 0,3 K·m-1
h u svislých konstrukcí výška středu uvažované svislé
98
konstrukce nad podlahou, u střešních konstrukcí a
světlíků světlá výška vnitřního prostoru v m
Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu vnitřních prostorů staveb se
stanoví ze vztahu:
φi,u = φi + Δφi (14.8)
kde φi je relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %
Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka v % dle tab.14.4
Tab. 14.4. Bezpečnostní vlhkostní přirážka
Užití vlhkostní přirážky Bezpečnostní přirážka
Δφi[%]
Výpočet kondenzace vodní páry v konstrukci, výpočet celoroční bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti
5,0
Posuzování rizika růstu plísní 0,0
Relativní vlhkost vzduchu ve vnitřních prostorách občanských a bytových
staveb s požadovaným stavem vnitřního prostředí, kromě prostorů se
zvláštními provozními požadavky, prostorů s vlhkým, mokrým prostředím,
popř. suchým prostředím, kromě případů, kdy technický předpis, provozní a
technologické podmínky, požadavky na hodnocení rizikových stavů nebo
požadavky projektanta nebo stavebníka nestanoví jinak, se uvažuje φi = 50 %.
99
15 CITOVANÁ LITERATURA
Halahyja,M., Chmůrny,I., Sternová,Z. Stavebná tepelná technika – tepelná
ochrana budov. 1. vyd. Bratislava: Jaga group, 1998. 224s. ISBN 80-88905-
04-4
Janna, W. S. Engineering heat transfer. Boca Raton: CRC Press, Taylor and
Francis group, 2009. 683 p. ISBN 978-1-4200-7202-0
Mathauserová, Z. Hygienické předpisy ve výstavbě. Praha: Informační
centrum ČKAIT, s.r.o., 2010. 80 s. ISBN 978-80-87438-07-7
Řehánek, J. Tepelná akumulace budov. Praha: Informační centrum ČKAIT,
s.r.o., 2002. 280 s. ISBN 80-86364-59-3
Vaverka, J.; Chybík, J.; Mrlík, F. Stavební fyzika 2, stavební tepelná
technika. Brno: Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM,
2000. 420 s. ISBN 80-214-1649-1
Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU o energetické
náročnosti budov.
Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů.
Vyhláška č.148/2007 Sb. o energetické náročnosti budov.
Vyhláška č. 343/2009 Sb., kterou se mění vyhláška č.410/2005 Sb., o
hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro
výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých ve znění.
Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby, ve znění
vyhlášky č. 20/2012 Sb.
Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví
při práci.
Nařízení vlády č. 93/2012 Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 361/2007 Sb.,
kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, ve znění nařízení vlády
č. 68/2010 Sb.
ČSN 73 0540-1:2005 Tepelná ochrana budov - Část 1:Terminologie. Český
normalizační institut, 2005. 68 s.
ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Úřad pro
technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 56 s.
ČSN 73 0540-2/Z1:2012 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Úřad
pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012. 8 s.
ČSN 73 0540-3:2005 Tepelná ochrana budov - Část 3: Návrhové hodnoty
veličin. Český normalizační institut, 2005. 96 s.
ČSN 73 0540-4:2005 Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody.
Český normalizační institut, 2005. 60 s.
100
ČSN EN ISO 13790:2009 (73 0317) Tepelné chovaní budov - Výpočet potřeby
energie na vytápění. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní
zkušebnictví, 2009. 140 s.
ČSN EN ISO 13791:2012 (73 0318) Tepelné chování budov - Výpočet
vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení - Základní
kritéria pro validační postupy. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a
státní zkušebnictví, 2012. 114 s.
ČSN EN ISO 13792:2012 (73 0320) Tepelné chování budov - Výpočet
vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení -
Zjednodušené metody. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní
zkušebnictví, 2012. 52 s.
ČSN 73 0542:1995 Způsob stanovení energetické bilance zasklených ploch
obvodového pláště budov. Český normalizační institut, 1995. 16 s.
ČSN 73 5305:2005 Administrativní budovy a prostory. Český normalizační
institut, 2005. 16 s.
Autoři: doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D., Ing. Roman Brzoň, Ph.D.Březen 2014ISBN 978-80-214-4879-7