Stavební fyzika – Tepelná technika v teorii a praxi

Mi l anOst r ý, RomanBr z oň

ST AVEBNÍ FYZI KA –T epel nát echni kavt eor i i apr axi

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 o o o o o o

MOTRAN Research, s. r. o., Českomoravský cement, a.s.

Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., OHL ŽS, a.s., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, ESOX, spol. s r.o., Svaz vodního hospodářství ČR.

Registrační číslo projektu:

CZ.1.07/2.4.00/31.0012

Název projektu: Realizace: Řešitel:

OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

OBSAH 1 Úvod........................................................................................................... 8 2 Základy procesu šíření tepla .................................................................... 10 2.1 2.2 2.3

Přenos tepla vedením ..................................................................... 10 Přenos tepla prouděním .................................................................. 12 Přenos tepla sáláním ....................................................................... 13

3 Vybrané tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů .................... 14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Součinitel tepelné vodivosti ........................................................... 14 Objemová hmotnost ....................................................................... 16 Měrná tepelná kapacita .................................................................. 17 Součinitel teplotní vodivosti .......................................................... 18 Součinitel difuzní vodivosti ........................................................... 19 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 5.2 5.3

Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukce ............................. 30 Výpočet součinitele prostupu tepla výplně otvoru......................... 35 Hodnocení součinitele prostupu tepla ............................................ 36

6 Lineární činitel prostupu tepla ................................................................. 43 6.1 6.2

Výpočet lineárního činitele prostupu tepla .................................... 43 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 44

7 Bodový činitel prostupu tepla .................................................................. 47 7.1 7.2

Výpočet bodového činitele prostupu tepla ..................................... 47 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 47

8 Pokles dotykové teploty podlahy............................................................. 49 8.1 8.2

Výpočet poklesu dotykové teploty podlahy ................................... 49 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

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

8

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

9

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): q x  

kde

T  .gradT x

q je λ x T

(2.1)

hustota tepelného toku v W·m-2 součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1·K-1 souřadnice v m 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 10

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:  2T  T   a 2 x  t 

symbolicky: T = f(t, x)

(2.2)

Pro dvourozměrné vedení tepla pak má rovnice tvar:   2T  2T   T     a 2  2  y   t   x

symbolicky: T = f(t, x, y)

(2.3)

Pro trojrozměrné vedení tepla platí: 2 2 2  T    T  T  T     a 2  2  2  symbolicky: T = f(t, x, y, z) y z   t   x

kde

a je x, y, z T t

(2.4)

součinitel teplotní vodivosti v m2·s-1 souřadnice v m teplota v K 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.

11

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:

qc  hc (Ta  Ts ) kde

qc je hc Ta Ts

(2.6) hustota tepelného toku prouděním ve W·m-2 součinitel přestupu tepla ve W·m-2·K-1 teplota vzduchu v K 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: Nu  c.(Gr. Pr)n

kde

Nu 

kde

c,n jsou Nu Gr Pr

(2.7) experimentálně stanovené konstanty Nusseltovo číslo Grashofovo číslo Prandtovo číslo

hc .d

(2.8)



hc je d λ

součinitel přestupu tepla v W·m-2·K-1 určující rozměr teplosměnné plochy konstrukce v m součinitel tepelné vodivosti W·m-1·K-1 12

Pro součinitel přestupu tepla při nuceném proudění platí odvozená empirická rovnice:

Nu  c. Re n kde

(2.9) Reynoldsovo číslo konstanty stanovené experimentálně

Re je c, n

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:

E   . .T 4 kde

(2.10) intenzita vyzařování (plošná sálavost) ve W·m-2 emisivita tělesa v rozmezí 0 až 1 Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8 W·m-2·K-4 termodynamická teplota v K

E je ε σ T

V praxi nejčastěji uplatníme vztah pro výsledný zářivý tok mezi horkým povrchem stěny a ohraničujícími konstrukcemi velkého prostoru: Q   . .(T2  T1 ).A 4

kde

Q je

4

(2.11) zářivý tok ve W 13

ε σ T1 T2 A

emisivita stěny v rozmezí 0 až 1 Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8 W·m-2·K-4 teplota ohraničujících konstrukcí prostoru v K teplota stěny v K 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: 



kde

q  gradT

(3.1)

 je q

grad T

součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1·K-1 vektor hustoty ustáleného tepelného toku sdíleného vedením, proudícího stejnorodým izotropním materiálem ve W·m-2 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.

14

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 kde

(3.2) 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)] kde

λk je Zu z1

(3.3)

charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti ve W·m-1·K-1 vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 05403:2005 (tabulka A.1) součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce, kde dochází ke kondenzaci vodní páry dle ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.7) 15

z2 z3

součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.8) 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] kde

λk je Zu z23

(3.4) charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti ve W·m-1·K-1 vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 05403:2005 (tabulka A.1) sdružený součinitel podmínek působení

z23 = uexp - u23/80 nebo z23 = uu- u23/80 kde

uexp je u23/80 uu

(3.5)

okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti materiálu odebraná ze stavební konstrukce v % charakteristická hmotnostní vlhkost v % odhad návrhové hodnoty hmotnostní vlhkosti v %

3.2 Objemová hmotnost Objemová hmotnost představuje střední hustotu nespojitě rozložené látky, např. pórovité, zpěněné nebo volně sypané. hmotnost stavebních materiálů závisí na pórovitosti a u sypkých jejich stlačitelnosti.

Pro suchý materiál platí: md d = V kde

d je

v prostoru Objemová látek i na

(3.6)

objemová hmotnost v suchém stavu v kg·m-3

16

md V

hmotnost materiálu v suchém stavu v kg objem materiálu včetně pórů a mezer v m3

Pro vlhký materiál platí:

v =

mv V

v je

kde

mv V

(3.7) objemová hmotnost vlhkého materiálu v kg·m-3 hmotnost vlhkého materiálu v kg 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)

d je

kde

objemová hmotnost materiálu v suchém stavu v kg·m-3

Při čemž obvykle platí, že: ρd = ρD kde

(3.9)

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: c

kde

1 dQ  m dT

c je Q m T

(3.10) měrná tepelná kapacita v J·kg-1·K-1 přivedené teplo v J hmotnost látky v kg teplota v K

Měrná tepelná kapacita, dříve nazývaná měrné teplo, je důležitou veličinou při výpočtu tepelných vlastností stavebních látek.

17

Tab.3.1 Charakteristiky vybraných materiálů při 20 °C MATERIÁL

OBJEMOVÁ

MĚRNÁ TEPELNÁ

OBJEMOVÁ

HMOTNOST

KAPACITA

TEPELNÁ KAPACITA

-1

-3

-1

6

-3

-1

[kg·m ]

[J·kg ·K ]

[10 ·J·m ·K ]

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 kde

cdje

(3.11) 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: a

kde

  .c

(3.12) a je

součinitel teplotní vodivosti v m2·s-1 18

objemová hmotnost materiálu v kg·m-3 měrná tepelná kapacita v J·kg-1·K-1

ρ c

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: 

p 

g  grad ( pv )

δp je g

kde

grad(pv)

(3.13) součinitel difuzní vodivosti v kg·m-1·s-1·Pa-1 vektor hustoty ustáleného difundujícího toku vodní páry v kg·m-2·s-1 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:

 kde

a 

(3.14) δa je δ

součinitel difuzní vodivosti vzduchu v kg·m-1·s-1·Pa-1= s 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.

19

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)

20

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.

30 25

Teplota (°C)

20 15 10

θi θe

5 0 -5 -10

24.1. 25.1

26.1

27.1

28.1

29.1

30.1

31.1

1.2

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

-15

2.2

Datum, čas

Obr.4.3Průběh vnitřní teploty vzduchu a venkovní teploty pro 10 denní sledované období (archiv autora)

60

Relativní vlhkost (%)

55 50 45 φi 40 35 30

24.1. 25.1

26.1

27.1

28.1

29.1

30.1 31.1

1.2

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

25

2.2

Datum, čas

Obr.4.4Průběh relativní vlhkosti vnitřního vzduchu pro 10 denní sledované období (archiv autora)

21

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 7305403:2005: 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: f Rsi 

kde

 si   e    si  1  ai  1   Rsi  ai   e  ai   e

θsi je θe θai ξRsi

(4.1)

nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C teplota venkovního vzduchu ve °C teplota vnitřního vzduchu ve °C poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu 22

Pro konstrukce, ve kterých lze uvažovat jednorozměrné šíření tepla, se nejnižší povrchová teplota rovná průměrné vnitřní povrchové teplotě podle následujících vztahů:

 si,min   sim   e  f Rsim  ( ai   e )   ai   Rsim  ( ai   e )

(4.2)

 si,min   sim   ai  U  Rsi  ( ai   e )

(4.3)

kde

θsi,min je θe θai θsim ξRsi fRsi U

nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C teplota venkovního vzduchu ve °C teplota vnitřního vzduchu ve °C průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu teplotní faktor vnitřního povrchu 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:

 R siK  1,05  (U  RsiK ) 0,69 kde

ξRsiK je RsiK U

(4.5)

poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu v koutě odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W-1 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:

 R siK  0,6  (U  RsiK ) kde

RsiK je U Ui

0 , 79

U  Ui

  

0 , 21

(4.6)

odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W-1 součinitel prostupu tepla vnější konstrukce ve W·m-2·K-1 součinitel prostupu tepla vnitřní konstrukce ve W·m-2·K-1 23

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 24

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: f Rsi  f Rsi , N

(4.7)

f Rsi , N  f Rsi ,cr

(4.8)

kde

fRsi,N je fRsi,cr

požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu, bezrozměrná 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:

f Rsi ,cr  1 

237,3  2,1   ai 1   ai   ex 1,1  17,269 / ln i ,r /  si,cr 

25

(4.9)

ai je

kde

ex

i,r

návrhová teplota vnitřního vzduchu stanovená pro budovu nebo její ucelenou část pro požadované užívání podle ČSN 73 0540-3ve °C; návrhová vnější teplota prostředí přilehlého k vnější straně konstrukce v zimním období, která se stanoví podle ČSN 73 0540-3 jako návrhová teplota venkovního vzduchue pro vnější konstrukce, nebo jako návrhová teplota vnitřního vzduchu přilehlého prostředíai pro vnitřní konstrukce, nebo jako návrhová teplota zeminy gr pro konstrukce přilehlé k zemině 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:

 i,r   i   i kde

φi je

Δφi

o

(4.10) 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 bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO 13788, uvažuje se Δφi = 5 %

pro ostatní prostory ze vztahu:

i,r  i  100  f   e  5  i

(4.11)

26

pro stavební konstrukce však nejméně

i,r  i  10  i kde

φi je

Δφr

θe Δφi

si,cr

(4.12) 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 % změna relativní vlhkosti vnitřního vzduchu vlivem teploty venkovního vzduchu, v K-1; uvažuje se Δφf = 0,01 K-1; návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období podle ČSN 73 0540-3 ve C bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO 13788, v %, která se uvažuje 5 %; 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% Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C] θai[°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

27

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: f Rsi  f Rsi , N

(4.13)

f Rsi , N  f Rsi ,cr

(4.14)

kde

fRsi,N je fRsi,cr

doporučená hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu, bezrozměrná 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% Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C] θai[°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

28

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 : Korekce součinitele prostupu dU :

Stěna 2 0.020 W/m K

Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo

1 2 3 4 5 6 7

Název

D[m]

L[W/mK]

C[J/kgK]

Ro[kg/m3]

Mi[-]

Omítka vápenná Zdivo CP 1 Omítka vápenoc Cemix 135 - Le BASF EPS 100 N Cemix 135 - Le Cemix 428 - Mi

0,0200 0,4400 0,0250 0,0040 0,2000 0,0040 0,0020

0,8700 0,8000 0,9900 0,5700 0,0310 0,5700 0,7500

840,0 900,0 790,0 1200,0 1250,0 1200,0 840,0

1600,0 1700,0 2000,0 1550,0 18,0 1550,0 1700,0

6,0 8,5 19,0 20,0 45,0 20,0 18,0

Okrajové podmínky výpočtu : Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : Návrhová venkovní teplota Te : Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi :

2

0.13 m K/W 2 0.25 m K/W 2 0.04 m K/W 2 0.04 m K/W -15.0 C 21.0 C 84.0 % 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)

29

Ma[kg/m2]

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

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: R

d

(5.1)



kde

d je λ

tloušťka materiálu v m součinitel tepelné vodivosti ve W·m–1·K–1

V případě konstrukce složené z více vrstev uspořádaných za sebou určíme tepelný odpor dle vztahu: R

kde

di

(5.2)

i

di je λ

tloušťka příslušné vrstvy v m 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 kde

Rsi je R Rse

(5.3) odpor při přestupu tepla na vnitřní straně v m2·K·W–1 tepelný odpor konstrukce v m2·K·W–1 odpor při přestupu tepla na vnější straně v m2·K·W–1

30

Odpor při přestupu tepla představuje tepelný odpor mezní vzduchové vrstvy přiléhající bezprostředně k vnitřní nebo k vnější straně konstrukce: Rsi 

kde

1 hi

Rse 

hi je he

1 he

(5.4)

součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce ve W·m-2·K-1 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

pro výpočty šíření vlhkosti a rizika růstů plísní

pro výpočty šíření tepla

0,04

0,04

0,03

0,03

0,07

0,07

0,25

0,13

zdola nahoru

0,25

0,10

shora dolů

0,25

0,17

Svislý kout

0,25

0,19

Vodorovný kout

0,25

0,21

Svislý povrch nebo povrch se sklonem od 90°do 60°

0,13

0,13

zdola nahoru

0,13

0,10

shora dolů

–

0,17

Svislý kout

0,13

0,20

Vodorovný kout

0,13

0,20

Zimní Zimní, při nadmořské výšce nad 1000 m n.m.

Vnější povrch stavební konstrukce a výplně otvoru

Letní Svislý povrch

Vnitřní povrch stavební konstrukce

Zimní i letní

Odpor při přestupu tepla Rsi, Rse, Rsik 2 -1 [m ·K·W ]

Vodorovný povrch při tepelném toku

Vodorovný povrch nebo povrch se sklonem do 0°do 60° Vnitřní povrch výplně otvoru

Vodorovný povrch při tepelném toku

31

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:

U

kde

1 1  Rsi  R  Rse RT U je R Rsi Rse

(5.5)

součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2·K–1 tepelný odpor konstrukce v m2·K·W–1 odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce v m2·K·W–1 odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce v m2·K·W–1

2. z průměrné vnitřní povrchové teploty konstrukce nebo jejího charakteristického výseku:

U

kde

 ai   sim  Rsi  ai   e  U je Rsi θai θsim θe

(5.6) součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2·K–1 odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce V m2·K·W–1 teplota vnitřního vzduchu ve °C průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C 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 32

konstrukce při použití odporů při přestupu tepla platných pro hodnocení prostupu tepla.

Součinitel prostupu tepla lze také stanovit z dvourozměrného teplotního pole pomocí vztahu: L2 D U b

kde

(5.7) Lj2D je

b

lineární tepelná propustnost ve W·m–1·K–1 určená pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro charakteristický výsek konstrukce šířka charakteristického výseku geometrického modelu konstrukce v m

Součinitel prostupu tepla z trojrozměrného teplotního pole se stanoví pomocí vztahu: L3 D U A

kde

(5.8) Lj3D je

A

prostorová tepelná propustnost ve W·K–1 určená pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro charakteristický výsek konstrukce 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 kde

Uid je ∆Utbk

(5.9) součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce ve W·m–2·K–1 celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem všech tepelných mostů v konstrukci ve W·m–2·K–1

33

Celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem všech tepelných mostů v konstrukci se vyjádří vztahem: ∆Utbk = ∑∆Utbk,j ∑∆Utbk,j

kde

(5.10) 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:

U tbk , j   j 

lj

ψj je

kde

lineární činitel prostupu tepla j-tého lineárního tepelného mostu ve W·m–1·K–1 délka j-tého lineárního tepelného mostu v celé konstrukci v m plocha celé konstrukce v m2

l A o

pro bodové tepelné mosty v konstrukci:

U tbk , j   j 

kde

(5.11)

A

χj je

nj A

nj

(5.12)

A

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 počet j-tých bodových tepelných mostů v celé konstrukci plocha celé konstrukce v m2

34

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 kde

Uid je ∑∆U

(5.13) součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce ve W·m–2·K–1 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:

U w,u  kde

Ag .U g  Af .U f  lg . g

(5.14)

Ag  Af Ag je Ug Af Uf ℓg

g

plocha viditelné části zasklení v m2 součinitel prostupu tepla zasklení ve W·m–2·K–1 plocha okenního rámu a rámu křídla v m2 součinitel prostupu tepla rámu ve W·m–2·K–1 délka viditelného obvodu zasklení v m lineární činitel prostupu tepla styku rámu/zasklení/ distančního rámečku izolačního skla ve W·m–1·K–1 35

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:

U UN kde

(5.15) 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:

U N  U N , 20  e1 kde

UN,20 je e1

(5.16) součinitel prostupu tepla z tab. 5.3 ve W·m–2·K–1 součinitel typu budovy

Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:

e1 

16  im  4

kde

θimje

(5.17) 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.

36

Tab.5.2Hodnoty součinitele typu budovy dle ČSN 730540-2:2011 Převažující návrhová

15

16

17

1,45

1,33

1,23

vnitřní teplota Součinitel typu budovy

18 až 22

1,00

23

24

25

26

27

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: U ,N 

kde

0,6   ai     Rsi   ai   e 

ai je e



(5.18) návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C 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 37

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: T  A  U N  (im  5)

kde

ΦT je UN θim

A

(5.19) tepelná ztráta prostupem tepla podlahou ve W požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla ve W·m–2·K–1 převažující návrhová vnitřní teplota ve °C plocha stanovená z vnějších rozměrů v m2

Tepelná ztráta prostupem tepla podlahou se stanoví při použití vztahu:  T  H g  ( im   e )

kde

Hg je

θe

(5.20) 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 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 -2

-1

Součinitel prostupu tepla [W·m K ]

Popis konstrukce

Stěna vnější

Požadované hodnoty

Doporučené hodnoty

UN,20

Urec,20

0,30

1)

těžká: 0,25 lehká: 0,20

Doporučené hodnoty pro pasivní budovy Upas,20 0,18 až 0,12

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

38

Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace) Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace)

0,30 0,30

1)

0,20 těžká: 0,25 lehká: 0,20

0,15 až 0,10 0,18 až 0,12

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

0,2+ fw

0,15+ 0,85·fw

Lehký obvodový plášť (LOP) hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru 2 2 f w = Aw / A v m /m kde A je celková plocha lehkého 2 obvodového pláště v m Aw plocha průsvitné výplně otvoru včetně příslušných částí rámu 2 vm Rámy LOP by přitom měly mít Uf ≤ 2,0

fw≤0,5

fw>0,5

39

0,3+1,4·fw

0,7+1,4·fw

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 : Korekce součinitele prostupu dU :

Strop, střecha - tepelný tok zdola 2 0.020 W/m K

Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo

1 2 3 4 5 6

Název

D[m]

L[W/mK]

C[J/kgK]

Ro[kg/m3]

Mi[-]

Omítka vápenná Dřevo měkké (t Uzavřená vzduc Dřevo měkké (t Jíl a jemný pí Půdovka

0,0250 0,0200 0,2100 0,0250 0,0400 0,0400

0,8700 0,1800 1,0470* 0,1800 1,5000 0,8600

840,0 2510,0 1280,0 2510,0 2000,0 900,0

1600,0 400,0 73,0 400,0 1500,0 1800,0

6,0 157,0 0,0 157,0 50,0 9,0

Ma[kg/m2]

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

* ekvival. tep. vodivost s vlivem tepelných mostů, stanovena interním výpočtem Číslo

Kompletní název vrstvy

Interní výpočet tep. vodivosti

1 2

Omítka vápenná Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům)

3

Uzavřená vzduch. dutina tl. 210 mm

4

Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům)

5 6

Jíl a jemný písek Půdovka

----vliv běžných tep. mostů dle EN ISO 6946 -------

Okrajové podmínky výpočtu : Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : Návrhová venkovní teplota Te : Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi :

2

0.10 m K/W 2 0.25 m K/W 2 0.04 m K/W 2 0.04 m K/W -15.0 C 21.0 C 84.0 % 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 = Vypočtená hodnota: U = U > U,N ... POŽADAVEK NENÍ SPLNĚN.

0,24 W/m2K 1,46 W/m2K

40

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] 1 1 48 21.00 2 433 480 -13.00

Rs [m2K/W] 0.25 0.04

p [kPa] 1.37 0.17

h,p [10^9 s/m] 10.00 20.00

NEJNIŽŠÍ POVRCHOVÉ TEPLOTY A HUSTOTY TEPELNÉHO TOKU: Prostředí 1 2 Vysvětlivky: T Rs R.H. Ts,min Tep.tok Q

T [C] 21.0 -13.0

Rs [m2K/W] 0.25 0.04

R.H. [%] 55 84

Ts,min [C] 13.13 -12.80

Tep.tok Q [W] 10.927 -10.929

Propust. L [W/K] 0.321 0.321

zadaná teplota v daném prostředí [C] zadaný odpor při přestupu tepla v daném prostředí [m2K/W] zadaná relativní vlhkost v daném prostředí [%] minimální povrchová teplota v daném prostředí [C] hustota tepelného toku z daného prostředí [W] (hodnota je vztažena na celý 3D tepelný most, přičemž ztráta je kladná a zisk je záporný)

41

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 A = 1,08 x 1,08 = 1,17 m2

výstup z programu Cube3D 2007 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.

42

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:

 j  L2j D  U id  b j kde

Lj2D je

Uid

bj

(6.1) 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 součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce ve W·m–2·K–1 pro skladbu konstrukce mimo tepelný most 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 43

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 –1

–1

Lineární činitel prostupu tepla[W·m ·K ] Typ lineární tepelné vazby

Požadované hodnoty

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.

Vnější stěna navazující na výplň otvoru, např. na okno, dveře, vrata a část prosklené stěny v parapetu, bočním ostění a v nadpraží Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík, poklop výlezu

Doporučené hodnoty

Doporučené hodnoty pro pasivní budovy

0,20

0,10

0,05

0,10

0,03

0,01

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.

44

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 U=0,281 W·m-2·K-1

celková tepelná propustnost (výstup z programu AREA 2011) 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

45

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)

46

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:

 j  L3jD  U id  A j kde

Lj3D je

Uid

Aj

(5.14) 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 součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce ve W·m–2·K–1 pro skladbu konstrukce mimo tepelný most 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 –1

Bodový činitel prostupu tepla [W·K ] Typ bodové tepelné vazby

Požadované hodnoty

Průnik tyčové konstrukce (sloupy, nosníky, konzoly, apod.) vnější stěnou, podhledem nebo střechou

0,4

47

Doporučené hodnoty

0,1

Doporučené hodnoty pro pasivní budovy 0,02

Poznรกmky

48

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: 10 

kde

33   sim  . B

(8.1)

1117  B

Δθ10 je B θsim

pokles dotykové teploty ve °C tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5·m2·K-1 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 kde

(8.2) B je B1

tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5·m2·K-1 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) kde

Bmat,1 je

(8.3) tepelná jímavost materiálu nejvýše položené vrstvy podlahy ve W·s0,5·m2·K-1

49

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: Bmat,1  1 . c1 . 1

kde

cje ρ λ

(8.4) měrná tepelná kapacita v J·kg-1·K-1 objemová hmotnost v kg·m-3 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) kde

Bmat,j je Kj

(8.5) tepelná jímavost materiálu j-té vrstvy podlahy ve W·s0,5·m2·K-1 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:

Bmat, j   j . c j .  j kde

cj je ρj λj

(8.6) měrná tepelná kapacita vrstvyv J·kg-1·K-1 objemová hmotnost vrstvy v kg·m-3 součinitel tepelné vodivosti vrstvy ve W·m-1·K-1

50

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: K j  2

h nj



exp n 2 . y j



(8.8)

Kde dílčí součinitelé se spočítají: hj 

xj 1 xj 1

; xj 

B j 1 Bmat, j

;

yj 

d 2j . c j .  j 600 .  j

; n  1, 2, 3  

(8.9)

Výpočet se ukončí při splnění následující podmínky: ABS

h nj



exp n 2 . y j



 0,000 001

(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 kde

(8.11)

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

51

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 Kategorie podlahy Účel místnosti

Druh budovy

Obytná budova

Požadovaná Doporučená

dětský pokoj, ložnice

I.

obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji,

II.

I.

koupelna, WC

III.

II.

předsíň před vstupem do bytu

IV.

III.

učebna, kabinet

II.

tělocvična

II.

dětská místnost jeslí a školky

I.

kuchyň

operační

sál,

předsálí,

ordinace,

přípravna,

vyšetřovna, služební místnost

Občanská budova

Výrobní budova

II.

chodba a předsíň nemocnice

III.

II.

pokoj dospělých nemocných

II.

I.

pokoj nemocných dětí

I.

pokoj intenzivní péče

II.

kancelář

II.

hotelový pokoj

II.

pokoj v ubytovně

III.

sál kina, divadla

II.

místa pro hosty v restauraci

III.

prodejna potravin

III.

trvalé pracovní místo při sedavé práci

II.

trvalé pracovní místo bez podlážky nebo teplé obuvi

III.

II.

sklad se stálou obsluhou

IV.

III.

I.

II.

II.

Pro místnosti, jejichž účel není ve výše uvedené tabulce uveden, se použijí kategorie pro podobný účel místnosti.

52

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 : Korekce součinitele prostupu dU :

Podlaha - výpočet poklesu dotykové teploty 2 0.020 W/m K

Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo

1 2 3 4 5 6

Název

D[m]

L[W/mK]

C[J/kgK]

Ro[kg/m3]

Mi[-]

Vlysy Anhydritová sm PE folie Isover N Železobeton 3 Omítka vápenoc

0,0250 0,0400 0,0001 0,0400 0,2000 0,0150

0,1800 1,2000 0,3500 0,0370 1,7400 0,9900

2510,0 840,0 1470,0 800,0 1020,0 790,0

600,0 2100,0 900,0 100,0 2500,0 2000,0

157,0 20,0 1440,0 1,0 32,0 19,0

Návrhová venkovní teplota Te : Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi :

20.0 C 20.0 C 50.0 % 55.0 %

TISK VÝSLEDKŮ VYŠETŘOVÁNÍ : Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946: Tepelný odpor konstrukce R : Součinitel prostupu tepla konstrukce U :

2

1.33 m K/W 2 0.600 W/m K

Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788: Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p :

20.00 C 1.000

Pokles dotykové teploty podlahy dle ČSN 730540: Tepelná jímavost podlahové konstrukce B : Pokles dotykové teploty podlahy DeltaT :

2

520.73 Ws/m K 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.

53

Ma[kg/m2]

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

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 kde

Zpj je δj dj

(9.1) difuzní odpor j-té vrstvy konstrukce v m·s-1 součinitel difúzní vodivosti materiálu v s tloušťka příslušné vrstvy materiálu v m

Difúzní odpor vícevrstvé konstrukce při uvažování jednorozměrného šíření difuze vodní páry se spočítá: Zp =∑ Zpj kde

(9.2) 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 kde

ZpT je

(9.3) odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1 54

Zp Zpi Zpe

difuzní odpor konstrukce v m·s-1 odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce v m·s-1 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: p x  pi 

kde

Z pi  Z px Z pT

pi je pe ZpT Zpx

( pi  p e )

(9.4)

částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnitřní straně konstrukce v Pa částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnější straně konstrukce v Pa odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1 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: pi 

kde

 i  p sat,i

(9.5)

100

pi je psat,i φi

částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který odpovídá teplotě vnitřního vzduchu θai relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %

Částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu se spočítá ze vztahu: pe 

 e p sat,e

(9.6)

100

55

kde

pe je psat,e φe

částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který odpovídá teplotě venkovního vzduchu θe 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)

56

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

o

(9.8)

v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v kondenzační oblasti (případ C) za podmínky, že pro určitou část konstrukce platí: psat,x <px kde

psat,x je px

(9.9) částečný tlak nasycené vodní páry v Pa v místě x 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:

R

d

(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: 57

U

1 RT

(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) kde

θxje θai θe Rx

(9.13)

teplota v místě x ve °C návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C teplota venkovního vzduchu v zimním období ve °C 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 : 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: p  pi  sat,i i 100% (9.15) p sat,e   e pe  100% o

7. Provedeme grafické řešení určení oblasti kondenzace: o o o

na osu x vyneseme hodnoty příslušných difuzních odporů; na osu y vyneseme příslušné hodnoty pi a pe a spojíme úsečkou; na osu y vyneseme příslušné hodnoty psat na rozhraní vrstev a ve ¼ vrstev konstrukce a jednotlivé body spojíme; 58

o o

vedeme tečny z bodů pi a pe ke křivce průběhů částečných tlaků nasycené vodní páry; 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)

59

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: kde

Maj je

Maj = Maz,j+Maj,j kde

Maz,j je

Maj,j

(9.17) 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) 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: gA 

kde

pi  psat, A

(9.18)

Z pA

pi je psat,A ZpA

částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici oblasti kondenzace A difuzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce k hranici A oblasti kondenzace v m·s-1 60

Hustota difuzního toku vodní páry, která proudí konstrukcí od hranice B oblasti kondenzace k vnějšímu povrchu, se určí ze vztahu:

gB 

kde

psat, B  pe

(9.19)

Z pB peje psat,B ZpB

částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici oblasti kondenzace B 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-1tak, aby splňovalo podmínku: Mc ≤ Mc, N kde

Mc je Mc,N

(9.21) roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce v kg·m-2·a-1 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

61

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 kde

(9.22) Mc je Mev

roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce v kg·m-2·a-1 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)

62

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 : Korekce součinitele prostupu dU :

Stěna 2 0.010 W/m K

Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo

1 2 3 4 5 6 7 Číslo

Název

D[m]

L[W/mK]

C[J/kgK]

Ro[kg/m3]

Mi[-]

Omítka vápenná Zdivo CP 1 Omítka vápenoc Cemix 135 - Le BASF EPS 100 N Cemix 135 - Le Cemix Silikáto

0,0200 0,2900 0,0250 0,0040 0,2600 0,0040 0,0030

0,8700 0,8000 0,9900 0,5700 0,0310 0,5700 0,6500

840,0 900,0 790,0 1200,0 1250,0 1200,0 840,0

1600,0 1700,0 2000,0 1550,0 18,0 1550,0 1600,0

6,0 8,5 19,0 20,0 45,0 20,0 24,0

Kompletní název vrstvy

Interní výpočet tep. vodivosti

1 2 3 4

Omítka vápenná Zdivo CP 1 Omítka vápenocementová Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota

5 6

BASF EPS 100 NEO Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota

7

Cemix Silikátová zatíraná omítka bílá/barevná

---------------

Okrajové podmínky výpočtu : 2

Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse :

0.13 m K/W 2 0.25 m K/W 2 0.04 m K/W 2 0.04 m K/W

Návrhová venkovní teplota Te : Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi :

-15.0 C 20.0 C 84.0 % 55.0 %

Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946: Tepelný odpor konstrukce R : Součinitel prostupu tepla konstrukce U : Součinitel prostupu zabudované kce U,kc :

2

8.08 m K/W 2 0.121 W/m K 2

0.14 / 0.17 / 0.22 / 0.32 W/m K

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 : Teplotní útlum konstrukce Ny* : Fázový posun teplotního kmitu Psi* :

8.0E+0010 m/s 1231.2 14.8 h

63

Ma[kg/m2]

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788: Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p :

18.95 C 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

tepl.[C]: p [Pa]: p,sat [Pa]:

19.0 1285 2202

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

19.0 1276 2189

17.6 1088 2006

17.5 1051 1994

17.4 -14.8 1045 150 1990 168

6-7

e

-14.8 144 167

-14.8 138 167

Při venkovní návrhové teplotě dochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry.

Kond.zóna číslo

Hranice kondenzační zóny levá [m] pravá

1

0.5353

0.5572

Kondenzující množství vodní páry [kg/m2s]

3.006E-0009

Celoroční bilance vlhkosti: 2 Množství zkondenzované vodní páry Mc,a: 0.002 kg/m ,rok 2 Množství vypařitelné vodní páry Mev,a: 1.145 kg/m ,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: Převažující návrhová vnitřní teplota TiM: Návrhová venkovní teplota Tae: Teplota na vnější straně Te: Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai: Relativní vlhkost v interiéru RHi:

20,0 C 20,0 C -15,0 C -15,0 C 20,0 C 50,0 % (+5,0%)

Skladba konstrukce Číslo

1 2 3 4 5 6 7

Název vrstvy

d [m]

Omítka vápenná Zdivo CP 1 Omítka vápenocementová Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova BASF EPS 100 NEO Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova Cemix Silikátová zatíraná omít

0,020 0,290 0,025 0,004 0,260 0,004 0,003

Lambda [W/mK]

0,870 0,800 0,990 0,570 0,031 0,570 0,650

Mi [-]

6,0 8,5 19,0 20,0 45,0 20,0 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.

64

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/m 2,rok Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 1,1451 kg/m 2,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

65

Poznรกmky

66

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.

10.1Veličiny 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:

v  0,5.( ai   sim,m ) kde

θvje θai θsim,m

(10.1) výsledná teplota ve °C teplota vnitřního vzduchu ve °C vážený průměr povrchových teplot ve °C

Vážený průměr povrchových teplot se spočítá podle vztahu:

 sim,m  kde

( sim, j . Aj )

(10.2)

 Aj

θsim, j je Aj

průměrná povrchová teplota j-té konstrukce ve ˚C plocha j-té konstrukce dané místnosti v m2

67

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: o 

kde

 c . ai   r . r c  r

αc je αr θai θr

(10.3) součinitel přestupu tepla prouděním ve W.m-2.K-1 součinitel přestupu tepla sáláním ve W.m-2.K-1 teplota vnitřního vzduchu ve °C 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)

68

V případě, kdy není k dispozici radiometr pro měření střední sálavé (radiační) teploty, je možné použít vztah (Mathauserová, 2010):





 r   g  2734  2,9.108.a 0,6  g   a  θg je θai υa

kde

1/ 4

 273

(10.4)

teplota kulového teploměru o průměru 0,10 m ve °C teplota vnitřního vzduchu ve °C rychlost proudění vzduchu v m.s-1

nebo vztah:





 r   g  2734  2,5.108.a 0,6  g   a  kde

θg je θai υa

1/ 4

 273

(10.5)

teplota kulového teploměru o průměru 0,15 m ve °C teplota vnitřního vzduchu ve °C rychlost proudění vzduchu v m.s-1

10.2Tepelná 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.

69

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:

v (t )  i  v (t ) kde

(10.6)

θi je θv(t)

návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C 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: 

 v (t )   ai (t )  650  V LV 

 ai (t )   e

( A h

si

(10.7)

)

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 kde

θai(t) je

Objemový tok vzduchu proudícího do místnosti se určí ze vztahu: 

V LV 

n  Vs 3600

(10.8)

a při spárové průvzdušnosti ze vztahu 

V LV  B  M  iLV  L 

kde

n je Vs

(10.9) výměna vzduchu v h-1 objem sledované místnosti v m3 70

B M iLV L

charakteristické číslo budovy v Pa0,67 charakteristické číslo místnosti součinitel spárové průvzdušnosti v m3·s-1·m-1·Pa-0,67 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:  v (t )   v, N (t )

kde

∆θv(t) je ∆θv,N(t)

(10.10) pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období ve °C 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 POKLES VÝSLEDNÉ TEPLOTY DRUH MÍSTNOSTI (PROSTORU)

V MÍSTNOSTI V ZIMNÍM OBDOBÍ

∆θv,N(t)[°C] S pobytem lidí po přerušení vytápění  

při vytápění radiátory, sálavými panely a teplovzdušně;

3

při vytápění kamny a podlahovém vytápění

4

Bez pobytu lidí po přerušení vytápění 

při přerušení vytápění topnou přestávkou

budova masivní

6

budova lehká

8



při předepsané nejnižší výsledné teplotě v,min

 i –  v,min



při skladování potravin

i – 8



při nebezpečí zamrznutí vody

i – 1 i – 1

Nádrže s vodou (teplota vody)

Pokud je pokles výsledné teploty větší než připouští ČSN 73 0540:2, lze z důvodů zlepšení tepelně technického stavu obecně uvažovat s následujícími úpravami: 71

o o o

o

o

zmenšit plochu výplní otvorů za předpokladu, že budou dodrženy požadavky na denní osvětlení a proslunění obytných místností; snížit výměnu vzduchu, ale zachovat nezbytnou výměnu vzduchu z hygienického hlediska; zvýšit akumulační schopnosti obalových konstrukcí místností např. provedením masivních zděných nebo betonových konstrukcí; 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; snížit průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy.

10.3Tepelná 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:  ai,max  max(  ai* (t )) (10.11) kde

θai,* je t

teplota vzduchu ve °C v místnosti v letním období čas v h

Denní časový průběh teploty vzduchu θai,*v místnosti v letním období se stanoví jedním z následujících postupů:

72

o o o

zjednodušeným postupem dle přílohy A v ČSN EN ISO 13792 při splnění předpokladů uvedených v kapitole 4.1 této normy; přesnějším postupem podle přílohy A v ČSN EN ISO 13791 při splnění předpokladů uvedených v této normě; 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:

 ai,max   ai,max,N

(10.12)

θai,max je θai,max,N

kde

nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti ve °C 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 NEJVYŠŠÍ DENNÍ TEPLOTA VZDUCHU V MÍSTNOSTI

DRUH BUDOVY

V LETNÍM OBDOBÍ θai,max,N°C Nevýrobní

27,0

Ostatní s vnitřním zdrojem tepla  

-3

do 25 W.m včetně nad 25 W.m

29,5

-3

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 73

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)

74

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)

75

Poznรกmky

76

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)

77

11.1Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla Průměrný součinitel obálky budovy Uem se spočítá podle následujícího vztahu: Uem = kde

HT A

HT je A

(11.1) měrná ztráta prostupem tepla stanovená podle ČSN EN ISO 13789 ve W·K-1 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: HT   Aj U j  b j   A  U tbm

(11.2)

nebo způsobem HT   Aj U j  b j     j  l j  b j     j  b j 

kde

Aj je Uj bj ΔUtbm

ψj lj χj

(11.3)

plocha j-té ochlazované konstrukce v m2 součinitel prostupu tepla j-té konstrukce ve W·m-2·K-1 činitel teplotní redukce j-té konstrukce průměrný vliv tepelných vazeb mezi ochlazovanými konstrukcemi na systémové hranici budovy ve W·m-2·K-1 lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi stanovený ve W·m-1·K-1 délka j-té lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi vm bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1

78

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:

U tbk , j 

kde

( j l j b j )

ψj je

lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné vazby ve W·m–1·K–1 délka j-té lineární tepelné vazby v m činitel teplotní redukce plocha celé konstrukce v m2

lj bj A o

pro bodové tepelné vazby mezi konstrukcemi:

U tbk , j 

kde

(11.4)

A

(  j b j )

(11.5)

A

χj je bj A

bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1 činitel teplotní redukce 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:

 i e   im   e

(11.7)

79

o

bj 

o

bj 

o

bj 

kde

pro konstrukce na systémové hranici přilehlé k vnějšímu vzduchu pro prostory s návrhovou vnitřní teplotou θi,j odlišnou od převažující návrhové vnitřní teploty θim

 i, j   e  ie

(11.8)

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

 i, j   u (11.9)  ie 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 nebo přesněji se pro konstrukce na systémové hranici budovy přilehlé k nevytápěnému prostoru použije vztah:

 i, j   u H ue   ie H iu  H ue θi,j je θu θie Hue

Hiu

o

(11.10) návrhová vnitřní teplota ve °C návrhová vnitřní teplota nevytápěného prostoru ve °C základní rozdíl teplot vnitřního θim a venkovního vzduchu θe ve °C základní měrná ztráta prostupem tepla z nevytápěného prostotu do venkovního prostředí s činitelem teplotní redukce dle 11.8 ve W·K-1 základní měrná ztráta prostupem tepla z vnitřního prostředí do nevytápěného prostoru s činitelem teplotní redukce dle 11.9 ve W·K-1

nebo přesněji pro konstrukce na systémové hranici budovy přilehlé k zemině se činitel teplotní redukce určí ze vztahu: 80

bj 

kde

i, j   e Lsj   ie  ( A j U j ) Lsj je Aj Uj

(11.11)

tepelná propustnost konstrukcemi přilehlými k zemině ve W·K-1 dle ČSN EN ISO 13370 plocha konstrukcí přilehlých k zemině v m2 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.

11.2Hodnocení 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 kde

Uem,N je

(11.12) 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;

81

o

pro budovy s odlišnou převažující návrhovou vnitřní teplotou ze vztahu:

Uem.N = Uem N,20 · e1 kde

UN,20 je e1

(11.13)

průměrný součinitel prostupu tepla z tab.11.1 ve W·m-2·K-1 součinitel typu budovy

Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:

e1 

16  im  4

kde

θim je

(11.14) 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 kde

UN,j je

Aj bj

(11.15)

odpovídající normová požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla j-té teplosměnné konstrukce ve W·m-2·K-1 plocha j-té teplosměnné konstrukce stanovená z vnějších rozměrů v m2 teplotní redukční činitel odpovídající j-té konstrukci.

82

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 Požadované hodnoty průměrného součinitele -2 -1 prostupu tepla období Uem N,20[W.m K ]

Druh budovy Nové obytné budovy

Výsledek výpočtu, nejvýše však 0,50 Výsledek výpočtu, nejvýše však hodnota: Pro objemový faktor tvaru: A/V ≤ 0,2Uem,N,20= 1,05

Ostatní budovy

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 kde

Uem,N je

(11.16) požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla ve W·m-2·K-1

83

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).

12.1Klasifikační 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 Kód barvy třídy (CMYK)

Průměrný součinitel prostupu -2 -1 tepla budovy Uem [W·m ·K ]

Slovní vyjádření klasifikační třídy

A

X0X0

Uem≤ 0,5·Uem,rq

Velmi úsporná

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

Mimořádně nehospodárná

Uem> 2,5·Uem,rq

84

Klasifikační ukazatel CI  0,5  0,75  1,0  1,5  2,0  2,5

12.2Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy Tab. 12.2 Měrná tepelná ztráta a průměrný součinitel prostupu tepla

Měrná ztráta prostupem tepla HT

[-]

Redukční činitel b

2

[W/(m K)]

Součinitel prostupu tepla U

2

Plocha A[m ]

Hodnocená budova

Měrná ztráta prostupem tepla HT

[-]

2

[W/(m K)] Redukční činitel b

2

Plocha A [m ]

Konstrukce

Součinitel prostupu tepla U (požadovaná hodnota)

Referenční budova (stanovení požadavku)

Celkem započitatelná plocha výplní otvorů Celkem obvodové stěny po odečtení výplně otvorů Střecha Podlaha na terénu Celkem Tepelné vazby

výsledek podrobného výpočtu

plocha *0,02

Klasifikační třída obálky budovy podle Přílohy C ČSN 73 0540-2:2011

výpočet

85

slovní klasifikace

(doporučené) hodnotě

Vyhovuje požadované

výpočet

doporučená hodnota:

požadovaná hodnota:

výpočet

nejvýše však 0,5

Průměrný součinitel prostupu tepla

Uem.ref =(UN,i·A i ·bj) /  Ai + 0,02,

Celková měrná ztráta prostupem tepla

Obr.12.1 Příklad energetického štítku obálky budovy rodinného domu (archiv autora)

86

Poznรกmky

87

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.

88

Obr.13.1 Termogram vnitřního povrchu zděné obvodové stěny (archiv autora)

13.1Průvzdušnost obálky budovy Celková průvzdušnost obálky budovy nebo její ucelené části se ověřuje pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n 50 v h-1 při tlakovém rozdílu 50 Pa, stanovené experimentálně dle ČSN EN 13829. Doporučuje se splnění podmínky:

n50  n50, N kde

n50 je n50,N

(13.1) hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa zjištěná měřením limitní hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa stanovená příslušným předpisem

Tab.13.1Doporučené hodnoty celkové intenzity větrání n50,N –1

n50,N[h ]

Větrání v budově

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

89

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 kde

nmin,N je

(13.3) 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 kde

(13.4) 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)

13.2Měření 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:

90

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.

91

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.

92

14 OKRAJOVÉ PODMÍNKY TECHNICKÉ VÝPOČTY

PRO

TEPELNĚ

14.1Návrhové 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 kde

e,100 je

e

(14.1) 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 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:  e   e,0 

kde

h 100

e,0 je

(14.2) 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 93

o

o o o

o o

o

H.3), která slouží pro výpočet roční bilance kondenzace a vypařování po měsících dle ČSN EN ISO 13788; 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; návrhová teplota zeminy θgr přilehlé ke svislým nebo vodorovným stavebním konstrukcím v zimním období (příloha H.5); návrhová rychlost a směr větru (příloha H.1); 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); návrhová střední intenzita globálního slunečního záření v letním období a související veličiny (příloha H.6); 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); 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)

94

Tab. 14.1 Teplotní oblasti České republiky v zimním období, jejich průměrná nadmořská výška, základní návrhová teplota venkovního vzduchu a teplotní gradient 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

Teplotní oblast

14.2Návrhové 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 kde

o je v i

(14.4) operativní teplota ve °C výsledná teplota ve °C 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) kde

ai,u je i

(14.5)

návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období návrhová vnitřní teplota ve °C 95

e Um

návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C 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

96

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 kde

(14.6)

ai,u je Δai

návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období 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 Přirážka Δai [K] Období realizace/ druh budovy

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 kde

ai je Δai,h h

(14.7) návrhová vnitřní teplota ve °C ve výšce 1,5 m nad podlahou teplotní gradient 0,3 K·m-1 u svislých konstrukcí výška středu uvažované svislé 97

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 kde

φi je Δφi

(14.8) relativní vlhkost vnitřního vzduchu v % bezpečnostní vlhkostní přirážka v % dle tab.14.4

Tab. 14.4. Bezpečnostní vlhkostní přirážka Bezpečnostní přirážka Δφi[%]

Užití vlhkostní přirážky 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 %.

98

15 CITOVANÁ LITERATURA Halahyja,M., Chmůrny,I., Sternová,Z. Stavebná tepelná technika – tepelná ochrana budov. 1. vyd. Bratislava: Jaga group, 1998. 224s. ISBN 80-8890504-4 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.

99

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.

100

Aut oř i :doc.

I ng.

Mi l anOst r ý, Ph. D. , I ng.

RomanBr z oň, Ph. D. Bř ez en2014 I SBN9788021448797