Source: https://www.profesis.cz/parser/go/4c7a692f314e323970395158533742644c7730335041796346614d4336754d4d35622f73476c474a484b6a734172576e5a48655852794a526664716543545a75
Timestamp: 2020-07-16 00:33:01+00:00
Document Index: 6457587

Matched Legal Cases: ['zákona č. 318', 'čl. 5', 'čl. 5', 'čl. 6', 'čl. 5', 'čl. 5', 'čl. 5', 'čl. 8', 'zákona č. 318', 'čl. 5', 'čl. 5', 'čl. 5', '§6', '§6', '§6']

Publikace „Tepelná ochrana a energetika budov“ má sloužit jako základní pomůcka pro navrhování stavebních konstrukcí a budov z hlediska stavební tepelné techniky a energetiky. Obsahuje stručnou charakteristiku fyzikálních dějů, které v budovách probíhají, popis matematického aparátu, sloužícího k stavebně fyzikálnímu hodnocení konstrukcí, přehled základních normových požadavků a veličin, potřebných pro výpočtové hodnocení, příklady výpočtů a stručné zásady pro navrhování konstrukcí a budov s ohledem na jednotlivá hodnotící kriteria.
Následující text se zabývá těmito oblastmi:
difúze a kondenzace vodní páry,
nejnižší vnitřní povrchová teplota,
pokles dotykové teploty podlahových konstrukcí,
letní a zimní tepelná stabilita,
energetické hodnocení budov.
Publikace zahrnuje i nejnovější změny v právních předpisech, především Změnu Z1 ČSN 73 0540-2 z dubna 2012, přinášející zcela nový pohled na kondenzaci vodní páry na vnitřním povrchu otvorových výplní. V kapitole, zabývající se energetickým hodnocením budov, jsou probrána všechna aktuální základní právní ustanovení, počínaje Směrnicí Evropského parlamentu a Rady č. 2010/31/EU z května 2010 o energetické náročnosti budov, přes novelu zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií z července 2012 až po vyhlášku MPO ČR o energetické náročnosti budov č. 78/2013 Sb., z března 2013.
Pro příklady výpočtového hodnocení je použito souboru tepelně technických programů, jejichž autorem je doc. Dr. Ing. Zbyněk Svoboda. Aktuálnost označení technických norem a fyzikálních veličin, které jsou součástí těchto programů, nebyla v rámci předloženého textu prověřována.
Tiskové výstupy programu byly pro účel této publikace graficky upraveny.
Ve výpočtovém hodnocení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce je použito metodiky podle nové ČSN EN ISO 13788, která byla připravována k vydání v době, kdy tato metodická pomůcka byla předána do tisku.
Doufám, že tato stručná příručka bude dobrým pracovním nástrojem především pro projektanty, investory, stavební dozory a další pracovníky, pro které tepelná ochrana budov není jejich hlavním pracovním zaměřením.
1 SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA
1.1 ŠÍŘENÍ TEPLA
Teplo se jako energie šíří od místa s teplotou vyšší do místa s teplotou nižší - dochází tedy ke snaze o vyrovnání teplotního stavu tělesa nebo prostředí; takovéto vyrovnání stavu je v přírodě standardním a často se vyskytující jevem. Teplo se šíří v libovolném prostředí a v závislosti na tom, jakým způsobem k šíření tepla dochází, lze identifikovat tři základní způsoby šíření tepla, jimiž je
proudění,
1.1.1 Vedení tepla
Jedná se o nejběžnější způsob šíření tepla, ke kterému dochází v pevných látkách. Vedení tepla se - kromě výjimečných případů popsaných v dalším textu - uplatňuje u všech typů stavebních konstrukcí.
Základní principy vedení tepla popisují Fourierovy zákony, které jsou považovány za klíčové postuláty v oblasti šíření tepla i celé oblasti tepelné ochrany budov. První Fourierův zákon se týká stacionárního jednodimenzionálního teplotního pole; vychází tedy z teoretického předpokladu ustáleného teplotního stavu, kdy jak okrajové podmínky, tak i průběh teploty v konstrukci je v čase neměnný - dalším logickým předpokladem tohoto stavu je izotropnost a homogenita tělesa, v němž k vedení tepla dochází. Zmiňovaný zákon lze zapsat jako
q - je hustota tepelného toku [W.m-2],
grad θ - teplotní spád [K.m-1],
λ - součinitel tepelné vodivosti materiálu [W.m-1.K-1],
θ - teplota [°C],
x - geometrická souřadnice [m].
Obecná formulace druhého Fourierova zákona se pak týká vztahu mezi časovou a lokální změnou teploty; platí tedy pro neustálený teplotní stav, to znamená časově proměnné teplotní pole a trojrozměrné - prostorové šíření tepla. Druhý Fourierův zákon je možno zapsat jako
t - je čas [s],
x, y, z - jsou souřadné osy trojrozměrného prostoru [m],
a - je součinitel teplotní vodivosti [m2.s-1], daný vztahem.
ρ - je objemová hmotnost materiálu [kg.m-3],
c - měrná tepelná kapacita [J.kg-1.K-1].
1.1.2 Proudění
K tomuto způsobu šíření tepla dochází v kapalinách a plynech, ve stavební praxi se uplatňuje zcela výjimečně. K přemísťování částic dochází buď vlivem zahřátí látky - pak se jedná o přirozené proudění, nebo je proudění vyvoláno vnějšími vlivy, například činností ventilátoru nebo čerpadla - v tomto případě se jedná o proudění vynucené.
Základním fyzikálním zákonem, platným pro oblast proudění tepla, je Newtonův zákon, popisující hustotu tepelného toku při proudění.
1.1.3 Sálání
Každé těleso s teplotou vyšší než 0 K vydává elektromagnetické záření, především záření infračervené, jehož přenos je podstatou šíření tepla sáláním. Obecně lze říci, že tělesa toto záření nejenom vydávají, ale i pohlcují, odrážejí a propouštějí.
S ohledem na sálavou energii, dopadající na těleso, pak v teorii sálání rozlišujeme dokonale černá tělesa, která veškerou dopadající energii pohlcují, dokonale odrazivá tělesa (dokonalá zrcadla), odrážející všechnu dopadající energii a dokonale propustná tělesa.
Hustotu sálavého tepelného toku popisuje Stefan - Boltzmannův zákon, který patří mezi základní fyzikální zákony, platné pro oblast šíření sálavého tepla.
1.2 SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA
Součinitel prostupu tepla je základní veličinou, charakterizující tepelněizolační schopnost konstrukce. Po řadu desetiletí byl v naší republice pro tento účel používán tepelný odpor, s přechodem na evropské právní předpisy však došlo ke změně a tepelný odpor byl nahrazen součinitelem prostupu tepla.
Kromě dnes již takřka klasického součinitele prostupu tepla, který se týká jednotlivých stavebních konstrukcí, se užívá ještě průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy, která slouží k hodnocení energetických kvalit budovy jako celku. Problematika tohoto součinitele bude podrobně probrána v části, zabývající se energetickým hodnocením staveb.
1.2.1 Tepelný odpor
Výpočet součinitele prostupu tepla vychází z vyčíslení hodnoty tepelného odporu hodnocené konstrukce. Tepelný odpor, stejně jako součinitel prostupu tepla, je stanovován za předpokladu ustáleného teplotního stavu a jednorozměrného vedení tepla.
Tepelný odpor jednovrstvé konstrukce lze vyčíslit ze vztahu
d - je tloušťka vrstvy materiálu [m],
λ - součinitel tepelné vodivosti materiálu [W.m-1.K-1 ].
Tento vztah platí pro jednovrstvou konstrukci za předpokladu homogenity vrstvy a její kolmosti ke směru tepelného toku. Za stejného předpokladu lze vyčíslit i tepelný odpor vícevrstvé konstrukce, kdy je možno napsat
n - je počet vrstev konstrukce.
Ze vztahu 1.5 je zřejmé, že tepelný odpor je aditivní veličina a výsledný tepelný odpor vícevrstvé konstrukce je dán součtem dílčích tepelných odporů jednotlivých vrstev této konstrukce.
1.2.2 Tepelný odpor uzavřené vzduchové vrstvy
Tepelný odpor uzavřené vzduchové vrstvy je prakticky jediným případem, kdy k vyčíslení hodnoty tepelného odporu nelze použít výše uvedených vztahů. Důvodem tohoto stavu je skutečnost, že vztah pro výpočet tepelného odporu je odvozen z Fourierových zákonů, které se týkají šíření tepla vedením - v uzavřené vzduchové vrstvě se však uplatňuje především proudění a sálání. Pro takovouto situaci existuje matematický aparát, který umožňuje hodnotu součinitele prostupu tepla uzavřené vzduchové vrstvy podrobně vyčíslit v závislosti na pohltivosti povrchů, které mezeru vytvářejí, a na tloušťce vzduchové vrstvy. V technické praxi se však běžně používá tabelárních hodnot, stanovených za předpokladu použití běžných materiálů a standardních okrajových podmínek. Tyto hodnoty jsou obsaženy v následujících tab. 1.1 a 1.2.
Tab. 1.1 Tepelný odpor uzavřených vzduchových vrstev v zimním období
Nevětraná vzduchová vrstva v zimním období v poloze
Tepelný odpor Rcav, [m2.K/W-1]
při tloušťce vzduchové vrstvy dev, [mm]
vodorovné při tepelném toku zdola nahoru
vodorovné při tepelném toku shora dolů
1. Mezilehlé hodnoty mohou být stanoveny lineární interpolaci se zaokrouhlením na setiny.
2. Hodnoty v tabulce platí pro vzduchové vrstvy, které:
jsou vymezené navzájem rovnoběžnými povrchy kolmými na směr tepelného toku s emisivitou větší nebo rovnou 0,8;
jejichž tloušťka je menší než desetina každého z dalších dvou rozměrů a nepřekročí 0,3 m;
nejsou spojeny s vnitřním prostředím.
Nejsou-li tyto podmínky splněny, použije se postup v příloze B v ČSN EN ISO 6946:1998 a pro tloušťky vzduchové vrstvy větší než 0,3 m tepelná bilance podle ČSN EN ISO 13789.
3. Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti vzduchové vrstvy λcav,ev ve W/(m-1.K-1) se stanoví jako převrácená hodnota tepelného odporu vzduchové vrstvy. Vypočítané hodnoty se zaokrouhlují na tisíciny.
Tab. 1.2 Tepelný odpor uzavřených vzduchových vrstev v letním období
Nevětraná vzduchová vrstva v letním období v poloze
při tepelném toku zdola nahoru
1. Mezilehlé hodnoty mohou být stanoveny lineární interpolací se zaokrouhlením na setiny.
2. Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti vzduchové vrstvy λcav,ev, ve W/(m-1.K-1), se stanoví jako převrácená hodnota tepelného odporu vzduchové vrstvy. Vypočítané hodnoty se zaokrouhlují na tisíciny.
1.2.3 Tepelný odpor nehomogenní vrstvy
Pokud je v konstrukci obsažena nehomogenní vrstva, lze pro takovouto vrstvu určit ekvivalentní hodnotu součinitele tepelné vodivosti λekv, stanovenou na základě váženého průměru součinitelů tepelné vodivosti jednotlivých materiálů v nehomogenní vrstvě zastoupených, a to buď s ohledem na jejich plošný, nebo objemový podíl ve vrstvě. S ekvivalentní hodnotou součinitele tepelné vodivosti se pak již pracuje stejným způsobem jako s běžnou hodnotou tohoto součinitele. Uvedený způsob výpočtu je třeba považovat za výpočet orientační, neboť přesné hodnoty ekvivalentního součinitele tepelné vodivosti nehomogenní vrstvy lze získat pouze na základě vyhodnocení výsledku výpočtu dvojrozměrného, případně trojrozměrného teplotního pole.
Výpočet s plošným zastoupením materiálů v nehomogenní vrstvě se provádí pomocí následujícího vztahu:
λ1, λ2 - λn - jsou součinitele tepelné vodivosti jednotlivých materiálů vrstvy, [W.m-1.K-1];
A1, A2 - An - je plocha těchto materiálů v charakteristickém výseku nehomogenní vrstvy [m2].
V případě, že se jedná o nehomogenity prostorového charakteru, použije se analogického vztahu, který zohledňuje objemové zastoupení jednotlivých materiálů v charakteristickém výseku nehomogenní vrstvy.
1.2.4 Odpor při přestupu tepla
V mezní vrstvě, nacházející se bezprostředně na povrchu stavební konstrukce, dochází k výměně tepla mezi konstrukcí a okolním prostředím. K tomuto jevu, nazývanému přestup tepla, dochází jak na vnitřním, tak i na vnějším povrchu konstrukce a podílí se na něm jak sálání, tak i proudění.
V praxi se pro zohlednění přestupu tepla používá součinitele přestupu tepla, což je normativně daná hodnota, zahrnující vliv sálání i proudění, která udává hustotu tepelného toku, přestupujícího z konstrukce do vzduchu (případně naopak) při jednotkovém teplotním rozdílu. Hodnoty tohoto součinitele jsou stanoveny jak pro vnitřní povrch - pak se jedná o součinitel přestupu tepla na vnitřním povrchu hsi, tak i pro povrch vnější - součinitel přestupu tepla na vnějším povrchu hse.
V tepelnětechnických výpočtech se používá především reciproká hodnota součinitele přestupu tepla, která se nazývá odpor při přestupu tepla a lze ji vyčíslit ze vztahu
Rsi - je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce [m2.K.W-1];
Rse - odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce [m2.K.W-1].
Normové hodnoty odporů při přestupu tepla jsou obsaženy v tab. 1.3.
Tab. 1.3 Návrhové hodnoty odporu při přestupu tepla
Klimatické období
Druh konstrukce a povrch konstrukce
Tvar a orientace povrchu konstrukce
Odpor při přestupu tepla Rsi, Rse, R*se, Rsik [m2.K.W-1]
pro výpočty šíření vlhkosti a rizika růstů plísní
pro výpočty šíření tepla
Vnější povrch stavební konstrukce a výplně otvoru
zimní, při nadmořské výšce nad 1000 m n.m.
vnitřní povrch stavební konstrukce
svislý povrch
vodorovný povrch při tepelném toku
svislý kout
vodorovný kout
vnitřní povrch výplně otvoru
svislý povrch nebo povrch se sklonem od 0° do 60° od vodorovné roviny
vodorovný povrch nebo povrch se sklonem od 0° do 60° od vodorovné roviny
1) Ve větrané vzduchové vrstvě se uvažuje odpor při přestupu tepla shodný s odporem na vnitřní straně téže konstrukce.
2) Pro vodorovné povrchy konstrukcí mezi shodně vytápěnými prostory se spodní povrch uvažuje hodnota platná pro tepelný tok zdola nahoru, pro horní povrch hodnota platná pro tepelný tok shora dolů.
3) Pro šikmé povrchy odchýlené o více než 30° od uvedených orientaci se stanoví odpory při přestupu tepla lineární interpolaci se zaokrouhlením na setiny.
Odpor při prostupu tepla RT je veličina, která zahrnuje jak vliv tepelného odporu konstrukce, tak i vliv přestupových jevů a lze ji pro jednovrstvou konstrukci stanovit ze vztahu
RT = Rsi + R + Rse [m2.K.W-1]
pro vícevrstvou konstrukci pak ze vztahu
Součinitel prostupu tepla U je pak převrácenou hodnotou odporu při prostupu tepla, platí tedy
1.3 NORMOVÉ POŽADAVKY
Pro stanovení normových požadavků na součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí je jednoznačně prioritním hlediskem úspora energie. Současné požadavky na tepelněizolační schopnost stavebních konstrukcí jsou natolik přísně určené, že u konstrukcí navržených a realizovaných v souladu s požadavky normy je automaticky zajištěno splnění souvisejících požadavků jak na tepelnou pohodu vnitřního prostředí, tak i zajištění potřebné vnitřní povrchové teploty konstrukce s ohledem na eliminaci povrchové kondenzace vodní páry.
Normou ČSN 73 0540-2:2011 udávané hodnoty součinitelů prostupu tepla platí nejenom pro novostavby, ale i pro obnovu staveb. Poslední znění normy z října 2011 udává:
požadované hodnoty součinitele prostupu tepla UN,20,
doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla Urec,20,
doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla pro pasivní budovy Upas,20.
Stavební konstrukce se navrhují podle normou doporučených hodnot, pokud tomu nebrání technické, ekonomické nebo právní překážky. Použití doporučených hodnot součinitele prostupu tepla dává předpoklady pro racionální využití energie a energeticky úsporný provoz budovy. Naopak použitím požadovaných hodnot lze zajistit všechny základní požadavky na kvalitu vnitřního prostředí, z hlediska energetického se však jedná o ryze standardní hodnotu, která nedává možnost dosažení výraznějších energetických úspor.
Hodnoty součinitelů prostupu tepla doporučené pro pasivní budovy jsou vhodné především pro předběžný návrh jednotlivých konstrukcí energeticky pasivních budov. Nižší z hodnot v uvedeném intervalu se používají především pro menší budovy, například rodinné domy, vyšší hodnoty pak platí pro návrh větších a kompaktnějších budov.
Součinitel prostupu tepla U zahrnuje i vliv tepelných mostů obsažených v konstrukci. Vliv tepelných mostů je možno při hodnocení součinitele prostupu tepla zanedbat, pokud je jejich celkové působení nižší nebo rovno 5 % hodnoty součinitele prostupu tepla.
V souladu s normovým ustanovením musí stavební konstrukce ve vytápěných nebo klimatizovaných budovách s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60 % vykazovat takovou hodnotu součinitele prostupu tepla U, že lze psát
U < UN
Určení normových hodnot součinitele prostupu tepla je nejjednodušší pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim pohybující se v intervalu od 18 do 22 °C včetně. Za takovéto budovy se považují všechny budovy obytné, občanské s převážně dlouhodobým pobytem lidí (např. školské, administrativní, ubytovací, veřejně správní stravovací a většina zdravotnických) a jiné budovy, pokud jejich převažující návrhová teplota je v daném rozmezí. V tomto případě lze totiž zmiňované normové hodnoty určit (pro všechny normové návrhové venkovní teploty) přímo z tabulky v normě uvedené - viz tab. 1.4.
Pro budovy s jinou hodnotou převažující teploty se požadovaná hodnota UN stanoví pomocí vztahu
UN = UN,20 . e1
UN,20 - je součinitel prostupu tepla z tab. 1.5 [W.m-2.K-1],
e1 - součinitel typu budovy, stanovený z tab. 1.4, nebo ze vztahu.
e1 = 16/(θim - 4)
Tab. 1.4 Součinitele typu budovy e1
Převažující návrhová vnitřní teplota Qm [ºC]
Součinitel typu budovy e1 [1]
Uvedený postup se používá i při návrhu a hodnocení konstrukcí z hlediska doporučených hodnot součinitele prostupu tepla.
Tab. 1.5 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim v rozmezí od 18 °C do 22 °C
Součinitel prostupu tepla [W.m-2.K-1]
střecha strmá se sklonem nad 45º
střecha plochá a šikmá se sklonem 45º včetně
podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině4),6)
0,22 - 0,15
0,38 - 0,25
podlaha a stěna temperovaného prostoru přilehlá k zemině6)
0,45 - 0,30
stěna mezi sousedními budovami3)
strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně
stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně
strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně
stěna vnitřní mezi prostor s rozdílem teplot do 5 °C včetně
výplně otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí, kromě dveří
šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí
1,47)
dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu)
výplň otvoru vedoucí z vytápěného prostoru
výplň otvoru z temperovaného prostoru do venkovního prostředí
šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí
lehký obvodový plášť (LOP), hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků, s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru
0,3 + 1,4 fw
fw = Aw /A, v m2/m2,
A je celková plocha lehkého obvodového pláště (LOP), v m2,
Aw plocha průsvitné výplně otvoru sloužící převážně k osvětlení interiéru včetně příslušných částí rámu v LOP, v m2
0,7 + 0,6 fw
0,15 + 0,85 fw
kovový rám výplně otvoru
nekovový rám výplně otvoru 5)
rám lehkého obvodového pláště
Pro jednovrstvé zdivo se nejpozději do 31.12.2012 připouští hodnota 0,38 W.m-2.K-1.
Nejpozději do 31.12.2012 se připouští hodnota 1,7 W.m-2.K-1.
1) Nemusí se vždy jednat o teplosměnnou plochu, ovšem s ohledem na postup výstavby a možné změny způsobu užívání se zajišťuje tepelná ochrana na uvedené úrovni.
2) V případě podlahového a stěnového vytápění se do hodnoty součinitele prostupu tepla započítávají pouze vrstvy od roviny, ve které je umístěno vytápění, směrem do exteriéru.
3) Platí i pro rámy využívající kombinace materiálů, včetně kovových, jako jsou například dřevohliníkové rámy.
4) Odpovídá výpočtu součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-4:2005 (tj. bez vlivu zeminy), nikoli výslednému působení podle ČSN EN ISO 13370:2009.
5) Nejpozději do 31.12.2012 se připouští hodnota 1,5 W.m-2.K-1.
1.4 PŘÍKLADY VÝPOČTU
U dvouplášťových konstrukcí se silně větranou vzduchovou vrstvou se ve zjednodušené formě výpočtu uvažuje jen s vrstvami od vnitřního líce po vzduchovou vrstvu, ostatní vrstvy (včetně vzduchové vrstvy) se do výpočtu nezahrnují. Odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce, to znamená ve vzduchové vrstvě, se uvažuje shodný s odporem při přestupu tepla na vnitřní straně - viz poznámka 1 v tab. 1.3. K podrobnému výpočtu dvouplášťových konstrukcí s otevřenou vzduchovou vrstvou lze použít například program MEZERA.
U podlahových konstrukcí v kontaktu se zeminou se obvykle do zjednodušeného výpočtu součinitele prostupu tepla zahrnují pouze vrstvy konstrukce, situované od hlavní hydroizolační vrstvy směrem k vnitřnímu povrchu konstrukce. Vrstvy pod hlavní hydroizolace lze započítat jen, pokud jsou schopny trvale odolávat nepříznivým účinkům vlhkosti a pokud je možno přesně definovat jejich dlouhodobé tepelněizolační parametry. Podrobný způsob výpočtu součinitele prostupu tepla podlahové konstrukce na terénu uvádí ČSN EN ISO 13370:2009.
Výpočet součinitele prostupu tepla je obvykle součástí programů pro komplexní tepelnětechnické hodnocení stavebních konstrukcí. Výpočet součinitele prostupu tepla pro obvodový plášť a střešní konstrukci je proto uveden v závěru kap. 2, kde je současně proveden i výpočet difuzních vlastností těchto konstrukcí. Výpočet součinitele prostupu tepla podlahové konstrukce na zemině je uveden v kap. 3, kde tato hodnota bude vyčíslena současně s hodnotou poklesu dotykové teploty.
2 DIFUZE A KONDENZACE VODNÍ PÁRY
V případě, že stavební konstrukce odděluje dvě prostředí s rozdílnými teplotními a vlhkostními parametry, dochází v důsledku rozdílných parciálních tlaků vodní páry (tento pojem vychází z Daltonova zákona) k pohybu vlhkosti od místa s vyšším parciálním tlakem vodní páry k místu s tlakem nižším. K tomuto pohybu - nazývanému difuzí vodní páry - dochází v makrokapilárách, jejichž rozměr je větší než střední volná dráha molekul vody, a jeho „hnací silou“ je právě gradient parciálních tlaků vodní páry, vznikající mezi dvěma rozdílnými prostředími.
Řada matematických vztahů, popisující fyzikální děje souvisejících s difuzí vodní páry, má svá analogická vyjádření i ve vztazích, týkajících se vedení tepla. V důsledku analogie mezi transportem vlhkosti a vedením tepla jsou společné i pojmy jako ustálený a neustálený teplotní (vlhkostní) stav nebo jednorozměrné, dvojrozměrné či trojrozměrné teplotní (vlhkostní) pole.
2.1 DIFUZE VODNÍ PÁRY
Hustotu difuzního toku vodní páry gv lze za předpokladu ustáleného vlhkostního stavu a jednorozměrného difuzního pole vyjádřit jako
gv = -δp grad pv [kg.m-2.s-1]
δp - je součinitel difuze vodní páry [s],
pv - skutečný částečný tlak vodní páry [Pa].
Součinitel difuze vodní páry dp (někdy též nazývaný jako součinitel difuzní vodivosti) je jednou ze základních veličin, popisujících difuzní schopnost materiálu. Ze vztahu 2.1 je zřejmé, že tento součinitel je konstantou úměrnosti mezi hustotou difuzního toku a gradientem částečného tlaku vodní páry. Součinitel δp lze v současné době považovat za historický způsob vyjádření difuzních vlastností materiálů, který se v české technické praxi používal zhruba po období padesáti let - po přechodu na evropské právo se začalo používat jiné veličiny, a to faktoru difuzního odporu μ, který udává, kolikrát je difuzní odpor vrstvy příslušného materiálu vyšší, než difuzní odpor stejně tlusté vrstvy vzduchu. Z tohoto popisu lze dovodit, že faktor difuzního odporu je bezrozměrná veličina.
Mezi dvěma výše uvedenými veličinami platí vztah, udávající, že
N - je teplotně difuzní funkce [s-1].
Pro výpočty ve standardním rozmezí teplot se obvykle používá konstantní hodnoty této funkce s hodnotou N = 5,315 109 s-1.
Difuzních vlastností se týká i další veličina, jíž je ekvivalentní difuzní tloušťka sd. Tuto veličinu lze vyčíslit ze vztahu
sd = μ . d [m]
Ekvivalentní difuzní tloušťka, která udává, jaká by musela být tloušťka vzduchové vrstvy, aby měla stejný difuzní odpor jako konkrétní vrstva zkoumaného materiálu, se používá především pro porovnání difuzních vlastností fóliových a nátěrových materiálů s různou tloušťkou.
Z již zmiňované analogie mezi vedením tepla a difuzí vodní páry vyplývá, že k pojmu tepelný odpor konstrukce existuje i pojem difuzní odpor konstrukce Zp. Tuto veličinu lze pro jednovrstvou konstrukci vyjádřit jako
d - je tloušťka konstrukce [m].
Další možností vyčíslení difuzního odporu jednovrstvé konstrukce je
Zp = m . d . N [m.s-1]
Zp = sd . N [m.s-1]
Pro vícevrstvé konstrukce s homogenními vrstvami kolmými na směr difuzního toku pak platí
n - je počet vrstev konstrukce, eventuálně lze použít vztah
Z již několikráte uváděné analogie vyplývá, že existuje i odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce Zpi a odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce Zpe. Hodnoty těchto odporů jsou však v porovnání s ostatními difuzními odpory vstupujícími do výpočtu natolik nízké, že se v zájmu zjednodušení výpočtu obvykle zanedbávají.
2.2 VYŠETŘENÍ VÝSKYTU KONDENZACE VODNÍ PÁRY UVNITŘ KONSTRUKCE
Vyšetřování výskytu kondenzace vodní páry uvnitř stavební konstrukce vychází z porovnání průběhu parciálních tlaků vodní páry v ideálním průřezu konstrukce.
Rozeznáváme dva druhy parciálních (částečných) tlaků vodní páry: skutečný částečný tlak vodní páry pv a částečný tlak nasycené vodní páry pv,sat. Skutečný částečný tlak vodní páry je funkcí teploty a vlhkosti vzduchu, obvykle udávané v procentech jako relativní vlhkost vzduchu. Částečný tlak nasycené (saturované) vodní páry je tlak, při němž je (za dané teploty) vzduch vodní parou plně nasycen, to znamená, že jeho relativní vlhkost je na hodnotě 100 %.
Mezi těmito dvěma zmiňovanými veličinami platí vztah
pv - je skutečný částečný tlak vodní páry [Pa],
pv,sat - částečný tlak nasycené vodní páry ve vzduchu [Pa],
φa - relativní vlhkost vzduchu [%].
Vyšetření výskytu kondenzace vodní páry se provádí pro podmínky zimního období při uvažování největšího rozdílu parciálních tlaků vodní páry mezi vnitřním a vnějším prostředím - tento tlakový rozdíl odpovídá i největšímu rozdílu teplotnímu.
V konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v případě, že skutečný částečný tlak vodní páry je v libovolném průřezu konstrukce vyšší nebo roven částečnému tlaku nasycené vodní páry, tedy když platí, že
pv ≥ pv,sat [Pa]
Postup vyšetření kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce, který se vzhledem k pracnosti, časové náročnosti a požadované přesnosti provádí výhradně s použitím výpočetní techniky, zahrnuje následující kroky:
vyšetření průběhu teplot v konstrukci,
vyšetření průběhu skutečných částečných tlaků vodní páry v konstrukci,
vyšetření průběhu částečných tlaků nasycené vodní páry v konstrukci.
V případě, že se prokáže, že v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry, je výpočet v tomto stadiu ukončen. Jestliže se však výskyt kondenzace prokáže, je třeba provést ještě dva následující kroky:
vymezení kondenzační zóny,
vyčíslení zkondenzovaného množství vodní páry.
Z hlediska vzájemného vztahu průběhu křivek skutečného částečného tlaku vodní páry a částečného tlaku nasycené vodní páry mohou při vyšetřování výskytu kondenzace vodní páry v konstrukci nastat tři základní stavy (obr. 2.1).
Obr. 2.1 Vyšetření výskytu kondenzace vodní páry v konstrukci
obr 2.1a: křivky parciálních tlaků nemají žádný společný bod, v celém rozsahu konstrukce platí pv < pv,sat, což znamená, že v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry;
obr. 2.1b: přímka, znázorňující průběh skutečných částečných tlaků vodní páry, je tečnou křivky částečných tlaků nasycené vodní páry. Dochází k rovinné kondenzaci, která nastává v rovině proložené bodem A ≡ B. Tento druh kondenzace může nastat i v případě, že průběh tlaků je obdobný jako v případě obr. 2.1c, avšak dojde ke ztotožnění dotykových bodů A ≡ B;
obr. 2.1c: čára skutečných částečných tlaků vodní páry protíná křivku částečných tlaků vodní páry - v konstrukci dochází v oblasti mezi body A a B ke kondenzaci vodní páry.
Vymezení kondenzační zóny, které se provádí v případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry, má následující postup (obr. 2.2):
z krajních bodů přímky skutečných částečných tlaků vodní páry pvi a pve se vedou tečny ke křivce částečných tlaků nasycené vodní páry pv,sat;
dotykové body těchto tečen se směrem zleva označí A a B;
Obr. 2.2 Vymezení kondenzační zóny
vodorovná osa grafu je těmito dotykovými body rozdělena na tři části, a to:
oblast kondenzace mezi dotykovými body A a B,
ZpA , což je difuzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce k dotykovému bodu A,
ZpB, což je difuzní odpor od dotykového bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce.
Vyčíslení zkondenzovaného množství vodní páry vychází z předpokladu, že množství kondenzátu ∆gv je dáno rozdílem mezi množstvím vodní páry do konstrukce vstupující z interiéru gA a z konstrukce vystupující do exteriéru gB , tedy
∆gv = gA - gB [kg.m-2.s-1]
Detailní postup je následující:
vertikální pořadnice dotykových bodů A a B označíme pv,sat,A a pv,sat,B;
množství vodní páry, které vstupuje z interiéru do konstrukce, určíme jako
množství vodní páry, které prostupuje od bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce, je
Pokud v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry, lze vyčíslit množství vodní páry, které konstrukcí difunduje, jako
Z uvedeného vztahu je zřejmé, že množství vodní páry, které konstrukcí difunduje, je nepřímo úměrné difuznímu odporu konstrukce. Analogicky platí toto tvrzení i pro množství tepla, prostupující konstrukcí a tepelný odpor konstrukce.
S vyšetřováním výskytu kondenzace souvisí i dílčí úloha, obvykle nazývaná jako dimenzování parozábrany. Tento postup se používá v případě, že v hodnocené konstrukci není kondenzace vodní páry přípustná a při vyšetření kondenzace se prokázalo, že kondenzace v konstrukci nastává - technické řešení skladby konstrukce umožňuje předřadit na vnitřní líc konstrukce parotěsnou vrstvu, která by výskyt kondenzace eliminovala. Minimální difuzní odpor této parotěsné vrstvy Zp, nezbytný k vyloučení kondenzace v konstrukci, se pak stanoví graficky postupem, který je zřejmý z obr. 2.3.
Obr. 2.3 Dimenzování parozábrany
2.3 SPÁROVÁ DIFUZE VODNÍ PÁRY
Ideální fragment konstrukce, ve kterém se jednotlivé vrstvy vyskytují jako homogenní vrstvy bez jakéhokoliv vlivu stykování a spojování jednotlivých materiálů, je v praxi často doplňován konstrukcemi, jež jsou v ploše téměř nebo zcela dokonale parotěsné, konstrukční prvky těchto vrstev jsou však stykovány způsobem, který zjevně parotěsnost styku nezaručuje.
Vzhledem k tomu, že experimentální výzkum prokázal, že pokud se v parotěsné vrstvě vyskytují otvory nebo jiné imperfekce, jejichž plocha přesahuje 1 % plochy parotěsné vrstvy, je takováto vrstva z hlediska parotěsnosti zcela nefunkční a tudíž bezcenná, je zřejmé, že je nezbytné se difuzí vodní páry spárami a otvory zabývat a do hodnocení konstrukcí tuto skutečnost zahrnout. Příkladem takovéto spárové difuze vodní páry je tvarovaný trapézový plech, kde se vyskytuje difuze jak v místě podélného i příčného styku prvků, tak i v místě mechanického (například šroubového) připojení plechového prvku ke konstrukci. Dalším případem je vnější obklad keramickými glazovanými plošnými prvky, kde k difuzi dochází spárami mezi jednotlivými obkladovými elementy. Výpočtové hodnocení spárové difuze v takovémto případě umožňuje navrhnout velikost obkladového prvku, šířku spáry a materiál její výplně tak, aby byl eliminován nepříznivý vliv kondenzace vodní páry v navrhované konstrukci.
Při výpočtovém hodnocení se obvykle předpokládá parotěsnost základního materiálu a veškerá difundující vodní pára se přisuzuje propustnosti spár, případně otvorů. Jedná-li se o pravidelně se opakující systém spár, lze difuzní odpor takové vrstvy určit ze vztahu
A - je plocha charakteristického výseku konstrukce [m2],
δp,dl - spárová difuzní vodivost [s],
ι - délka spáry v charakteristickém výseku konstrukce [m].
2.4 ROČNÍ BILANCE KONDENZACE A VYPAŘOVÁNÍ
Pokud v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry, musí být proveden i výpočet roční bilance kondenzace a vypařování, jehož cílem je prokázat, že v průběhu charakteristického ročního cyklu je vlhkost, která v konstrukci zkondenzuje, schopna se beze zbytku odpařit. V případě, že by tomu tak nebylo, narůstalo by postupně v průběhu exploatace konstrukce vlhkostní reziduum, které by výsledně nepochybně nepříznivě ovlivnilo funkční vlastnosti předmětné konstrukce.
Výpočet roční bilance kondenzace a vypařování vyčísluje jednak reálně zkondenzované množství vodní páry v konstrukci, jednak teoreticky vypařitelné množství vodní páry - někdy též označované jako kapacita odparu. Výpočtové hodnocení se provádí podle ČSN EN ISO 13788:1012. Pouze v případě, že pro výpočet podle této metodiky nejsou dostupné potřebné klimatické údaje, připouští se provedení výpočtu podle starší ČSN 73 0540-4:2005. V případě, že k výpočtu bylo použito obou zmiňovaných metodik, použijí se k porovnání s normovými požadavky méně příznivé výsledné údaje.
2.5 NORMOVÉ POŽADAVKY
V případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry, musí být souběžně splněny tři následující požadavky:
a) kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce,
b) ročně zkondenzované množství vodní páry nesmí přesáhnout normativní limit,
c) roční bilance kondenzace a vypařování musí být aktivní.
Ad a): Pokud by vodní pára, zkondenzovaná uvnitř konstrukce, mohla ohrozit některou z požadovaných funkcí této konstrukce (jedná se například o snížení životnosti konstrukce, objemové změny, vznik plísní nebo degradaci materiálu), nesmí v konstrukci ke kondenzaci vodní páry dojít, takže
Mc = 0 [kg.m-2.a-1]
Mc - je množství vodní páry zkondenzované v konstrukci (v kilogramech na kvadrátní metr za rok).
Ad b): Jestliže však funkce konstrukce není kondenzací vodní páry uvnitř této konstrukce ohrožena, lze připustit omezení ročního množství zkondenzované vodní páry tak, že
Mc ≤ Mc,N
Pro jednoplášťovou střechu, konstrukci se zabudovanými dřevěnými prvky, konstrukci s vnějším tepelně izolačním systémem nebo vnějším obkladem, případně pro jinou obvodovou konstrukci s difuzně málo propustnými vnějšími vrstvami, platí pro stanovení hodnoty Mc,N nižší z hodnot:
Mc,N = 0,1 [kg.m-2.a-1]
nebo 3 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m-3 (pro materiály s vyšší objemovou hmotností se použije hodnota 6 % plošné hmotnosti).
Pro ostatní stavební konstrukce se použije nižší z hodnot
Mc,a = 0,5 [kg.m-2.a-1]
nebo 5 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m-3 (pro materiály s vyšší objemovou hmotností se použije hodnota 10 % plošné hmotnosti).
Ad c): Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry uvnitř konstrukce musí prokázat, že množství zkondenzované vodní páry Mc je nižší nebo nanejvýše rovno vypařitelnému množství vodní páry Mev, to znamená, že bilance je aktivní neboli kladná a že platí
Mc ≤ Mev [kg.m-2.a-1]
Není - li tomu tak a lze psát
Mc > Mev [kg.m-2.a-1],
pak se jedná se o bilanci pasivní (zápornou) a hodnocenou konstrukci nelze použít, neboť zkondenzovaná vlhkost není schopna se v průběhu ročního cyklu v plném rozsahu vypařit.
U konstrukcí s větranou vzduchovou vrstvou se samostatně hodnotí jak vnitřní plášť konstrukce, tak plášť vnější. Kromě toho se požaduje ověření průběhu relativní vlhkosti vzduchu proudícího v této vrstvě - musí být splněna podmínka
φcv < 90 %
garantující zamezení kondenzace vodní páry jak uvnitř větrané vzduchové vrstvy, tak i na vnitřním povrchu vnějšího pláště konstrukce. Uvedený požadavek musí být splněn i za bezvětří, což poněkud komplikuje situaci především při návrhu dvouplášťových plochých střešních konstrukcí.
U konstrukcí obsahujících kapilárně aktivní materiály, eventuálně i v dalších odůvodněných případech, se připouští hodnocení difuze a kondenzace vodní páry pokročilejšími výpočtovými metodami, než jsou dva výše uvedené normové postupy. Citované normové požadavky se v tomto případě neuplatňují; je však třeba prokázat, že se vlhkost libovolné vrstvy konstrukce trvale nezvyšuje a že zkondenzované množství vodní páry v průběhu ročního cyklu neohrozí funkci hodnocené konstrukce.
2.6 ZÁSADY PRO NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ Z HLEDISKA DIFUZE A KONDENZACE VODNÍ PÁRY
Pro návrh konstrukce z hlediska eliminace nepříznivého vlivu kondenzace vodní páry je (v případě vrstvených konstrukcí) nutné dodržení teoretických požadavků na ideální řazení vrstev v konstrukci. Jednoduché doporučení říká, že vrstvy v konstrukci je třeba řadit tak, aby jejich difuzní odpor od vnitřního líce směrem k venkovnímu líci klesal, takže vrstva s nejvyšším difuzním odporem by byla umístěna na vnitřním líci a naopak vrstva s nejnižší hodnotou difuzního odporu na líci vnějším. Z hlediska transportu vlhkosti konstrukcí je tento princip logický a celkem snadno pochopitelný. Norma ČSN 73 0540-2:2011 doporučuje, aby obdobným způsobem (od interiéru směrem k exteriéru) klesal součin součinitele tepelné vodivosti λ a faktoru difuzního odporu m jednotlivých vrstev.
V obou případech se však jedná o ideální návrh konstrukce, jehož jednoznačné dodržení může často být obtížně akceptovatelné. Existují však i konstrukce, jejichž koncepce je s uvedenými pravidly ve zjevném rozporu - například jednoplášťová střešní skladba s klasickým pořadím vrstev - a přesto jsou tyto konstrukce v praxi často a úspěšně používány. Návrh takovýchto konstrukcí však vykazuje z hlediska kondenzace vodní páry minimální rezervu a z pohledu zajištění dlouhodobé životnosti a spolehlivosti konstrukce přináší určitá rizika.
V případě, že je nezbytné konstrukci s vrstvou s velmi vysokým difuzním odporem na vnějším líci realizovat, nabízejí se dvě varianty možného řešení:
jako spolehlivější řešení se jeví zařazení větrané vzduchové mezery mezi tepelněizolační vrstvu a difuzně nepropustnou vnější vrstvu, což představuje změnu konstrukčního principu ze skladby jednoplášťové na skladbu dvouplášťovou;
druhou možností je doplnění vnitřního líce skladby o parotěsnou vrstvu, jejíž difuzní odpor by měl být pokud možno vyšší nebo alespoň roven difuznímu odpor vrstvy na líci vnějším. Předpokladem pro zajištění spolehlivosti tohoto řešení je, že mezi tyto parotěsné vrstvy budou zabudovány materiály s minimalizovaným obsahem vlhkosti.
Dalším pravidlem, které by mělo být respektováno, je zvýšená obezřetnost při návrhu parotěsných vrstev, především fóliového typu. Ve výpočtu se proto často uvažuje s výrazným snížením parotěsnosti těchto vrstev v důsledku možných perforací, nedokonalých styků nebo imperfekcí v napojení parotěsné vrstvy na okolní konstrukce. Stejně tak je při výpočtovém hodnocení třeba respektovat i vliv spárové difuzní vodivosti.
2.7 PŘÍKLADY VÝPOČTŮ
Výpočtové hodnocení difuze a kondenzace vodní páry v konstrukci je obvykle součástí programů pro komplexní tepelnětechnické posouzení stavebních konstrukcí. Tyto programy řeší i další tepelnětechnickou problematiku spojenou například s prostupem tepla konstrukcí, vnitřní povrchovou teplotou i některými parametry neustáleného teplotního stavu.
Pro účely této publikace bude použito programu TEPLO 2014, který je součástí souboru tepelnětechnických programů, využívaných ve výuce na většině českých středních a vysokých škol, zaměřených na stavební problematiku. I v technické praxi je užití tohoto souboru programů velmi časté.
Program TEPLO 2011 umožňuje hodnocení stavebních konstrukcí jak podle ČSN 73 0540-2:2011, tak i podle ČSN EN ISO 13788:2013. Výpočet pracuje s referenčním klimatickým rokem a provádí výpočet po jednotlivých měsících - počáteční měsíc výpočtu lze libovolně zvolit (například v závislosti na počátečním termínu užívání budovy), stejně tak lze volit počet ročních cyklů ve výpočtu, což se využívá při některých nestandardních výpočtech.
Program TEPLO 2014 akceptuje všechny změny, které souvisejí s vydáním normy ČSN EN ISO 13788:2013. Tepelněvlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků - Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení vnitřní kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce - Výpočtové metody z roku 2012. Již z titulu normy je zřejmé, že se jedná o předpis, související s metodikou výpočtového hodnocení konstrukcí, který v žádném případě neovlivňuje normové požadavky, určené ke kvalitativnímu hodnocení konstrukcí a budov z pohledu jednotlivých tepelnětechnických kritérií.
Očekává se, že česká verze uvedené normy, která by měla vyjít v průběhu prvního pololetí roku 2014 (a je identická s již schváleným textem evropské normy), pomocí tak zvaných národních poznámek upřesní a vyspecifikuje některá normová ustanovení, týkající se především bezpečnostní přirážky k hodnotě vlhkosti vnitřního vzduchu, specifik hodnocení konstrukcí s malou tepelnou setrvačností, upřesnění hodnot odporů při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukcí, nového nastavení klasifikačních tříd vlhkosti vnitřního prostředí, možnosti použití „kontinentálních podmínek“ pro stanovení vlhkostní úrovně vnitřního prostředí a upřesnění měsíčních výpočtových hodnot teploty v zemině. Všechny tyto změny normových ustanovení byly již při přípravě programu TEPLO verze 2014 zohledněny a do programu zabudovány.
Do budoucna proto nebude možné používat starší verze programů, které nepracují s aktualizovanou metodikou, popsanou v české verzi normy ČSN EN ISO 13788:2013.
Zadávání vstupních údajů
Struktura zadávaných vstupních (i výstupních) údajů je patrná z následujících příkladů výpočtů.
Pro výpočet se zadává:
typ hodnocené konstrukce,
skladba konstrukce (s použitím rozsáhlého katalogu fyzikálních vlastností materiálů, který je součástí programu),
parametry vnitřního a venkovního prostředí, včetně odporů při přestupu tepla.
Pro všechny vstupní údaje je k dispozici systém pomůcek pro jejich volbu a také nápověda programu, která se otvírá klávesou F1.
Numerický výstup výpočtu
Numerický výstup výpočtu obsahuje:
rekapitulaci vstupních údajů,
hodnoty základních tepelnětechnických parametrů hodnocené konstrukce,
výsledek vyšetření kondenzace vodní páry v konstrukci, včetně bilance kondenzace a vypařování podle ČSN 73 0540-2:2011 i ČSN EN ISO 13788:2013.
Grafický výstup výpočtu
Grafika programu umožňuje zobrazit:
průběh teploty v konstrukci,
průběh částečných tlaků vodní páry v konstrukci, včetně případného vymezení kondenzační zóny,
zobrazení jednotlivých fází procesu kondenzace a vypařování vlhkosti,
průběh povrchových teplot.
Program provádí i vyhodnocení výsledků výpočtu, to znamená porovnání vyčíslených parametrů konstrukce s normovými požadavky.
Proveďte komplexní tepelnětechnické hodnocení jednovrstvého obvodového pláště.
Zadání vstupních údajů:
Obr. P 2.1.1 Skladba konstrukce
Obr. P 2.1.2 Okrajové podmínky výpočtu
Obr. P 2.1.3 Doplňující parametry výpočtu
Základní komplexní posouzení stavební konstrukce z hlediska jednorozměrného šíření tepla a vodní páry podle ČSN EN ISO 13788:2013, ČSN EN ISO 6946:2009 a podle norem ČSN 73 0540.
Teplo 2014
Název úlohy: 2.1 OP
Zpracovatel: FK
Zakázka: STT CKAIT 2013
Datum: 10/2013
Zadaná skladba a okrajové podmínky:
Typ hodnocené konstrukce: Stěna
Korekce součinitele prostupu ∆U: 0,000 W.m-2.K-1
λ [W.m-1.K-1]
mA [kg.m-2]
Porotherm Univ
Porotherm 50 Hi
Okrajové podmínky výpočtu:
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi:
0,13 m2.K.W-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru pro výpočet kondenzace a povrchových teplot Rsi:
0,25 m2.K.W-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse:
0,04 m2.K.W-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru pro výpočet kondenzace a povrchových teplot Rse:
Návrhová venkovní teplota θe:
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai:
Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu φe:
Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi:
Počet dnů v měsíci
Návrhová teplota vnitřního vzduchu
Částečný tlak vodní páry vnitřního vzduchu
Návrhová venkovní teplota
Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu
θai [°C]
pvi [Pa]
φe [%]
pve [Pa]
Pro vnitřní prostředí byla uplatněna přirážka k vnitřní relativní vlhkosti: 0,0 %
Výchozí měsíc výpočtu bilance se stanovuje výpočtem podle ČSN EN ISO 13788.
Počet hodnocených let: 1
Výsledky výpočtu hodnocené konstrukce
Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla podle ČSN EN ISO 6946:2009
Tepelný odpor konstrukce R: 6,00 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla konstrukce U: 0,162 W.m-2.K-1
Součinitelé prostupu zabudované konstrukce Ukc: 0,18/0,21/0,26/0,36 W.m-2.K-1
Uvedené orientační hodnoty platí pro různou kvalitu řešení tepelných mostů, vyjádřenou přibližnou přirážkou podle poznámek k čl. B.9.2 v ČSN 73 0540-4:2005.
Difuzní odpor konstrukce ZpT: 2,9E + 0010 m.s-1
Teplotní útlum konstrukce ν podle ČSN EN ISO 13786: 13776,3 [-]
Fázový posun teplotního kmitu ψ podle ČSN EN ISO 13786: 7,0 h
Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor podle ČSN 73 0540-2:2011 a ČSN EN ISO 13788:2013
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách θsi,p: 19,65 °C
Teplotní faktor v návrhových podmínkách fRsi,p: 0,960 [-]
Minimální požadované hodnoty při maximální relativní vlhkosti na vnitřním povrchu
vnitřní povrchová teplota
relativní vlhkost na vnitřním povrchu
θsi,m [°C]
fRsi,m [-]
θsi [°C]
fRsi [-]
φsi [%]
Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti podle ČSN 73 0540-4:2005 (bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)
Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách:
Teplota θ [°C]
Tlak vodní páry pv [Pa]
Tlak nasycené vodní páry pv,sat [Pa]
Kondenzační zóna číslo
Hranice kondenzační zóny [m]
Kondenzující množství vodní páry [kg.m-2.s-1]
4.899E-0009
Množství zkondenzované vodní páry Mc,a: 0,003 kg.m-2.a-1
Množství vypařitelné vodní páry Mev,a: 2,870 kg.m-2.a-1
Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než -10 °C.
Bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti podle ČSN EN ISO 13788:2013
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.
STOP, Teplo 2014
Obr. P 2.1.4 Průběh parciálních tlaků vodní páry v typickém místě konstrukce
Zatížení venkovní návrhovou teplotou a vlhkostí podle ČSN 73 0540
1 - kondenzační zóna
Obr. P 2.1.5 Průběh teplot v konstrukci
Obr. P 2.1.6 Průběh relativní vlhkosti v konstrukci
Obr. P 2.1.7 Vnitřní povrchové teploty
1 - zamezení vzniku plísní; 2 - vyloučení orosování; 3 - vypočtené hodnoty
Obr. P 2.1.8 Teplotní faktor vnitřního povrchu
Obr. P 2.1.9 Vyhodnocení výsledků - výběr konstrukce
Obr. P 2.1.10 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 1
Obr. P 2.1.11 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 2
Obr. P 2.1.12 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 3
Vyhodnocení výsledků podle kritérií ČSN 73 0540-2:2011
Název konstrukce: 2.1 OP
Rekapitulace vstupních dat
Návrhová vnitřní teplota θi:
Převažující návrhová vnitřní teplota θiM:
Návrhová venkovní teplota θae:
Teplota na vnější straně θe:
Relativní vlhkost v interiéru φi:
% (+0,0 %)
Tloušťka d [m]
Součinitel tepelné vodivosti λ [W.m-1.K-1]
Porotherm 50 Hi Profi na maltu
I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 73 0540-2:2011)
Požadavek: fRsi,N = fRsi,cr = 0,753
Vypočtená průměrná hodnota: fRsi,m = 0,960
Kritický teplotní faktor fRsi,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.
II. Požadavek na součinitel prostupu tepla (čl. 5.2 v ČSN 73 0540-2:2011)
Požadavek: UN = 0,30 W.m-2.K-1
Vypočtená hodnota: U = 0,16 W.m-2.K-1
U < UN ⇒ 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 73 0540-2:2011)
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.a-1 nebo 3 - 6 % plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot). Limit pro maximální množství kondenzátu odvozený z mininimální plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 9,750 kg.m-2.a-1 (materiál: Porotherm 50 Hi Profi na maltu). Dále bude použit limit pro maximální množství kondenzátu: 0,100 kg.m-2.a-1.
Vypočtené hodnoty:
V konstrukci dochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci.
Roční množství zkondenzované vodní páry: Mc,a = 0,0028 kg.m-2.a-1
Roční množství odpařitelné vodní páry: Mev,a = 2,8697 kg.m-2.a-1
Mc,a < Mev,a ⇒ 2. POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Mc,a < Mc,N ⇒ 3. POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Teplo 2014, (c) 2014 Svoboda Software
Proveďte komplexní tepelnětechnické vyhodnocení dolního pláště dvouplášťové šikmé střechy.
Obr. P 2.2.1 Skladba konstrukce
Obr. P 2.2.2 Okrajové podmínky výpočtu
Obr. P 2.2.3 Doplňující parametry výpočtu
Základní komplexní stavební konstrukce z hlediska jednorozměrného šíření tepla a vodní páry podle ČSN EN ISO 13788:2013, ČSN EN ISO 6946:2009 a podle norem ČSN 73 0540.
Název úlohy: 2.2 Střecha
Zakázka: STT ČKAIT 2013
Typ hodnocené konstrukce: Střecha
Skladba konstrukce (od interiéru):
Nicobar 170 SE
Knauf TI 135 U
Nicofol 2000
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi: 0,10 m2.K.W-1
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi: 0,25 m2.K.W-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse: 0,10 m2.K.W-1
dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse: 0,04 m2.K.W-1
Návrhová venkovní teplota θe: -13 °C
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θi: 21 °C
Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu φe: 84,0 %
Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi: 50,0 %
Výsledky výpočtu hodnocené konstrukce:
Tepelný odpor konstrukce R: 5,70 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla konstrukce U: 0,170 W.m-2.K-1
Součinitel prostupu zabudované konstrukce Ukc: 0,19/0,22/0,27/0,37 W.m-2.K-1
Uvedené orientační hodnoty platí pro různou kvalitu řešení B.9.2 v ČSN 73 0540-4:2005 tepelných mostů, vyjádřenou přibližnou přirážkou.
Difuzní odpor konstrukce ZpT: 1,6E + 0012 m.s-1
Teplotní útlum konstrukce ν: 60,2
Fázový posun teplotního kmitu ψ: 1,4 h
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách θsi,p: 19,58 °C
Teplotní faktor v návrhových podmínkách fRsi,p: 0,958
Teplota θ [°C]:
Tlak vodní páry pv [Pa]:
Tlak nasycené vodní páry pv,sat [Pa]:
Při venkovní návrhové teplotě nedochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry.
Množství difundující vodní páry Gd: 7,156E - 0010 kg.m-2.s-1
Obr. P 2.2.4 Průběh teplot v konstrukci
Obr. P 2.2.5 Průběh parciálních tlaků vodní páry v konstrukci
Obr. P 2.2.6 Průběh relativní vlhkosti v konstrukci
Obr. P 2.2.7 Vnitřní povrchové teploty
Obr. P 2.2.8 Teplotní faktor vnitřního povrchu
Obr. P.2.2.9 Vyhodnocení výsledků - výběr konstrukce
Obr. P.2.2.10 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 1
Obr. P.2.2.11 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 2
Obr. P.2.2.12 Vyhodnocení výsledků - doplňující údaje 3
Název konstrukce: 2.2 Střecha
Návrhová vnitřní teplota θi: 20 °C
Převažující návrhová vnitřní teplota θiM: 20 °C
Návrhová venkovní teplota θae: -13 °C
Teplota na vnější straně θe: -13,0 °C
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai: 21,0 °C
Relativní vlhkost v interiéru φi: 50,0 % (+0,0 %)
Vypočtená průměrná hodnota: fRsi,m = 0,958
Požadavek: UN = 0,24 W.m-2.K-1
Vypočtená hodnota: U = 0,17 W.m-2.K-1
3. Roční množství kondenzátu Mc,a musí být nižší než 0,5 kg.m-2.a-1, nebo 5 - 10 % plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot).
V konstrukci nedochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci.
⇒ POŽADAVKY JSOU SPLNĚNY.
3 NEJNIŽŠÍ VNITŘNÍ POVRCHOVÁ TEPLOTA
Návrh stavebních konstrukcí z hlediska nejnižší vnitřní povrchové teploty je závažným krokem v tepelnětechnickém hodnocení stavebních konstrukcí, protože představuje prevenci výskytu kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu stavebních konstrukcí a garantuje i zamezení vzniku podmínek pro růst plísní na těchto površích. Zprostředkovaně se pak podílí i na vytváření tepelné pohody v místnosti a tím i zajištění nezbytného uživatelského komfortu při exploataci stavebních objektů.
Pokud jsou běžné plošné stavební konstrukce bytových a občanských staveb navrženy v souladu s normovými požadavky na součinitel prostupu tepla a nevyskytují se u nich žádné výrazné změny geometrického tvaru, pak za standardních okrajových podmínek dosahují uvedené konstrukce takových hodnot vnitřní povrchové teploty, které jsou s výraznou rezervou nad teplotou rosného bodu vnitřního vzduchu a jsou i zcela dostačující z pohledu zajištění tepelné pohody vnitřního prostředí.
Docílení potřebné úrovně vnitřní povrchové teploty tedy není problémem u správně navržených plošných konstrukcí, ale je nezbytné se touto otázkou zabývat v případě, kdy je teplotní pole deformováno, a to ať z důvodů materiálových, nebo geometrických. V takovéto situaci se již nejedná o jednorozměrné vedení tepla, ale jde o dvojrozměrné, případně i trojrozměrné teplotní pole. Tento stav nastává především u tepelných mostů anebo tepelných vazeb, což jsou z obecného hlediska případy, kdy je vnitřní povrchová teplota konstrukce nižší, než v případě jednorozměrného šíření tepla a ideálního fragmentu konstrukce.
3.1 VÝPOČTOVÉ HODNOCENÍ
Metodika výpočtového hodnocení konstrukcí z hlediska vnitřní povrchové teploty bezprostředně souvisí se způsobem šíření tepla, k němuž v konstrukci dochází. Z tohoto pohledu se hodnocení vztahuje k:
jednorozměrnému šíření tepla
dvojrozměrnému šíření tepla
trojrozměrnému šíření tepla.
3.1.1 Jednorozměrné šíření tepla
Pro ideální fragment konstrukce, u něhož dochází k jednorozměrnému vedení tepla, lze teplotu v libovolném průřezu konstrukce θx vyčíslit za vztahu
θx = θa - U (Rsi + Rx) . (θa - θe) [°C]
Rx - je tepelný odpor části konstrukce mezi vnitřním povrchem a průřezem x [W.m-2.K-1] (viz obr. 3.1).
Obr. 3.1 Průběh teploty v konstrukci
Ze vztahu 3.1 pak dosazením hodnoty Rx = 0 lze získat vztah pro nejnižší vnitřní povrchovou teplotu konstrukce
θsi = θa - U . (θa - θe) . Rsi [°C]
Rsi - je součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce [W.m-2.K-1].
3.1.2 Dvojrozměrné šíření tepla
V tomto případě výpočtové hodnocení vychází z modifikovaného vyjádření druhého Fourierova zákona, předpokládá se dvojrozměrné šíření tepla a ustálený teplotní stav, takže Fourierova diferenciální rovnice nabývá tvaru
Výpočet se zpravidla řeší použitím metody konečných prvků, což jednoznačně vede k využití výpočetní techniky. Běžně používaná programová vybavení umožňují kromě numerického výstupu výpočtu i výstup grafický, který slouží ke zobrazení rozložení teplotního pole zkoumaného detailu, zobrazení izoterem předem zvolených teplot nebo rozložení hustoty a směru tepelných toků.
3.1.3 Trojrozměrné šíření tepla
Výskyt trojrozměrných teplotních polí není ve stavebních konstrukcích tak obvyklý, jako je výskyt polí dvojrozměrných - jedná se obvykle o složité prostorové prvky nebo styky, kde se často kromě prostorové variability projevuje i variabilita materiálová. Výpočtové řešení trojrozměrného teplotního pole vychází z obdobných principů jako výpočet pole dvojrozměrného - aplikace druhého Fourierova zákona, ustálený teplotní stav, trojrozměrná síť, využití metody konečných prvků. Takovýto výpočet lze však klasifikovat jako nadstandardní, protože vyžaduje speciální programové vybavení (které se však jen zřídka kdy využívá) a zadávání vstupních údajů je náročné jak z hlediska prostorové představivosti, tak i z hlediska časového. Z těchto důvodů se uvedené výpočty neprovádějí příliš často a obvykle se sahá ke zjednodušení úlohy, jejímu převedení na pole dvojrozměrné a užití korekčních koeficientů.
3.2 NORMOVÉ POŽADAVKY
Zatímco po dlouhá desetiletí byla hodnotícím kritériem pro tepelné vazby a tepelné mosty hodnota nejnižší vnitřní povrchové teploty, udávaná v °C, v roce 2007 nastala v této oblasti zásadní změna. Novou normovou hodnotící veličinou se stal teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi, jehož nespornou výhodou je skutečnost, že na rozdíl od vnitřní povrchové teploty konstrukce se jedná o veličinu zcela nezávislou na okolním prostředí, to znamená veličinu univerzálně využitelnou.
Teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi je definován jako
fRsi = 1 - Ux . Rsi [-]
Ux - je lokální součinitel prostupu tepla v místě x vnitřního povrchu,
Rsi - odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce.
Další, velmi zásadní změnu přinesla změna Z1 ČSN 73 0540-2 z dubna 2012, která se bezprostředně týká otvorových výplní a jejich nejnižší vnitřní povrchové teploty. Zatímco požadavky na stavební konstrukce, to znamená stěny, stropy, příčky a další netransparentní prvky zůstaly v hlavní, tj. povinné části normy, požadavky na otvorové výplně (okna, dveře, vrata, světlíky a podobně) byly přesunuty do informativní přílohy D citované normy - jedná se tedy o doporučené, nezávazné požadavky.
Normové hodnocení stavebních konstrukcí z hlediska nejnižší vnitřní povrchové teploty vychází z předpokladu, že aktuální nebezpečí vzniku plísní na vnitřním povrchu konstrukce nastává v okamžiku, kdy kritická vlhkost vnitřního vzduchu v bezprostředním kontaktu s povrchem konstrukce, tedy v takzvané mezní vrstvě, klesne na úroveň φi = 80 % nebo hodnotu nižší.
Pro stavební konstrukce v prostorách s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60 % je v zimním období požadováno, aby v každém místě vnitřního povrchu konstrukce byl teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi větší, než normová hodnota nejnižšího teplotního faktoru konstrukce fRsi,N, stanovená ze vztahu
fRsi,N = fRsi,cr
fRsi,cr - je kritický teplotní faktor vnitřního povrchu.
Pro stanovení hodnoty kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr stavebních konstrukcí (tedy konstrukcí netrasparentních) v budovách s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi = 50 % lze použít tab. 3.1. Hodnoty vnitřních povrchových teplot, odpovídajících tomuto kritickému teplotnímu faktoru, jsou v tab. 3.2.
Tab. 3.1 Stavební konstrukce - kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50 %
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai [°C]
Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr [-]
Tab. 3.2 Stavební konstrukce - teplota odpovídající kritickému teplotnímu faktoru fRsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50 %
Teplota odpovídající kritickému teplotnímu faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr [-]
Pro otvorové výplně pak obdobně platí informativní hodnoty uvedené v tab. 3.3 a 3.4.
Tab. 3.3 Otvorové výplně - kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50 %
Výplň otvoru podle 3.4
Tab. 3.4 Otvorové výplně - teplota odpovídající kritickému teplotnímu faktoru fRsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50 %
Konstrukce v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi > 60 %, které nesplňují požadavek na normovou hodnotu teplotního faktoru vnitřního povrchu, musí vykazovat součinitel prostupu tepla podle ustanovení ČSN 73 0540-2:2011. Mimo to musí být zajištěna jejich bezchybná funkce konstrukce v podmínkách povrchové kondenzace a vyloučen vliv nepříznivého působení kondenzátu na navazující konstrukce.
3.3 PŘÍKLAD VÝPOČTU
Pro výpočet dvojrozměrných teplotních polí v ustáleném teplotním stavu se používá program AREA, který je součástí stejného souboru tepelnětechnických programů jako v předchozím textu použitý program TEPLO i jako všechny ostatní programy, dále zmiňované v této publikaci. Program AREA umožňuje jak klasický způsob výpočtu s přesným zadáním geometrického i materiálového řešení a okrajových podmínek hodnoceného detailu, tak i rychlé zjednodušené řešení pomocí katalogu detailů.
Pro vzorový příklad bylo zvoleno řešení katalogového detailu - tento způsob výpočtu umožňuje pro vybrané stavební detaily provést (s dostatečnou přesností) výpočet dvojrozměrného teplotního pole s možností rychlého řešení jednotlivých variant a následné optimalizace konstrukčního a geometrického řešení detailu. Program nabízí možnost (s určitými omezeními) měnit materiálovou skladbu řešeného detailu, jeho geometrické řešení i okrajové podmínky výpočtu.
Stručný popis postupu výpočtu je následující: Po výběru odpovídajícího detailu z nabízených katalogových řešení se v tabulce Rychlá úprava detailu - Homogenní oblasti může provést úprava geometrie jednotlivých vrstev a jejich materiálového řešení. Poté lze v tabulce Okrajové podmínky zkontrolovat zadané okrajové podmínky, případně provést jejich změnu. Každá provedená změna musí být samostatně uložena zpět do paměti počítače.
Vzhledem k tomu, že normové ustanovení o vnitřní povrchové teplotě se týká pouze neprůsvitné části konstrukce a ne otvorové výplně, lze při vyhodnocení výsledku výpočtu s výhodou použít rozdělení vnitřního povrchu hodnoceného detailu na dvě samostatná prostředí - viz zadání okrajových podmínek. Toto dělení však vychází z různých hodnot součinitelů přestupu tepla na rozdílných površích a s normovými požadavky nijak bezprostředně nesouvisí.
Výstupní protokol o výpočtu zobrazuje:
teploty v uzlových bodech sítě,
minimální hodnoty povrchových teplot,
hustoty tepelných toků,
hodnoty tepelné propustnosti,
teploty rosného bodu,
hodnoty teplotního faktoru.
K dispozici jsou následující grafické výstupy:
kontrola okrajových podmínek,
zobrazení vybraných izoterem,
směr a rozložení tepelných toků,
teplotní pole detailu.
Proveďte vyhodnocení detailu osazení okenní konstrukce do ostění z hlediska nejnižší vnitřní povrchové teploty.
Zadání vstupních údajů
Obr. P 3.1 Homogenní oblasti
Obr. P 3.2 Vnější okrajové podmínky
Obr. P 3.3 Vnitřní okrajové podmínky - neprůsvitná konstrukce
Obr. P 3.4 Vnitřní okrajové podmínky - otvorová výplň
Obr. P 3.5 Doplňující údaje
Dvourozměrné stacionární pole teplot a částečných tlaků vodní páry
Název úlohy: Ostění
Základní parametry úlohy:
Parametry pro výpočet teplotního faktoru:
Teplota vzduchu v exteriéru θe: -13,0 °C
Teplota vzduchu v interiéru θi: 21,0 °C
Parametry charakterizující rozsah úlohy:
Počet svislých os: 75
Počet vodorovných os: 89
Počet prvků: 13024
Počet uzlových bodů: 6675
Souřadnice os sítě - osa x [m]:
0,13191
0,14391
0,15590
0,16789
0,17988
0,19188
0,20387
0,21586
0,22785
0,23984
0,25184
0,26383
0,27582
0,28781
0,32379
0,33578
0,34777
0,35977
0,37176
0,38375
0,40352
0,42328
0,44305
0,52211
0,54188
0,56164
0,58141
0,64070
0,66047
0,68023
0,73250
0,75875
0,78250
0,81750
0,83625
0,85500
0,87375
0,91125
0,94875
1,04250
1,06125
1,09875
Souřadnice os sítě - osa y [m]:
0,15750
0,16125
0,17250
0,20750
0,21900
0,22125
0,22250
0,27563
0,28688
0,30938
0,32063
0,32625
0,33188
0,33750
0,34313
0,34875
0,35438
Zadané materiály:
Faktor difuzního odporu m [-]
Vzduch tl. 37 mm
Zadané okrajové podmínky a jejich rozmístění:
Tepelný odpor konstrukce Rs [m2.K.W-1]
Částečný tlak vodní páry Pv [kPa]
Součinitel přestupu vodní páry hs [s.m-1]
Pro výpočet šíření vodní páry byla uplatněna přirážka k vnitřní průměrné vlhkosti 5 %.
Nejnižší povrchové teploty a hustoty tepelného toku
Teplota prostředí θ [°C]
Tepelný odpor při přestupu tepla Rsi, Rse [m2.K.W-1]
Relativní vlhkost φa [%]
Minimální povrchová teplota θsi,min [°C]
Tepelný tok Q [W.m-1]
Tepelná propustnost L [W.m-1.K-1]
-43,62547
10,45392
0,30747
33,17317
θ - je zadaná teplota v daném prostředí [°C];
Rs - zadaný odpor při přestupu tepla v daném prostředí [m2.K.W-1];
φa - zadaná relativní vlhkost v daném prostředí [%];
θs,min - minimální povrchová teplota v daném prostředí [°C];
Tepelný tok Q - je hustota tepelného toku z daného prostředí [W.m-1] (hodnota je vztažena na 1 m délky tepelného mostu, přičemž ztráta je kladná a zisk je záporný);
Propustnost L - tepelná propustnost mezi daným prostředím a okolím [W.m-1.K-1] (lze určit jen pro maximálně 2 prostředí; pro určité charakteristické výseky lze získat průměrný součinitel prostupu tepla vydělením hodnoty L šířkou hodnoceného výseku konstrukce).
Nejnižší povrchové teploty, teplotní faktory a riziko kondenzace
Minimální povrchová teplota
Vznik povrchové kondenzace
Maximální možná relativní vlhkost
Minimální potřebná teplota
θw [°C]
θs,min [°C]
fRsi, fRse [-]
φmax [%]
θmin [°C]
θw - je teplota rosného bodu v daném prostředí [°C] - lze určit jen pro teploty do 100 °C;
fRsi - teplotní faktor podle ČSN 73 0540-2:2011, ČSN EN ISO 10211-1:1997 a ČSN EN ISO 13788:2013 [-] (rozdíl minimální povrchové teploty a vnější teploty podělený rozdílem vnitřní (21,0 °C) a vnější (-13,0 °C) teploty - přesně lze určit jen pro max. 2 prostředí a pro rozdílnou vnitřní a vnější teplotu; program nicméně určuje orientační hodnoty i pro více prostředí, přičemž se uvažuje vnitřní teplota podle daného prostředí a konstantní vnější teplota θe = -13,0 °C);
φmax - maximální možná relativní vlhkost při dané teplotě v daném prostředí, která zajistí odstranění povrchové kondenzace [%];
θmin - minimální potřebná teplota při dané absolutní vlhkosti v daném prostředí, která zajistí odstranění povrchové kondenzace [°C] - platí jen pro případ dvou prostředí.
Zde uvedené vyhodnocení rizika kondenzace neodpovídá hodnocení ani podle ČSN 73 0540-2:2011, ani podle ČSN EN ISO 13788:2013 (neobsahuje bezpečnostní přirážky). Pro vyhodnocení výsledků podle těchto norem je nutné použít postup podle čl. 5.1 v ČSN 73 0540-2:2011 či čl. 5 v ČSN EN ISO 13788:2013.
Odhad chyby výpočtu:
Součet tepelných toků: 0,0016 W.m-1
Součet absolutních hodnot tepelných toků: 87,2526 W.m-1
Podíl: 0,0000
Podíl je < 0,001 ⇒ POŽADAVEK ČSN EN ISO 10211-1:1997 JE SPLNĚN.
STOP, Area 2011
Obr. P 3.6 Kontrola okrajových podmínek výpočtu
Obr. P 3.7 Rozložení tepelných toků
Červená (čárkovaná) izoterma zobrazuje hodnotu teploty, odpovídající normové hodnotě teplotního faktoru vnitřního povrchu pro stavební konstrukce. Vzhledem k tomu, že tato izoterma neprotíná vnitřní povrch stavební konstrukce (to znamená konstrukce obvodového pláště), lze prohlásit, že v celém rozsahu konstrukce je vnitřní povrchová teplota vyšší, než normou požadovaná hodnota a hodnocená konstrukce splňuje normové požadavky.
Modrá (čerchovaná) izoterma platí pro otvorovou výplň - zde se jedná o orientační hodnotu povrchové teploty, normou pouze doporučenou. Otvorová výplň splňuje i tento požadavek.
Vyhodnocení výpočtu je v souladu s normovým ustanovením provedeno pouze pro stavební konstrukci, tedy pro neprůsvitnou část hodnoceného detailu, takže je zadáno prostředí číslo 2 - viz zadávací formulář.
Obr. P 3.8 Teplotní pole
Obr. P 3.9 Normové izotermy
Izoterma červená (čárkovaná) 12,24 °C; Izoterma modrá (čerchovaná) 8,90 °C
Obr. P 3.10 Výběr prostředí - neprůsvitná konstrukce
Obr. P 3.11 Doplňující údaje - neprůsvitná konstrukce
Návrhová vnitřní teplota θi: 20,00 °C
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai : 21,00 °C
Relativní vlhkost v interiéru φi: 50,00 %
Teplota na vnější straně θe [°C] : -13,00 °C
I. Požadavek na teplotní faktor (článek 5.1 v ČSN 73 0540-2:2011)
Požadavek platí pro posouzení neprůsvitné konstrukce.
Vypočtená hodnota: fRsi = 0,846
fRsi > fRsi,N ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Area 2011, (c) 2011 Svoboda Software
Pouze pro orientaci bylo provedeno normou nepožadované vyhodnocení teplotního faktoru vnitřního povrchu otvorové výplně, to znamená hodnoty faktoru pro prostředí č. 3.
Obr. P 3.12 Výběr prostředí - otvorová výplň
Obr. P 3.13 Doplňující údaje - otvorová výplň
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai: 21,00 °C
Požadavek: fRsi,N = fRsi,cr = 0,655
Požadavek platí pro posouzení výplně otvoru (okno, dveře).
Vypočtená hodnota: fRsi = 0,670
Kritický teplotní faktor fRsi,cr byl stanoven pro maximální přípustnou vlhkost na vnitřním povrchu 100 % (kritérium vyloučení povrchové kondenzace).
4 POKLES DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHOVÉ KONSTRUKCE
Pokles dotykové teploty podlahové konstrukce je typickým nestacionárním jevem, to znamená jevem v čase proměnném. Pokles dotykové teploty zkoumá průběh kontaktní teploty mezi nohou a povrchem podlahové konstrukce. Jde tedy o kvantifikaci kontaktního ochlazovacího účinku podlahy na lidský organismus.
Okrajové podmínky hodnocení jsou následující:
počáteční teplota povrchu nohy θk = 33 °C,
doba kontaktu chodidla s povrchem podlahy t = 600 vteřin.
Průběh časové změny kontaktní teploty lze z pohledu normových deseti minut rozdělit na dvě stadia:
v prvním stadiu, v počátku kontaktu, dochází k poklesu kontaktní teploty,
ve druhém stadiu se začíná uplatňovat termoregulační systém lidského těla a dochází ke změně charakteru křivky průběhu kontaktní teploty, podle něhož rozlišujeme:
kategorii studených podlah v případě, že pokles kontaktní teploty v průběhu kontaktní doby pokračuje bez ohledu na to, jedná-li se o rychlejší nebo pozvolnější pokles teploty,
kategorii teplých podlah, charakteristických nárůstem kontaktní teploty ve druhém stadiu kontaktní doby.
Rozdílné chování těchto dvou skupin podlah je patrné z obr. 4.1, zachycujícího průběh kontaktní teploty podlah s různými typy nášlapné vrstvy.
Obr. 4.1 Průběh poklesu dotykové teploty vybraných podlahových konstrukcí: 1 - korkové parkety; 2 - dřevěná podlaha; 3 - PVC; 4 - betonová podlaha
4.1 VÝPOČET POKLESU DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHOVÉ KONSTRUKCE
Pokles dotykové teploty podlahové konstrukce se stanoví z hodnoty tepelné jímavosti podlahové konstrukce, která je shodná s tepelnou jímavostí horního povrchu první vrstvy, to znamená nejvýše položené vrstvy podlahy (někdy nazývané jako nášlapná vrstva). Tato hodnota tepelné jímavosti se vyčíslí postupným výpočtem tepelné jímavosti horních povrchů jednotlivých vrstev skladby podlahové konstrukce, a to od nejníže položené k nejvýše položené vrstvě, tedy v opačném pořadí, než je číslování vrstev (vrstvy se číslují od interiéru směrem k exteriéru).
Z předchozího textu plyne, že tepelnou jímavost podlahové konstrukce B lze vyjádřit jako
B = B1 [W.s0,5.m-2.K-1]
B1 - je tepelná jímavost horního povrchu nášlapné vrstvy podlahy.
Tepelnou jímavost horního povrchu j-té vrstvy lze určit ze vztahu
Bj = Bmat,j (1 + Kj)
Kj - je součinitel, stanovující zvýšení, případně snížení tepelné jímavosti horního povrchu vrstvy proti jímavosti vrstvy jako celku.
Hodnotu součinitele Kj lze stanovit buď výpočtem, nebo jednodušeji z nomogramu na obr. 4.2.
Pro nejnižší vrstvu podlahové konstrukce platí
Kj = 0, Bj = Bmat,j
Za nejnižší vrstvu podlahové konstrukce se pro tyto účely považuje
u podlah na terénu vrstva nad hydroizolací,
u podlah na stropní konstrukci nosná vrstva této stropní konstrukce.
Hodnota poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce se určí ze vztahu
θsi,min - je nejnižší vnitřní povrchová teplota podlahové konstrukce [°C].
Obr. 4.2 Nomogram pro stanovení součinitele Kj
4.2 NORMOVÉ POŽADAVKY
Pokles dotykové teploty hodnocené podlahové konstrukce Dq10 musí být menší nebo roven normové hodnotě poklesu pro danou kategorii podlahy, to znamená, že
Δθ10 ≤ Δθ10,N [°C]
Rozdělení podlahových konstrukcí do čtyř kategorií podle požadavků ČSN 73 0540-2 je specifikováno v tab. 4.1.
Zatřídění podlah do jednotlivých kategorií z hlediska poklesu dotykové teploty v závislosti na druhu budovy a účelu místnosti je dáno v tab. 4.2.
Tab. 4.1 Kategorizace podlah
Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10,N [°C]
Tab. 4.2 Požadované a doporučené hodnoty kategorií podlah
obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji, kuchyň
předsíň před vstupem do bytu
učebna, kabinet
dětská místnost jeslí a školky
operační sál, předsálí, ordinace, přípravna, vyšetřovna, služební místnost
chodba a předsíň nemocnice
pokoj dospělých nemocných
pokoj nemocných dětí
pokoj intenzivní péče
sál kina, divadla
místa pro hosty v restauraci
trvalé pracovní místo při sedavé práci
trvalé pracovní místo bez podlážky nebo předepsané teplé obuvi
sklad se stálou obsluhou
V případě, že hodnotíme místnost, která v této tabulce není zařazena, použije se hodnot platných pro místnost s obdobným účelem, v tabulce zařazenou.
Norma uvádí i dva příklady, kdy není nutné podlahové konstrukce z hlediska poklesu dotykové teploty hodnotit a kdy lze podlahu automaticky a bez výpočtového hodnocení zařadit do 1. kategorie.
podlahy s trvalou nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny,
podlahy s povrchovou teplotou trvale vyšší než 26 °C.
V případě podlah s podlahovým vytápěním lze hodnotu poklesu dotykové teploty Δθ10 vyčíslit s použitím vztahu 4.5, kde za hodnotu nejnižší vnitřní povrchové teploty podlahové konstrukce použijeme hodnotu této teploty, stanovené bez vlivu vytápění pro návrhovou teplotu na vnější straně podlahové konstrukce na úrovni θe = 13 °C.
4.3 ZÁSADY PRO NAVRHOVÁNÍ PODKLAHOVÝCH KONSTRUKCÍ Z HLEDISKA POKLESU DOTYKOVÉ TEPLOTY
O výsledné hodnotě poklesu dotykové teploty rozhoduje především akumulační schopnost nášlapné vrstvy podlahy. Tato zásada platí ponejvíc u nášlapných vrstev s poměrně velkou tloušťkou. U tenkých nášlapných vrstev se uplatňuje i druhá, případně třetí (počítáno shora) vrstva skladby podlahy. Vrstvy hluboko ve skladbě podlahy nemají na výslednou hodnotu poklesu dotykové teploty prakticky žádný vliv a jakékoliv jejich úpravy jsou tedy zcela bezpředmětné.
V současné době se začínají uplatňovat suché skladby podlah, které vylučují mokré technologické procesy (podkladní betony, samonivelační anhydritové vrstvy), a používají obvykle místo těchto materiálů dvě vrstvy desek (sádrokarton, OSB atd.) s prostřídanými spárami. Toto řešení nejenže zrychlí proces výstavby v důsledku odstranění technologických přestávek, nutných k řádnému vyschnutí podkladních vrstev, ale zlepší i zatřídění podlah z hlediska jejich poklesu dotykové teploty.
4.4 PŘÍKLADY VÝPOČTU
Pro výpočet poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce se používá program TEPLO s tím, že v tabulce „Popis konstrukce a okrajových podmínek“ je třeba při zadání typu konstrukce zvolit variantu „Podlaha na zemině nebo mezi podlažími“ (volba pro výpočet poklesu dotykové teploty).
Pro zadání vstupních údajů platí stejná pravidla jako pro běžné komplexní hodnocení stavebních konstrukcí. V případě výpočtu poklesu dotykové teploty je však rozsah zadávaných údajů výrazně zredukován.
Protokol o výpočtu obsahuje:
rekapitulaci vstupních údajů
hodnotu tepelného odporu a součinitele prostupu tepla konstrukce
hodnotu povrchové teploty konstrukce a teplotního faktoru
hodnotu tepelné jímavosti podlahy
hodnotu poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce.
Výpočet poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce neobsahuje žádný grafický výstup.
Proveďte klasifikaci z hlediska poklesu dotykové teploty pro podlahu na rostlém terénu, určenou do obývacího pokoje.
Do výpočtu je zahrnuta pouze skladba konstrukce nad hlavní vodorovnou hydroizolační vrstvou. Separační vrstva mezi tepelnou izolací a anhydritovou směsí je zanedbána, stejně jako tmel, do něhož jsou vlysy nalepeny.
Obr. P 4.1.1 Skladba konstrukce
Obr. P 4.1.2 Okrajové podmínky výpočtu
Obr. P 4.1.3 Doplňující parametry výpočtu
Základní komplexní tepelnětechnické posouzení stavební konstrukce podle ČSN EN ISO 13788:2002, ČSN EN ISO 6946:2009 a podle norem ČSN 73 0540.
Název úlohy: 5.1 Podlaha na zemině
Typ hodnocené konstrukce: Podlaha - výpočet poklesu dotykové teploty
Korekce součinitele prostupu ΔU: 0,000 W.m-2.K-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi: 0,17 m2.K.W-1
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse: 0,00 m2.K.W-1
Návrhová venkovní teplota θe: 5,0 °C
Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu je: 100,0 %
Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi: 55,0 %
Výsledky vyšetřování:
Tepelný odpor konstrukce R: 2,650 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla konstrukce U: 0,354 W.m-2.K-1
Součinitelé prostupu zabudované konstrukce Uk: 0,37/0,40/0,45/0,55 W.m-2.K-1
Difuzní odpor konstrukce ZpT: 8,5 . E + 10 m.s-1
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách θsi,p: 19,640 °C
Teplotní faktor v návrhových podmínkách fRsi,p: 0,915
Pokles dotykové teploty podlahy podle ČSN 73 0540-2:2011
Tepelná jímavost podlahové konstrukce B: 526,03 W.s0,5.m-2.K-1
Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10: 4,15 °C
STOP, Teplo 2011
Vyhodnocení výsledků výpočtu
Obr. P 4.1.4 Výběr konstrukce
Obr. P 4.1.5 Doplňující údaje
Obr. P 4.1.6 Doplňující údaje - typ konstrukce
Obr. P 4.1.7 Doplňující údaje - druh budovy a místnosti
Název konstrukce: 5.1 Podlaha na zemině
Návrhová vnitřní teplota θi: 20,0 °C
Převažující návrhová vnitřní teplota θiM: 20,0 °C
Návrhová venkovní teplota θae: -15,0 °C
Teplota na vnější straně θe: 5,0 °C
Relativní vlhkost v interiéru φi: 50,0 % (+5,0 %)
Dow Floormate 200
Požadavek: fRsi,N = fRsi,cr = 0,791
Vypočtená průměrná hodnota: fRsi,m = 0,915
Požadavek: UN = 0,45 W.m-2.K-1
Vypočtená hodnota: U = 0,35 W.m-2.K-1
III. Požadavek na pokles dotykové teploty (čl. 5.5 v ČSN 73 0540-2:2011)
Požadavek - teplá podlaha: Δθ10,N = 5,5 °C
Vypočtená hodnota: Δθ10 = 4,15 °C
Δθ10 < Δθ10,N ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Teplo 2011, (c) 2011 Svoboda Software
Proveďte klasifikaci podlahové konstrukce, určené pro obývací pokoj, z hlediska poklesu dotykové teploty.
Ve výpočtu je zanedbána vrstva tmelu pod nášlapnou vrstvou podlahy, separační vrstva mezi anhydritovou směsí a vrstvou kročejové izolace i omítka stropní desky.
Obr. P 4.2.1 Skladba konstrukce
Obr. P 4.2.2 Okrajové podmínky výpočtu
Obr. P 4.2.3 Doplňující parametry výpočtu
Výstup výpočtu
Název úlohy: 5.2. Podlaha
Anhydritová sm
Isover 73 T
Železobeton 2
Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse: 0,17 m2.K.W-1
Návrhová venkovní teplota θe: 21,0 °C
Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu φe: 50,0 %
Tepelný odpor konstrukce R: 1,02 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla konstrukce U: 0,734 W.m-2.K-1
Součinitel prostupu zabudované konstrukce Ukc: 0,75/0,78/0,83/0,93 W.m-2.K-1
Uvedené orientační hodnoty platí pro různou kvalitu řešení tepelných mostů, vyjádřenou přibližnou přirážkou podle poznámek k čl. B.9.2 v ČSN 73 0540-4.
Difuzní odpor konstrukce ZpT: 4,6 . E + 10 m.s-1
Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p: 21,00 °C
Teplotní faktor v návrhových podmínkách fRsi,p: 1,000
Tepelná jímavost podlahové konstrukce B: 526,03 W.s.m-2.K-1
Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10: 3,84 °C
Obr. P 4.2.4 Výběr hodnocené konstrukce
Obr. P 4.2.5 Doplňující údaje
Obr. P 4.2.6 Doplňující údaje - typ konstrukce
Obr. P 4.2.7 Doplňující údaje - druh budovy a místnosti
Název konstrukce: 4.2 Podlaha
Teplota na vnější straně θe: 21,0 °C
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 73 0540-1:2005.
Požadavek: UN = 2,20 W.m-2.K-1
Vypočtená hodnota: U = 0,73 W.m-2.K-1
Požadavek: teplá podlaha: Δθ10,N = 5,50 °C
Vypočtená hodnota: Δθ10 = 3,84 K
5 TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTI V LETNÍM OBDOBÍ
Hodnocení letní tepelné stability nabývá z hlediska tepelné ochrany budov stále větší význam, protože narůstá podíl objektů s rozměrnými prosklenými plochami v obvodových konstrukcích. Právě v takovýchto případech vzniká aktuální nebezpečí přehřátí interiéru v důsledku skleníkového efektu. Jedná se tedy o klasický případ neustáleného teplotního stavu, kdy se teplota vnitřního prostoru v průběhu denního cyklu mění. K normovému hodnocení se pak užívá pouze maximální vypočtená hodnota teploty vnitřního vzduchu.
Výpočtové hodnocení se provádí pro kritickou místnost v budově s předpokladem, že pokud tato místnost splňuje normové požadavky, odpovídají těmto požadavkům i všechny ostatní prostory v objektu. Kritickou místností je prostor s předpokládanou největší tepelnou zátěží - jedná se obvykle o místnost s největším podílem přímo osluněných prosklených ploch ve fasádě (vztaženo k podlahové ploše místnosti) a obvodovými konstrukcemi s východní, přes jižní až k západní orientaci.
5.1 VÝPOČET
Z hlediska posuzování letní tepelné stability došlo v posledních letech k určitým změnám. Zatímco po dlouhou dobu se místnosti hodnotily pomocí nejvyššího denního vzestupu teploty vnitřního vzduchu Δθai,max, v nedávno uplynulém období se připouštěly dvě metodiky hodnocení - jednak použití původního Δθai,max, ale i modernější výpočet, pracující s hodnotou nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období θai,max. V souladu s nejnovějším ustanovením ČSN 73 0540-2:2011 je od listopadu 2011 kriteriální veličinou pro hodnocení kritické místnosti pouze nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období θai,max.
K hodnocení letní tepelné stability místnosti se obvykle používá metodika podle ČSN EN ISO 13791:2012 a ČSN EN ISO 13792:2012 s použitím okrajových podmínek podle ČSN 73 0540-3:2005.
Výpočtové hodnocení letní tepelné stability místnosti se provádí bez uvážení vlivu vnitřních tepelných zisků, do výpočtu však je možno zahrnout proměnlivou intenzitu větrání, například v případě nočního předchlazování budovy venkovním vzduchem.
Výpočet letní tepelné stability musí být proveden i u budov, které jsou vybaveny strojním chlazením - v tomto případě se do výpočtu nezahrnuje výkon chladicího zařízení, ani tepelné zisky od technologických zařízení nebo kancelářského vybavení. Takovéto hodnocení garantuje alespoň omezenou možnost použití budovy v případě havarijních situací a kryje část rizik přehřívání objektu jeho odpovídajícím stavebním řešením.
5.2 NORMOVÉ POŽADAVKY
Hodnocená kritická místnost je z hlediska letní tepelné stability vyhovující, pokud platí, že
θai,max ≤ θai,max,N [°C]
θai,max,N - je požadovaná hodnota nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti, stanovená z tab. 5.1.
Tab. 5.1 Požadované hodnoty nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období θai,max,N
Nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období θai,max,N [°C]
Nevýrobní1)
Ostatní s vnitřním zdrojem tepla
do 25 W.m-3 včetně
nad 25 W.m-3
1) 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 budovy vybavené strojním chlazením platí požadavek
θai,max ≤ 32 °C
stanovený za podmínek, uvedených v textu kap. 5.1.
5.3 ZÁSADY NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ A BUDOV Z HLEDISKA LETNÍ TEPELNÉ STABILITY
Vzhledem k tomu, že energetická náročnost budov, využívajících strojní chlazení, je výrazně vyšší než energetická náročnost běžných budov, měly by budovy být navrhovány tak, aby splňovaly požadavky na letní tepelnou stabilitu prostoru bez použití strojního chlazení. Chlazení budov je možno navrhovat pouze v případě, kdy stavebním řešením objektu nelze uvedeným normovým požadavkům vyhovět, nebo v případech budov s nadstandardními požadavky na kvalitu vnitřního prostředí.
Stavebním prvkem, který nejvýrazněji ovlivňuje hodnotu nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období, jsou bezpochyby otvorové výplně, situované v obvodovém plášti, orientovaném na solárně exponovanou stranu. Jejich plocha, orientace, použité zasklení a případné clonění jsou limitujícími prvky výpočtového hodnocení letní tepelné stability.
Na otvorové výplně jsou však při řešení některých tepelně technických a energetických problémů, konkrétně při řešení tepelné stability v letním období a zajištění maximálních solárních zisků v zimním období, kladeny protichůdné požadavky. Zatímco v létě usilujeme o minimalizaci toku slunečního záření do chráněného prostoru, v zimním období se snažíme o docílení co nejvyšších solárních zisků, které by zajistily úspory konvenční energie, nezbytné k vytápění sledovaného prostoru.
V současné době jsou jednoznačně preferovány solární zisky, směřující do interiéru v zimním období. Problematika letního období je řešena vhodnými stavebně konstrukčními úpravami objektu, případně i cloněním okenních otvorů v rozsahu, nezbytném pro zajištění požadovaných parametrů vnitřního prostředí.
Mezi stavebně konstrukční řešení se obvykle zahrnuje návrh přesahu střešních konstrukcí, balkonových či lodžiových desek, markýz a podobně. Účinnost těchto prvků je velmi citlivá na jejich správnou polohu i orientaci, a proto je třeba vzít v úvahu nejen jejich orientaci ke světovým stranám a rozdílnou účinnost v zimním a letním období (s ohledem na rozdílnou výši slunce nad horizontem, způsobující rozdílný podíl oslunění interiéru), ale i požadavky na zajištění potřebné úrovně intenzity denního osvětlení sledovaného prostoru.
V případě návrhu clonicích prvků jsou preferována taková řešení, která umožňují případnou regulaci tepelného i světelného toku okenním otvorem - nejčastěji pomocí manipulace s těmito clonicími prvky. Nečastěji jsou proto používány různé typy clonicích žaluzií, z nichž jsou - z hlediska snížení tepelné zátěže místnosti - jednoznačně nejvýhodnější žaluzie vnější. Naopak použití speciálního zasklívacích jednotek, reflexních fólií a podobných prvků, permanentně snižujících solární tepelné zisky místnosti, není s ohledem na požadavek v maximální míře využít solární zisky k optimalizaci tepelné bilance místnosti v zimním období, ideálním řešením.
Mezi další úpravy, vedoucí ke zlepšení letní tepelné stability místnosti (i když nemají tak výrazný vliv jako výše popsané úpravy v oblasti otvorových výplní), patří:
návrh obalových konstrukcí s akumulační vrstvou, situovanou co nejblíže k vnitřnímu líci konstrukce;
návrh akumulačních prvků (akumulačních jader) uvnitř dispozice budovy - jedná se o návrh vnitřních dělících konstrukcí nebo i stropních konstrukcí se zvýšenou akumulační schopností, tedy konstrukcí z materiálů s vysokou objemovou hmotností;
návrh obalových konstrukcí budovy formou dvouplášťových konstrukcí s provětrávanou vzduchovou vrstvou. Vnější plášť těchto konstrukcí, oddělený od vnitřního pláště vzduchovou vrstvou, působí jako radiační clona a redukuje tak tepelný tok, směřující do interiéru budovy;
snížení tepelného toku, procházejícího do budovy prostřednictvím netransparentních obalových konstrukcí - kromě málo reálného zlepšení tepelněizolačních schopností těchto konstrukcí je možno snížení tepelné zátěže dosáhnout volbou vhodné barvy a struktury vnějšího povrchu konstrukcí. Ideální jsou z tohoto pohledu barvy světlých odstínů a povrchy s co nejhladší strukturou.
5.4 PŘÍKLAD VÝPOČTU
Pro hodnocení tepelné stability místnosti v letním období je použit program simulace, který hodnotí sledovaný prostor z hlediska jeho reakce na vnější a vnitřní tepelnou zátěž.
Vstupní data výpočtu tvoří:
základní popis místnosti
vnitřní zdroje tepla
skladba neprůsvitných konstrukcí
údaje o průsvitných konstrukcích
rekapitulaci vstupních údajů, včetně skladeb jednotlivých konstrukcí
specifikaci měrných tepelných zisků
vyčíslení tepelných toků a výsledných vnitřních teplot v intervalu 24 hodin (tj. v průběhu modelového dne)
určení minimální, průměrné a maximální teploty v daném časovém intervalu
Grafickým výstupem výpočtu lze získat průběh teplot v průběhu celého modelového dne.
Proveďte vyhodnocení místnosti z hlediska letní tepelné stability.
Skladba konstrukcí a další nezbytné údaje jsou patrné ze zadávacích formulářů.
Obr. P 5.1 Základní popis místnosti
Obr. P 5.2 Vnitřní zdroje tepla
Obr. P 5.3 Výměna vzduchu
Obr. P 5.4 Teplota venkovního vzduchu
Obr. P 5.5 Intenzita slunečního záření
Obr. P 5.6 Neprůsvitné konstrukce - obvodová stěna (jih)
Obr. P 5.7 Neprůsvitné konstrukce - obvodová stěna (západ)
Obr. P 5.8 Neprůsvitné konstrukce - dvouplášťová střecha
Obr. P 5.9 Neprůsvitné konstrukce - příčka 1
Obr. P 5.10 Neprůsvitné konstrukce - příčka 2
Obr. P 5.11 Neprůsvitné konstrukce - podlaha
Obr. P 5.12 Neprůsvitné konstrukce - vnitřní dveře
Obr. P 5.13 Průsvitné konstrukce - okno (jih)
Odezva místnosti na vnitřní a vnější tepelnou zátěž v letním období podle ČSN EN ISO 13792:2012.
Simulace 2011
Název úlohy: Letní stabilita
Datum a zeměpisná šířka φ: 21. 8., 52 °s. š.
Objem vzduchu v místnosti Va: 48,00 m3
Součinitel přestupu tepla prouděním: 2,50 W.m-2.K-1
Součinitel přestupu tepla sáláním: 5,50 W.m-2.K-1
Činitel fsa: 0,10
Násobky výměny vzduchu v místnosti
Velikost vnitřních zdrojů
Intenzita slunečního záření pro jednotlivé orientace
θe - je teplota vnějšího vzduchu,
n - násobnost výměny v místnosti,
Zadané neprůsvitné konstrukce:
Konstrukce číslo 1 - vnější jednoplášťová konstrukce
Plocha konstrukce A:
Součinitel prostupu tepla v letním období U*:
0,25 W.m-2.K-1
Tepelný odpor Rsi:
Tepelný odpor Rse:
0,08 m2.K.W-1
Orientace konstrukce:
Pohltivost záření:
Činitel oslunění:
l [W.m-1.K-1]
r [kg.m-3]
Omítka vápenná
Porotherm 30 tř. 100
Tepelná kapacita c: 91,248 kJ.m-2.K-1
Konstrukce číslo 2 - vnější jednoplášťová konstrukce
0,07 m2.K.W-1
Porotherm 30 tř, 100
Konstrukce číslo 3 - vnější dvouplášťová konstrukce
0,18 W.m-2.K-1
0,10 m2.K.W-1
Činitel větrání:
Min, vlákna
Plech, krytina
Tepelná kapacita c: 329,350
Konstrukce číslo 4 - vnitřní konstrukce
1,80 W.m-2.K-1
Porotherm 11,5 P+D
Tepelná kapacita c: 74,359 kJ.m-2.K-1
Konstrukce číslo 5 - vnitřní konstrukce
Konstrukce číslo 6 - vnitřní konstrukce
0,79 W.m-2.K-1
0,17 m2.K.W-1
Tepelná kapacita c: 117,404 kJ.m-2.K-1
Konstrukce číslo 7 - vnitřní konstrukce
2,26 W.m-2.K-1
Tepelná kapacita c: 30,093 kJ.m-2.K-1
Zadané vnější průsvitné konstrukce:
Konstrukce číslo 1
1,53 W.m-2.K-1
Propustnost záření g:
Činitel prostupu τE:
Terciální činitel Sf3:
Korekční činitel rámu:
Korekční činitel clonění:
Sekundární činitel Sf2:
Činitel jímavosti Y:
1,32 W.K-1
Výsledky vyšetřování odezvy místnosti:
R-C metoda
Obalová plocha místnosti At:
Tepelná kapacita místnosti cm:
13 200,9 kJ.K-1
Ekvivalentní akumulační plocha Am:
Měrný zisk vnitřní konvekcí a radiací His:
324,02 W.K-1
Měrný zisk přes okna a lehké konstrukce Hes:
2,20 W.K-1
Měrný zisk přes hmotné konstrukce Hth:
9,93 W.K-1
Činitel přestupu tepla na vnitřní straně Hms:
566,74 W.K-1
Činitel prostupu z exteriéru na povrch hmotných konstrukcí Hem:
10,11 W.K-1
Výsledné vnitřní teploty a tepelný tok:
Tepelný tok Φ [W]
Teplota vnitřního vzduchu θi [°C]
Teplota střední radiační θr [°C]
Teplota výsledná operativní θo [°C]
Průměrná hodnota:
STOP, Simulace 2011
Obr. P 5.14 Výběr typu budovy
Obr. P 5.15 Vyhodnocení výsledku výpočtu
Obr. P 5.16 Průběh teplot
1 - vnější teplota (pro větrání); 2 - teplota vnitřního vzduchu
6 TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTI V ZIMNÍM OBDOBÍ
Výpočet tepelné stability místnosti v zimním období je další typickou ukázkou hodnocení prostoru v neustáleném teplotním stavu. V tomto případě zkoumáme průběh chladnutí místnosti (to znamená v čase se měnící hodnotu výsledné teploty místnosti) v době otopné přestávky. Předpokládá se v čase proměnná hodnota výsledné vnitřní teploty a naopak konstantní hodnota teploty venkovního vzduchu; výkon zdroje tepla je za této situace nulový. Výpočet se provádí v případě, kdy se v objektu předpokládá přerušovaný režim vytápění - pro ostatní režimy, jako je například tlumené vytápění, se tento způsob výpočtu neužívá.
Výpočet lze použít i pro analýzu některých nestandardních situací, jako jsou např. havarijní stavy otopného systému, kdy zjišťujeme maximální možnou dobu přerušení vytápění v souvislosti s požadavky na minimální přípustnou teplotu interiéru, danou výrobními technologiemi, provozními požadavky výrobních zařízení nebo charakterem skladovaných produktů.
Normové hodnocení se stejně jako při hodnocení letní tepelné stability provádí pro kritickou místnost. Kritická místnost při výpočtovém hodnocení zimní stability obvykle není shodná s kritickou místností při hodnocení stability letní. V případě zimní tepelné stability se za kritickou místnost považuje prostor s nejvyšší hodnotou průměrného součinitele prostupu tepla obalových konstrukcí místnosti Um. Jedná se obvykle o místnost s největším podílem prosklených obalových konstrukcí, nebo o místnost s největším podílem vnějších ochlazovaných konstrukcí, což bývá například rohová místnost v posledním podlaží budovy. Doporučuje se výpočtově ověřit i ty místnosti, jejichž průměrný součinitel prostupu tepla se od hodnoty tohoto součinitele kritické místnosti neliší o více než 0,05 W.m-2.K-1.
6.1 VÝPOČET
Výpočet chladnutí místnosti v době otopné přestávky vychází z bilanční energetické rovnice sledovaného prostoru. Na jedné straně této rovnice jsou v čase se měnící tepelné zisky, reprezentované zisky tepla z chladnoucích konstrukcí, které místnost obklopují, a z dalších vnitřních zdrojů, jako je například nábytek, chladnoucí otopná tělesa nebo technologická zařízení. Druhá strana bilanční rovnice přestavuje tepelné ztráty (také v čase proměnné), což jsou ztráty prostupem tepla jednotlivými konstrukcemi a ztráty infiltrací venkovního vzduchu.
Výpočet, který se výhradně provádí pomocí výpočetní techniky, umožňuje získat údaje o časovém průběhu chladnutí místnosti; lze tedy vyčíslit v čase se měnící hodnoty výsledné teploty místnosti i hodnoty vnitřních povrchových teplot jednotlivých konstrukcí. Výpočet lze provést i pro měnící se řadu teplot venkovního vzduchu, takže následně lze na základě takovéhoto výpočtu optimalizovat délku otopné přestávky v průběhu celého topného období a sledovat i případné nebezpečí výskytu kondenzace vodní páry na chladnoucím povrchu jednotlivých obalových konstrukcí místnosti.
Normové hodnocení zimní tepelné stability místnosti vede k určení největší možné délky otopné přestávky při respektování normových požadavků na pokles výsledné teploty v místnosti. Do výpočtu chladnutí místnosti se zahrnují pouze ty vrstvy konstrukce, které mají významnější akumulační účinky.
Pokles výsledné teploty v místnosti v průběhu otopné přestávky se stanoví ze vztahu
Δθv(t) = θv - θv(t) [°C]
θv - je výsledná teplota místnosti na počátku chladnutí místnosti, to znamená v čase t = 0, kdy je θv = θv(0);
θv(t) - výsledná teplota místnosti, proměnná v průběhu chladnutí.
Z hlediska hodnocení zimní tepelné stability dělíme konstrukce na:
symetricky chladnoucí konstrukce jsou obvykle vnitřní konstrukce, rozdělující prostory, jejichž teploty se na počátku chladnutí neliší o více než 5 °C. U těchto konstrukcí dochází na obou stranách konstrukce k téměř stejnému poklesu povrchové teploty;
nesymetricky chladnoucí konstrukce, které rozdělují prostory, jejichž teplota se na počátku chladnutí liší o více než 5 °C. Jedná se především o konstrukce obalové, zatížené vnějším a vnitřním prostředím, případně i o konstrukce vnitřní, které oddělují prostory s výrazně rozdílnými teplotami. U obalových konstrukcí dochází k poklesu teploty pouze na vnitřní straně konstrukce, zatímco vnější strana konstrukce je zatížena konstantní teplotou vnějšího vzduchu. U vnitřních konstrukcí se pokles teploty na obou površích ne příliš výrazně liší;
konstrukce polonekonečné - konstrukce v kontaktu se zeminou, u kterých dochází v průběhu chladnutí k poklesu teploty pouze na vnitřní straně konstrukce, pod podlahou se předpokládá konstantní teplota.
6.2 NORMOVÉ POŽADAVKY
Kriteriální veličinou pro hodnocení místnosti z hlediska zimní tepelné stability je hodnota poklesu výsledné teploty místnosti. Její normou danou hodnotu lze zjistit z tab. 6.1.
Tab. 6.1 Požadované hodnoty poklesu výsledné teploty místnosti v zimním období
Druh místnosti (prostoru)
Pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období Δθv,N (t) [°C]
S pobytem lidí po přerušení vytápění
při vytápění radiátory, sálavými panely a teplovzdušně,
při vytápění kamny a podlahovém vytápění
Bez pobytu lidí po přerušení vytápění
při přerušení vytápění otopnou přestávkou
budova masivní,
budova lehká,
při předepsané nejnižší teplotě θv,min,
θi - θv,min
při skladování potravin,
θi - 8
při nebezpečí zamrznutí vody.
θi - 1
Nádrže s vodou (teplota vody)
Kritická místnost musí na konci doby chladnutí vykazovat pokles výsledné teploty
Δθv (t) ≤ Δθv,N (t)
Δθv,N (t) - je normou požadovaná hodnota poklesu výsledné teploty v místnosti, stanovená z tab. T 6.1.
6.3 ZÁSADY PRO NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ A BUDOV Z HLEDISKA ZIMNÍ TEPELNÉ STABILITY
V případě zimní tepelné stability platí obdobné zásady, jako platí v případě stability letní. Rozhodujícím prvkem jsou otvorové výplně, především jejich zasklívací jednotka, jejíž vliv je prioritní. Určitou roli sehrává i kvalitní návrh okenních rámů a křídel a míra infiltrace vzduchu otvíravými částmi oken - u moderních okenních konstrukcí s dokonalými systémy těsnění je však podíl infiltrace zcela minimální.
Další opatření, vedoucí ke zlepšení tepelné stability místnosti v zimním období, jsou:
vytvoření akumulačních jader v dispozici budovy,
navrhování obalových konstrukcí s akumulační vrstvou, situovanou co nejblíže vnitřnímu lící konstrukce,
navrhování vnitřních konstrukcí (jak příček, tak i stropních konstrukcí) formou masivních konstrukcí se zvýšenou akumulační schopností,
zlepšení tepelněizolační schopnosti obalových konstrukcí (je-li toto zlepšení technicky a ekonomicky reálné).
6.4 PŘÍKLAD VÝPOČTU
Pro výpočet tepelné stability místnosti v zimním období se používá program STABILITA, který provádí výpočet chladnutí ve 24 cyklech s předem zadaným časovým intervalem. Vrstvy s nevýrazným akumulačním účinkem (jako takové se obvykle označují vrstvy o tloušťce do 20 milimetrů) se ve výpočtu buď zanedbávají, nebo lze provést jejich sloučení s vrstvou následující.
Vstupní data tvoří údaje v tabulkách:
Základní popis místnosti - zde se zadává i časový interval výpočtu.
Popis obalových konstrukcí - zde se zadávají průsvitné i neprůsvitné konstrukce. Počet formulářů odpovídá počtu neprůsvitných obalových konstrukcí v místnosti.
popis jednotlivých obalových konstrukcí místnosti včetně jejich tepelnětechnických parametrů,
v čase proměnný průběh teploty vnitřního vzduchu, teploty vnitřního povrchu jednotlivých zadaných konstrukcí, výsledné teploty místnosti a poklesu výsledné teploty místnosti.
Grafickým výstupem programu je křivka průběhu poklesu výsledné teploty místnosti.
Proveďte vyhodnocení místnosti vytápěné radiátory z hlediska tepelné stability v zimním období.
Údaje o jednotlivých konstrukcích jsou patrné ze zadání výpočtu.
Obr. P 6.1 Základní popis místnosti
Obr. P 6.2 Obvodová stěna (východ) - včetně okna
Obr. P 6.3 Obvodová stěna (jih) - včetně okna
Obr. P 6.4 Plochá střecha
Obr. P 6.5 Příčka 1
Obr. P 6.6 Příčka 2
Obr. P 6.7 Vnitřní dveře
Obr. P 6.8 Podlaha
Tepelná stabilita místnosti v zimním období podle norem ČSN 73 0540
Název úlohy: Zimní stabilita
Zakázka: ČKAIT
Venkovní návrhová teplota θe: -15,0 °C
Součinitel přestupu hse: 25,0 W.m-2.K-1
Vnitřní návrhová teplota θi: 20,0 °C
Součinitel přestupu hsi: 7,7 W.m-2.K-1
Dílčí časový úsek pro hodnocení poklesu teploty t: 1,00 h (celkem 24 x t)
Měrné objemové teplo vzduchu v místnosti cv: 1217,0 J.m-3.K-1
Jiné trvalé tepelné zisky v místnosti Qm: 0,0 W
Objem vzduchu v hodnocené místnosti V: 75,0 m3
Intenzita přirozené výměny vzduchu n: 0,3 h-1
Jednotlivé konstrukce v místnosti:
Konstrukce číslo 1 - Neprůsvitná konstrukce
Typ konstrukce: nesymetricky chladnoucí
Plocha konstrukce A: 13,20 m2
Teplota na vnější straně θe: -15,0 °C
Vrstva číslo
Porotherm 30 Profi n
Tepelný odpor R: 4,394 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla U: 0,219 W.m-2.K-1
Tepelný odpor 1. vrstvy R1: 1,667 m2.K.W-1
Tepelná jímavost 1. vrstvy b1: 148500,0 W2.s.m-4.K-2
Konstrukce číslo 2 - Neprůsvitná konstrukce
Konstrukce číslo 3 - Neprůsvitná konstrukce
Plocha konstrukce A: 25,00 m2
Pěnový polystyren 2
Tepelný odpor R: 4,679 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla U: 0,206 W.m-2.K-1
Tepelný odpor 1. vrstvy R1: 0,095 m2.K.W-1
Tepelná jímavost 1. vrstvy b1: 3867840,0 W2.s.m-4.K-2
Konstrukce číslo 4 - Neprůsvitná konstrukce
Typ konstrukce: symetricky chladnoucí
Plocha konstrukce A: 15,00 m2
Teplota na vnější straně Te: 20,0 °C
Tepelný odpor R: 0,442 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla U: 1,424 W.m-2.K-1
Tepelný odpor 1. vrstvy R1: 0,442 m2.K.W-1
Tepelná jímavost 1. vrstvy b1: 221000,0 W2.s.m-4.K-2
Konstrukce číslo 5 - Neprůsvitná konstrukce
Plocha konstrukce A: 13,40 m2
Teplota na vnější straně θe: 15,0 °C
Konstrukce číslo 6 - Neprůsvitná konstrukce
Plocha konstrukce A: 1,60 m2
Konstrukce číslo 7 - Neprůsvitná konstrukce
Teplota na vnější straně θe: 20,0 °C
Tepelný odpor R: 0,746 m2.K.W-1
Součinitel prostupu tepla U: 0,994 W.m-2.K-1
Tepelný odpor 1. vrstvy R1: 0,042 m2.K.W-1
Tepelná jímavost 1. vrstvy b1: 2116800,0 W2.s.m-4.K-2
Konstrukce číslo 8 - Okno s dvojsklem
Typ konstrukce: okenní vnější
Plocha konstrukce A: 1,80 m2
Součinitel prostupu tepla Uw: 1,60 W.m-2.K-1
Konstrukce číslo 9 - Okno s dvojsklem
Konstrukce číslo 10 - Topné těleso/předmět
Plocha konstrukce A: 1,20 m2
Teplota na vnější straně θe: 40,0 °C
Součinitel prostupu tepla Uw: 6,90 W.m-2.K-1
Měrná tepelná kapacita c: 25 000 J.kg-1.K-1
Výsledky vyšetřování chladnutí místnosti:
Teploty vzduchu, povrchů a výsledné poklesy teploty
Konstr. č.
θa,i [°C]:
θv [°C]:
Δθv [K]:
θa,i - je teplota vnitřního vzduchu v čase t
θv - výsledná teplota v místnosti v čase t
Δθv - pokles výsledné teploty místnosti v čase t
Ostatní hodnoty v tabulce jsou povrchové teploty jednotlivých konstrukcí.
STOP, Stabilita 2011
Obr. P 6.9 Zadání typu místnosti
Název úlohy: Zimní stability
Podrobný popis obalových konstrukcí místnosti je uveden na výpisu z programu Stabilita 2011.
Požadavek na pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období (čl. 8.1 ČSN 73 0540-2:2011):
Požadavek: Δθv,N (t) = 3,00 K
Δθv (2,00) = 1,04 K
Δθv (4,00) = 1,50 K
Δθv (6,00) = 1,86 K
Δθv (8,00) = 2,19 K
Δθv (10,00) = 2,50 K
Δθv (12,00) = 2,78 K
Δθv (14,00) = 3,06 K
Δθv (16,00) = 3,32 K
Δθv (18,00) = 3,58 K
Δθv (20,00) = 3,82 K
Δθv (22,00) = 4,06 K
Δθv (24,00) = 4,29 K
Δθv (13,00) < Δθv,N pro maximální délku otopné přestávky 13,00 h.
⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Při delší otopné přestávce ⇒ NEBUDE POŽADAVEK SPLNĚN.
Stabilita 2011, (c) 2011 Svoboda Software
Obr. P 6.10 Průběh poklesu výsledné teploty místnosti
7 ENERGETICKÁ NÁROČNOST BUDOV
Hodnocení energetické náročnosti budov se v posledních letech velmi dynamicky a velmi výrazně vyvíjí. V současné době lze pro hodnocení stavebně architektonického řešení budovy využít normové hodnocení prostřednictvím průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy, které lze doplnit i energetickým štítkem obálky budovy a příslušným protokolem. Tento způsob hodnocení vychází z požadavků ČSN 73 0540-2 z roku 2007 a z následné modifikace, dané novelou uvedené normy z roku 2011.
Další, výrazně komplexnější způsob hodnocení energetické náročnosti budovy vychází z evropského práva. V duchu Směrnice Evropského parlamentu a Rady č. 2010/31/EU (EPBD II) a následné novely českého energetického zákona č. 318/2012 Sb. byly vydána Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR prováděcí vyhláška k tomuto zákonu pod č. 78/2013 Sb. Hodnocení podle těchto předpisů zahrnuje veškerou energii, dodanou na systémovou hranici budovy. Nový způsob hodnocení je z hlediska počtu hodnoticích kritérií zcela inovativní a pracuje i s hodnotami primární energie a energie z obnovitelných zdrojů.
7.1 HODNOCENÍ PODLE ČSN 73 0540-2:2011
Hodnoticím kritériem, které prostřednictvím kvantifikace prostupu tepla obalovými konstrukcemi vyjadřuje vliv stavebně technického řešení budovy na její spotřebu tepla na vytápění a tím i na její energetickou náročnost, je průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy Uem.
7.1.1 Výpočet
Hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy Uem lze stanovit ze vztahu
HT - je měrná ztráta prostupem tepla [W.K-1], stanovená ze součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných konstrukcí, tvořících obálku budovy na její systémové hranici, dané vnějšími rozměry;
A - je teplosměnná plocha obálky budovy [m2].
7.1.2 Normové požadavky
Hodnocená budova musí splňovat požadavek, že
Uem,N - je normou požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla.
Pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou qim v intervalu mezi 18 °C a 22 °C včetně se tato hodnota určí z tab. 7.1.
Tab. 7.1 Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla pro budovy a pro převažující návrhovou vnitřní teplotu θim v intervalu 18 °C až 22 °C
Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla
Uem,N,20 [m2.K.W-1]
Nové obytné budovy
Výsledek výpočtu podle 5.3.4, nejvýše však 0,50
Výsledek výpočtu podle 5.3.4, nejvýše však hodnota:
A/V ≤ 0,2 Uem,N,20 = 1,05
A/V > 1,0 Uem,N,20 = 0,45
Pro ostatní hodnoty A/V
Uem,N,20 = 0,30 + 0,15/(A/V)
Jak již bylo uvedeno ve druhé kapitole této publikace, za budovy s převažující návrhovou teplotou v intervalu mezi 18 °C a 22 °C včetně se považují všechny stavby pro bydlení (nevýrobní bytové), občanské (nevýrobní nebytové) s převážně dlouhodobým pobytem lidí (například školské, administrativní, ubytovací, veřejně správní, stravovací, většina zdravotnických) a jiné budovy, pokud se jejich převažující vnitřní návrhová teplota pohybuje v uvedeném rozmezí.
Hodnoty uvedené v tab. 7.1 platí pro všechny budovy, bez ohledu na jejich návrhovou teplotu venkovního vzduchu.
Pro budovy s odlišnou převažující návrhovou vnitřní teplotou lze hodnotu normou požadovaného průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy vyčíslit ze vztahu
Uem = Uem,N,20 . e
Uem,N,20 - je průměrný součinitel prostupu tepla, určený z tab. 7.1;
e - součinitel typu budovy, určený z tab. 1.4.
Výpočtové hodnocení probíhá metodou referenční budovy, což je virtuální budova se stejným geometrickým řešením jako hodnocená budova; její obalové konstrukce ale mají součinitel prostupu tepla, který odpovídá příslušné normou požadované hodnotě.
Hodnota Uem,N,20 referenční budovy se stanoví jako vážený průměr normových požadovaných hodnot součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných ploch ze vztahu
Uem,N,20 = S (UNj . Aj . bj) / S Aj + 0,02
UNj - je odpovídající normou požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla j-té konstrukce,
Aj - plocha j-té teplosměnné konstrukce, stanovená z vnějších rozměrů,
bj - teplotní redukční činitel odpovídající j-té konstrukci.
Výsledná hodnota normového průměrného součinitele prostupu tepla Uem,N,20, stanovená z tohoto vztahu, se v hodnocení použije v případě, že nepřekročí hodnotu uvedenou v tab. 7.1 - v opačném případě platí hodnota z této tabulky.
Doporučenou hodnotu průměrného součinitele tepla Uem,rec lze určit jako
Uem,rec = 0,75 Uem,N
7.2 HODNOCENÍ PODLE VYHLÁŠKY Č. 78/2013 SB.
Hodnocení podle této vyhlášky vychází z požadavku Evropského parlamentu a Rady, které byly formulovány nejprve ve Směrnici o energetické náročnosti budov č. 2002/91/ES z roku 2002 (obvykle je tato směrnice označována zkratkou EPBD I) a později směrnicí č. 2010/31/EU (EPBD II) z roku 2010. Aplikace této směrnice do českých podmínek proběhla novelou zákona o hospodaření energií, zákonem č. 318/2012 Sb., a vydáním prováděcí vyhlášky k tomuto zákonu Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR - vyhláška o energetické náročnosti budov č. 78/2013 Sb. Uvedené předpisy požadují, aby budovy byly navrhovány na nákladově optimální úrovni a s téměř nulovou spotřebou energie - předpokládá se, že značná část této energetické spotřeby bude pokryta z obnovitelných zdrojů.
Vyhláška podrobně specifikuje všechny požadavky, které jsou v nadřazeném zákonu a evropské směrnici zakotveny. Především taxativně udává ukazatele energetické náročnosti budov stanovované prostřednictvím výpočtového hodnocení, kterými jsou:
dílčí dodané energie pro technické systémy vytápění, větrání, chlazení, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení za rok.
Primární energií se pro účely této vyhlášky rozumí energie, která neprošla žádným procesem přeměny. Celková primární energie je dána součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie.
Faktorem primární energie je součinitel, kterým se násobí dodaná energie pro získání odpovídajícího množství primární energie. Analogicky faktor neobnovitelné primární energie slouží k získání hodnoty neobnovitelné primární energie.
Celková dodaná energie je dána součtem dílčích vypočtených spotřeb energie a energie pomocné, což je energie nezbytná pro provoz technických systémů (pohon oběhových čerpadel, ventilátorů atd.), včetně měření a regulace. Celková dodaná energie se vyjadřuje po jednotlivých energonositelích.
Do dodané energie se nezapočítává ta její část, která slouží k výrobě elektřiny nebo tepla, dodávaného mimo budovu. Naopak součástí dodané energie je i energie v budově vyrobená, včetně využití energie slunečního záření, energie větru a geotermální energie.
Při využití tepelných čerpadel je součástí dodané energie i energie okolního prostředí, která se vypočte jako rozdíl množství energie, kterou čerpadlo produkuje, a vypočteného množství energie, tepelným čerpadlem spotřebovávané.
7.3 ZÁSADY PRO NAVRHOVÁNÍ BUDOV Z ENERGETICKÉHO HLEDISKA
Při návrhu stavebních objektů s ohledem na jejich provozní energetickou náročnost je třeba věnovat pozornost následujícím oblastem:
geometrické řešení objektu,
dispoziční řešení objektu,
optimalizace obalových konstrukcí.
Nároky na spotřebu energie na vytápění budovy jsou v tomto případě ovlivněny především skutečnou teplotou venkovního vzduchu a rychlostí větru v příslušné lokalitě.
Lokální teplotu venkovního vzduchu ovlivňuje konfigurace terénu a charakter i hustota okolní zástavby. Nevhodnými místy pro stavbu jsou z tohoto pohledu místa, kde v zimním období dochází ke koncentraci studeného vzduchu (například uzavřená údolí), dále severně orientované svahy, vrcholky kopců a solitérní lokality v krajině s intenzivním větrem nebo v protáhlých údolích.
Geometrické řešení stavby
Optimalizace geometrického řešení budovy souvisí především s hledáním minimální hodnoty objemového faktoru tvaru budovy, to znamená podílu plochy obálky budovy a jejího objemu. Ideální jsou z tohoto hlediska jednoduché geometrické tvary budov bez výrazné členitosti půdorysného i výškového řešení. Vždy je však třeba hledat rozumný kompromis mezi architektonickým výrazem budovy a jeho geometricky efektivním prostorovým řešením.
Dispoziční řešení budovy vychází z potřeby maximálního využitá solárních a vnitřních tepelných zisků. Maximum prosklených ploch ve fasádě by mělo být situováno na jih a přilehlé světové strany, otvorové výplně se severní orientací by naopak měly být minimalizovány.
Efektivní je i zónování dispozice objektu, to znamená seskupování místností se stejnou vnitřní teplotou do souvislých zón, přičemž by místnosti vytápěné na nejvyšší teplotu měly být umísťovány pokud možno uvnitř dispozice, k obvodovému plášti by měly být navrhovány prostory s nejnižší vnitřní teplotou. S ohledem na akceptaci solárních zisků je třeba preferovat situování vytápěných zón k jihu a zón nevytápěných především k severu.
Optimalizace obalových konstrukcí
Při návrhu stavebních konstrukcí, vytvářejících obálku budovy, je třeba správně zvolit míru jejich tepelněizolační schopnosti. Součinitel prostupu tepla těchto konstrukcí by se měl pohybovat v oblasti normou doporučených hodnot; v případě, že je třeba docílit výraznějších energetických úspor, je třeba volit součinitel prostupu tepla s hodnotou normou doporučenou pro pasivní domy. U všech těchto konstrukcí by měla být detailně vyšetřena kondenzace vodní páry uvnitř konstrukcí a zcela minimalizován vliv tepelných vazeb a tepelných mostů.
Mimořádnou pozornost je třeba věnovat návrhu otvorových výplní, a to jak s ohledem na hodnotu součinitele prostupu tepla rámu i zasklívací jednotky, tak i s důrazem na použitý materiál distančního rámečku zasklívací jednotky a kvalitní osazení otvorových výplní do ostění.
Důležité je i zajištění požadované vzduchotěsnosti stavebních konstrukcí, zvláště při použití parozábrany, která velmi často má i funkci vzduchotěsné vrstvy (dřevostavby, konstrukce podkroví a podobně). V takovémto případě se osvědčuje ověřit kvalitu montáže těchto vrstev pomocí blower door testu.
7.4 PŘÍKLAD VÝPOČTU
Pro energetické hodnocení budovy je třeba použít program ENERGIE 2013 - pouze tato verze programu provádí výpočet v souladu s požadavky vyhlášky č. 78/2013 Sb., a ČSN 73 0540-2:2011.
Program umožňuje i zpracování průkazu energetické náročnosti budovy, včetně vyhotovení energetického štítku budovy a vytištění energetického štítku obálky budovy, včetně příslušného protokolu.
Vstupní data výpočtu specifikují:
Údaje o budově
základní údaje o budově,
popis okenních konstrukcí,
popis obvodového pláště budovy,
popis podlahové a stropní konstrukce,
charakteristiku nevytápěných zón v budově.
Údaje o technických systémech
příprava teplé vody,
vnitřní zisky a osvětlení,
větrání zóny,
chlazení zóny,
zdroje tepla,
energonositele.
Tiskový výstup výpočtu
Rozsah a obsah tiskového výstupu výpočtu je podrobně patrný z následujícího výpočtu.
průměrný součinitel prostupu tepla budovy,
celkovou potřebu tepla na vytápění budovy,
měrnou potřebu tepla na vytápění budovy,
celkovou roční energii dodanou do budovy,
měrnou energii dodanou do budovy,
měrnou primární energii a emise CO2 budovy.
Součástí grafického výstupu je:
rozložení měrných tepelných toků budovy,
měsíční přehled jednotlivých dodaných energií,
měsíční přehled celkové dodané energie,
rozdělení celkové roční energie dodané do budovy,
rozdělení celkové měrné energie dodané do budovy.
Proveďte hodnocení energetické náročnosti rodinného domu podle platných předpisů.
Obr. P 7.1 Základní popis zóny
Obr. P 7.2 Okna - jih
Obr. P 7.3 Okna - východ
Obr. P 7.4 Okna - západ
Obr. P 7.5 Okna - sever
Obr. P 7.6 Obvodové neprůsvitné konstrukce - obvodová stěna
Obr. P 7.7 Konstrukce ve styku se zeminou - podlaha
Obr. P 7.8 Nevytápěné prostory - zimní zahrada
Obr. P 7.9 Nevytápěné prostory - půda
Obr. P 7.10 Spotřeba energie - garáž
Obr. P 7.11 Příprava teplé vody
Obr. P 7.12 Vnitřní tepelné zisky, osvětlení
Obr. P 7.13 Solární systémy
Obr. P 7.14 Větrání a úprava vlhkosti vzduchu
Obr. P 7.15 Energonositelé primární energie a emise
Obr. P 7.16 Zdroje tepla
Výpočet energetické náročnosti budov a průměrného součinitele prostupu tepla podle vyhlášky č. 78/2013 Sb. a ČSN 73 0540-2:2011 a podle ČSN EN ISO 13790:2009, ČSN EN ISO 13789:2009 a ČSN EN ISO 13370:2009.
Název úlohy: Energie
Zakázka: ČKAIT 2013
Počet zón v budově: 1
Počet osob v budově podle NZÚ 2013: 2,4
Typ výpočtu potřeby energie: měsíční (pro jednotlivé měsíce v roce)
Teplota exteriéru
Celková energie globálního slunečního záření
[MJ m-2]
[MJ.m-2]
Parametry jednotlivých zón v budově:
Parametry zóny č. 1:
Základní popis zóny
Název zóny: Rodinný dům z ČSN EN 832 s upravenými konstrukcemi
Typ zóny pro určení Uem,N: nová obytná budova
Typ zóny pro referenční budovu: rodinný dům
Typ hodnocení: nová budova
Objem z vnějších rozměrů: 318,75 m3
Podlahová plocha (celková vnitřní): 94,0 m2
Celková energeticky vztažná plocha: 99,0 m2
Účinná vnitřní tepelná kapacita: 165,0 kJ.m-2.K-1
Vnitřní teplota (zima/léto): 20,0 °C/20,0 °C
Zóna je vytápěna/chlazena: ano/ne
Typ vytápění: nepřerušované
Regulace otopné soustavy: ano
Průměrné vnitřní zisky: 223 W
odvozeny pro:
produkci tepla: 1,5 + 3,0 W.m-2 (osoby + spotřebiče)
časový podíl produkce: 70 + 20 % (osoby + spotřebiče)
zohlednění spotřebičů: jen zisky
minimální přípustnou osvětlenost: 50,0 lx
měrný příkon osvětlení: 0,05 W.m-2.lx-1
činitel obsazenosti 1,0 a závislosti na denním světle 1,0
roční dobu využití osvětlení
ve dne/v noci: 1600/1200 h
průměrná účinnost osvětlení: 10 %
další tepelné zisky: 0,0 W
Teplo na přípravu TV: 10679,9 MJ.a-1
odvozeno pro:
roční potřebu teplé vody: 73,0 m3
teplotní rozdíl pro ohřev: (45,0 - 10,0) °C
Zpětně získané teplo mimo VZT: 0,0 MJ.a-1
Zdroje tepla na vytápění v zóně
Vytápění je zajištěno VZT: ne
Účinnost sdílení/distribuce: 88,0 %/87,0 %
Název zdroje tepla: Plynový kotel (podíl 100,0 %)
Typ zdroje tepla: obecný zdroj tepla (např. kotel)
Účinnost výroby tepla: 94,0 %
Příkon čerpadel vytápění: 10,6 W
Příkon regulace/emise tepla: 0,5/0,0 W
Zdroje tepla na přípravu TV v zóně
Typ zdroje přípravy TV: obecný zdroj tepla (např. kotel)
Účinnost zdroje přípravy TV: 94,0 %
Objem zásobníku TV: 200,0 l
Měrná tepelná ztráta zásobníku TV: 7,9 Wh.l-1.d-1
Délka rozvodů TV: 7,0 m
Měrná tepeplná ztráta rozvodů TV: 50,8 Wh.m-1.d-1
Příkon čerpadel distribuce TV: 0,0 W
Příkon regulace: 0,0 W
Solární systémy v zóně
Plocha A [m2]
Orientace/sklon
Činitel stínění
Jih/45,0
FV panel
Objem solárního zásobníku: 50,0 l
Měrná tepelná ztráta solárního zásobníku: 19,0 Wh.l-1.d-1
Délka rozvodů solární soustavy: 3,0 m
Měrná tepelná ztráta rozvodů solární soustavy: 60,0 Wh.m-1.d-1
Typ výpočtu produkce energie kolektory: s využitím průměrné účinnosti kolektorů
Měrný tepelný tok větráním zóny č. 1:
Objem vzduchu v zóně: 255,0 m3
Podíl vzduchu z objemu zóny: 80,0 %
Typ větrání zóny: přirozené
Minimální násobnost výměny: 0,5 h-1
Návrhová násobnost výměny: 0,5 h-1
Měrný tepelný tok větráním Hv: 42,075 W.K-1
Měrný tepelný tok prostupem mezi zónou č. 1 a exteriérem:
Měrný tok prostupem tepla
Požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-2
HT [W.K-1]
UN [W.m-2.K-1]
9,0 (2,5 x 1,8 x 2)
3,0 (1,0 x 1,5 x 2)
4,0 (2,0 x 2,0 x 1)
Vliv tepelných vazeb je ve výpočtu zahrnut přibližně součinem: A . ΔUtbm
Průměrný vliv tepelných vazeb ΔUtbm: 0,05 W.m-2.K-1
Měrný tok prostupem do exteriéru plošnými konstrukcemi Hd,c: 39,030 W.K-1
a příslušnými tepelnými vazbami Hd,tb: 5,500 W.K-1
Měrný tepelný tok prostupem zeminou u zóny č. 1:
1. Konstrukce ve styku se zeminou
Název konstrukce: Podlaha na zemině
Tepelná vodivost zeminy: 2,0 W.m-1.K-1
Plocha podlahy: 99,0 m2
Exponovaný obvod podlahy: 36,8 m
Součinitel vlivu spodní vody Gw: 1,0
Typ podlahové konstrukce: podlaha na terénu
Tloušťka obvodové stěny d: 0,1 m
Tepelný odpor podlahy: 4,4 m2.K.W-1
Přídavná okrajová izolace: svislá
Tloušťka okrajové izolace: 0,06 m
Tepelná vodivost okrajové izolace: 0,034 W.m-1.K-1
Hloubka okrajové izolace: 0,9 m
Vypočtený přídavný lineární činitel prostupu: -0,029 W.m-1.K-1
Součinitel prostupu mezi interiérem a exteriérem U: 0,159 W.m-2.K-1
Ustálený měrný tok zeminou Hg: 15,758 W.K-1
Kolísání ekv. měsíčních měrných toků Hg,m: od 11,812 do 57,058 W.K-1
stanoveno pro periodické toky Hpi/Hpe: 17,971/7,123 W.K-1
Celkový ustálený měrný tok zeminou Hg: 15,758 W.K-1
a příslušnými tepelnými vazbami Hg,tb: 4,950 W.K-1
Kolísání celkových ekvivalentních
měsíčních měrných toků Hg,m: od 11,812 do 57,058 W.K-1
Měrný tok prostupem nevytápěnými prostory u zóny č. 1:
1. Nevytápěný prostor
Název nevytápěného prostoru: Zimní zahrada
Objem vzduchu v prostoru: 24,6 m3
Násobnost výměny do interiéru: 0,0 h-1
Násobnost výměny do exteriéru: 1,0 h-1
obálka zahrady
Název liniového tepelného mostu
Ψ [W.m-1.K-1]
styk podlahy a vnitřní stěny
Tepelná propustnost Ht,iu: 13,96 W.K-1
Tepelná propustnost Ht,ue: 70,7 W.K-1
Měrný tok Hiu (z interiéru do nevytápěného prostoru): 13,96 W.K-1
Měrný tok Hue (z nevytápěného prostoru do exteriéru): 78,818 W.K-1
Parametr b podle ČSN EN ISO 13789: 0,85
2. Nevytápěný prostor
Název nevytápěného prostoru: Půda
Objem vzduchu v prostoru: 86,0 m3
Násobnost výměny do exteriéru: 5,0 h-1
Tepelná propustnost Ht,iu: 14,85 W.K-1
Tepelná propustnost Ht,ue: 565,00 W.K-1
Měrný tok Hiu (z interiéru do nevytápěného prostoru): 14,85 W.K-1
Měrný tok Hue (z nevytápěného prostoru do exteriéru): 706,9 W.K-1
Parametr b podle ČSN EN ISO 13789: 0,979
Měrný tok prostupem nevytápěnými prostory Hu: 26,404 W.K-1
a příslušnými tepelnými vazbami Hu,tb: 5,750 W.K-1
Solární zisky stavebními konstrukcemi zóny č. 1
g/α [-]
Fgl/Ff [-]
Fc,h/Fc,c [-]
Fs [-]
0,78/0,22
J (90 °)
V (90 °)
Z (90 °)
S (90 °)
A - je plocha;
g - propustnost slunečního záření zasklení v průsvitných konstrukcích,
α - pohltivost slunečního záření vnějšího povrchu neprůsvitných konstrukcí,
Fgl - korekční činitel zasklení (podíl plochy zasklení k celkové ploše okna),
Ff - korekční činitel rámu (podíl plochy rámu k celkové ploše okna),
Fc,h - korekční činitel clonění pohyblivými clonami pro režim vytápění,
Fc,c - korekční činitel clonění pro režim chlazení,
Fs - korekční činitel stínění nepohyblivými částmi budovy a okolní zástavbou.
Celkový solární zisk konstrukcemi Qs [MJ]
Zisk (vytápění):
Solární zisky zimními zahradami u zóny č. 1:
Průměrná propustnost obálky: 0,482
Tato hodnota udává relativní množství slunečního záření, které prochází do zimní zahrady přes její obálku.
Činitel pohltivosti
Upe [W.m-2.K-1]
α [-]
Název okna do interiéru
Korekční součinitel clonění
Korekční součinitel zasklení
Fc [-]
Fgl [-]
Celkový zisk přes zimní zahrady Qss [MJ]
Parametry nevytápěného prostoru č. 1:
Základní popis prostoru
Název prostoru: Garáž
Příkon osvětlení: 50,0 W (využito 70,0 h.a-1
Nouzové osvětlení: 0,0 kW.h.a-1
Dodaná elektřina na osvětlení: 12,6 MJ.a-1
Přehledné výsledky výpočtu pro jednotlivé zóny
Výsledky výpočtu pro zónu č. 1:
Název zóny: Rodinný dům z ČSN EN 832:2000 s upravenými konstrukcemi
Měrný tok prostupem do exteriéru Hd a celkový měrný tok prostupem tep. vazbami Htb: 55,230 W.K-1
Měrný tok Trombeho stěnami Htw: -
Měrný tok větranými stěnami Hvw: -
Měrný tok prvky s transparentní izolací Hti: -
Přídavný měrný tok podlahovým vytápěním dHt: -
Výsledný měrný tok H: 139,467 W.K-1
Potřeba tepla na vytápění po měsících
QH,ht [GJ]
Qint [GJ]
Qsol [GJ]
Qgn [GJ]
hh [-]
fH [%]
QH,nd [GJ]
QH,ht - je potřeba tepla na pokrytí tepelné ztráty,
Qint - jsou vnitřní tepelné zisky,
Qsol - solární tepelné zisky,
Qgn - celkové tepelné zisky,
hh - je stupeň využitelnosti tepelných zisků,
fH - část měsíce, v nichž musí být zóna s regulovaným vytápěním vytápěna,
QH,nd - potřeba tepla na vytápění.
Potřeba tepla na vytápění za rok QH,nd: 27,462 GJ
Produkce energie solárními systémy a kogenerací po měsících
QSC,ini [GJ]
QSC,W [GJ]
QSC,ht [GJ]
QPV,el [GJ]
QCHP,el [GJ]
Qr [GJ]
Způsob využití elektřiny z FV systému: export do veřejné sítě
QSC,ini - je celková výchozí produkce energie solárními kolektory před odečtením ztrát energie, ke kterým dochází v rozvodech solární soustavy a v solárním akumulačním zásobníku;
QSC,W - produkce energie solárními kolektory použitá pro přípravu TV;
QSC,ht - produkce energie solárními kolektory použitá pro vytápění;
QPV,el - produkce elektřiny fotovoltaickým systémem;
QCHP,el - produkce elektřiny kogeneračními jednotkami;
Qr - zpětně získané teplo např. z odpadů.
Energie dodaná do zóny po měsících
Qf,H [GJ]
Qf,C [GJ]
Qf,RH [GJ]
Qf,F [GJ]
Qf,W [GJ]
Qf,L [GJ]
Qf,A [GJ]
Qfuel [GJ]
Všechny hodnoty zohledňují vlivy účinností technických systémů.
Celková roční dodaná energie Qfuel: 55,698 GJ
Průměrný součinitel prostupu tepla zóny
Měrný tepelný tok prostupem obálkou zóny Ht: 97,4 W.K-1
Plocha obalových konstrukcí zóny A: 324,0 m2
Výchozí hodnota požadavku na průměrný součinitel prostupu tepla podle čl. 5.3.4 v ČSN 73 0540-2:2011 - Uem,N,20: 0,39 W.m-2.K-1
Průměrný součinitel prostupu tepla zóny Uem: 0,30 W.m-2.K-1
Výsledky výpočtu pro nevytápěný prostor č. 1:
Energie dodaná do prostoru po měsících
Qf,H - je vypočtená spotřeba energie na vytápění;
Qf,C - vypočtená spotřeba energie na chlazení;
Qf,RH - vypočtená spotřeba energie na úpravu vlhkosti vzduchu;
Qf,F - vypočtená spotřeba energie na nucené větrání;
Qf,W - vypočtená spotřeba energie na přípravu teplé vody;
Qf,L - vypočtená spotřeba energie na osvětlení (popř. i na spotřebiče);
Qf,A - pomocná energie (čerpadla, regulace atd.);
Qfuel - celková dodaná energie.
Celková roční dodaná energie Qfuel: 0,013 GJ
Přehledné výsledky výpočtu pro celou budovu:
Faktor tvaru budovy A/V: 1,02 m2.m-3
Rozložení měrných tepelných toků
Měrný tok [W.K-1]
Procento [%]
Celkový měrný tok H:
Měrný tok výměnou vzduchu Hv:
Měrný (ustálený) tok zeminou Hg:
Měrný tok přes nevytápěné prostory Hu:
Měrný tok tepelnými vazbami Htb:
Měrný tok do exteriéru plošnými konstrukcemi Hd,c:
rozložení měrných toků po konstrukcích:
Obvodová stěna:
Stěna k zimní zahradě:
Strop pod půdou:
Měrný tok budovou a parametry podle starších předpisů
Součet celkových měrných tepelných toků jednotlivými zónami Hc: 139,467 W.K-1
Objem budovy stanovený z vnějších rozměrů V: 318,8 m3
Tepelná charakteristika budovy podle ČSN 73 0540-4:1994: 0,44 W.m-3.K-1
Spotřeba tepla na vytápění podle STN 730540, Změna 5:1997: 32,2 kW.h.m-3.a-1
Orientační tepelnou ztrátu budovy lze získat vynásobením součtu měrných toků jednotlivých zón Hc působícím teplotním rozdílem mezi interiérem a exteriérem.
Měrný tepelný tok prostupem obálkou budovy Ht: 97,4 W.K-1
Plocha obalových konstrukcí budovy A: 324,0 m2
Výchozí hodnota požadavku na průměrný součinitel
prostupu tepla podle čl. 5.3.4 v ČSN 730540-2:2011 - Uem,N,20: 0,39 W.m-2.K-1
Průměrný součinitel prostupu tepla budovy Uem: 0,30 W.m-2.K-1
Celková a měrná potřeba tepla na vytápění
Celková roční potřeba tepla na vytápění budovy: 27,462 GJ 7,628 MW.h
Objem budovy stanovený z vnějších rozměrů: 318,8 m3
Celková energeticky vztažná podlahová plocha budovy: 99,0 m2
Měrná potřeba tepla na vytápění budovy (na 1 m3): 23,9 kW.h.m-3.a-1
Měrná potřeba tepla na vytápění budovy: 77 kW.h.m-2.a-1
Hodnota byla stanovena pro počet denostupňů D = 3959 K.den
Měrná potřeba tepla je stanovena bez vlivu účinností systémů výroby, distribuce a emise tepla.
Produkce energie solárními systémy a kogenerací v budově a její využití v energetické bilanci
QMAX,el [GJ]
QSC,W - je produkce energie solárními kolektory použitá pro přípravu teplé vody;
QMAX,el - maximální započitatelná produkce exportované elektřiny (omezení v rámci výpočtu primární energie);
QPV,el - produkce elektřiny fotovoltaickým systémem (celková i využitá při výpočtu primární energie);
QCHP,el - produkce elektřiny kogeneračními jednotkami (celková i využitá při výpočtu primární energie);
Celková energie dodaná do budovy
Qf,A - pomocná energie (čerpadla, regulace atd.)
Dodané energie:
Vypočtená spotřeba energie na vytápění za rok Qfuel,H:
38,159 GJ
10,600 MW.h
107 kW.h.m-2
Pomocná energie na vytápění Qaux,H:
0,232 GJ
0,065 MW.h
1 kW.h.m-2
Dodaná energie na vytápění za rok EPH:
38,392 GJ
10,664 MW.h
108 kW.h.m-2
Vypočtená spotřeba energie na chlazení za rok Qfuel,C:
Pomocná energie na chlazení Qaux,C:
Dodaná energie na chlazení za rok EPC:
Vypočtená spotřeba energie na úpravu vlhkosti Qfuel,RH:
Pomocná energie na úpravu vlhkosti Qaux,RH:
Dodaná energie na úpravu vlhkosti EPRH:
Vypočtená spotřeba energie na nucené větrání Qfuel,F:
Pomocná energie na nucené větrání Qaux,F:
Dodaná energie na nuc.větrání za rok EPF:
Vypočtená spotřeba energie na přípravu TV Qfuel,W:
13,767 GJ
3,824 MW.h
39 kW.h.m-2
Pomocná energie na přípravu teplé vody Qaux,W:
1,173 GJ
0,326 MW.h
3 kW.h.m-2
Dodaná energie na přípravu TV za rok EPW:
14,940 GJ
4,150 MW.h
42 kW.h.m-2
Vypočtená spotřeba energie na osvětlení a spotřebiče Qfuel,L:
2,379 GJ
0,661 MW.h
7 kW.h.m-2
Dodaná energie na osvětlení za rok EPL:
Celková roční dodaná energie Qfuel = EP:
55,710 GJ
15,475 MW.h
156 kW.h.m-2
Produkce energie:
Energie ze solárních kolektorů za rok QSC,e:
4,711 GJ
1,309 MW.h
13 kW.h.m-2
z toho se v budově využije:
(již zahrnuto v dodané energii na přípravu teplé vody a případně i na vytápění - zde uvedeno jen informativně)
Elektřina z FV článků za rok QPV,el:
4,131 GJ
1,147 MW.h
12 kW.h.m-2
z toho se do výpočtu prim. energie zahrne:
Měrná dodaná energie budovy
Celková roční dodaná energie: 15,475 MW.h
Celková energeticky vztažná podlah. plocha budovy: 99,0 m2
Měrná dodaná energie EPV: 48,5 kW.h.m-3.a-1
Měrná dodaná energie budovy EPA: 156 kW.h.m-2.a-1
Měrná dodaná energie zahrnuje veškerou dodanou energii včetně vlivů účinností technologických systémů.
Rozdělení dodané energie podle energonositelů, primární energie a emise CO2
Faktory transformace
MW.h.a-1
t.a-1
Slunce a jiná energie prostředí
elektřina (v nevyt. prostorech)
Úprava RH
elektřina z FV exportovaná
fpN - je faktor neobnovitelné primární energie [kW.h.kW-1.h-1],
fpC - faktor celkové primární energie [kW.h.kW-1.h-1],
fCO2 - součinitel emisí CO2 [kg.kW-1.h-1],
Qf - vypočtená spotřeba energie dodávaná na daný účel příslušným energonositelem [MW.h.a-1],
Qel - produkce elektřiny [MW. h.a-1],
QpN - neobnovitelná primární energie,
QpC - celková primární energie použitá na daný účel příslušným energonositelem [MW.h.a-1] a CO2 jsou s tím spojené emise CO2 [t.a-1].
Součty pro jednotlivé energonositele:
Qf [MW.h.a-1]
QpN [MW.h.a-1]
QpC [MW.h.a-1]
CO2 [t.a-1]
elektřina (v nevytápěných prostorech)
elektřina z fotovoltaiky exportovaná
Qf - je energie dodaná do budovy příslušným energonositelem [MW.h.a-1],
QpC - celková primární energie použitá příslušným energonositelem v [MW.h.a-1] a CO2 jsou s tím spojené emise CO2 v [t.a-1].
Měrná primární energie a emise CO2 budovy
Emise CO2 za rok: 3,942 t
Celková primární energie za rok: 15,428 MW.h 55,540 GJ
Neobnovitelná primární energie za rok: 4,138 MW.h 50,898 GJ
Měrné emise CO2 za rok (na 1 m3): 12,4 kg.m-3.a-1
Měrná celková primární energie EpC,V: 48,4 kW.h.m-3.a-1
Měrná neobnovitelná primární energie EpN,V: 44,4 kW.h.m-3.a-1
Měrné emise CO2 za rok (na 1 m2): 40 kg.m-2.a-1
Měrná celková primární energie EpC,A: 156 kW.h.m-2.a-1
Měrná neobnovitelná primární energie EpN,A: 143 kW.h.m-2.a-1
STOP, Energie 2013
Vyhodnocení podle ČSN 73 0540-2:2011
Obr. P 7.17 Volba druhu posouzení
Obr. P 7.18 Údaje o budově
Vyhodnocení výsledků posouzení podle ČSN 73 0540-2:2011
Rekapitulace vstupních dat:
Objem vytápěných zón budovy: V = 318,8 m3
Plocha ohraničujících konstrukcí: A = 324,0 m2
Podrobný výpis vstupních dat popisujících okrajové podmínky a obalové konstrukce je uveden v protokolu o výpočtu programu Energie.
Průměrný součinitel prostupu tepla budovy (čl. 5.3)
max. prům. souč. prostupu tepla: Uem,N = 0,39 W.m-2.K-1
průměrný součinitel prostupu tepla: Uem = 0,30 W.m-2.K-1
Uem < Uem,N ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Klasifikační třída prostupu tepla obálkou budovy (čl. C.2)
Slovní popis: vyhovující
Klasifikační ukazatel CI: 0,8
Energie 2013, (c) 2013 Svoboda Software
Obr. P 7.19 Energetický štítek obálky budovy
Vyhodnocení podle vyhlášky č. 78/2013 Sb.
Obr. P 7.20 Volba druhu posouzení
VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ POSOUZENÍ PODLE KRITÉRIÍ VYHLÁŠKY MPO ČR č. 78/2013 Sb.
Neobnovitelná primární energie: 14,138 MW.h
Druh budovy (podle 1. zóny): rodinný dům
Typ hodnocení (podle 1. zóny): nová budova
Požadavek na průměrný součinitel prostupu tepla (§6)
referenční průměrný součinitel prostupu tepla : Uem,R = 0,31 W.m-2.K-1
pro zatřídění do klasifikační třídy se použije: U = 0,31 W.m-2.K-1
Uem < Uem,R ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Klasifikační třída: C (úsporná)
Požadavek na celkovou dodanou energii (§6)
referenční měrná dodaná energie EPA,R: 233 kW.h.m-2.a-1
pro zatřídění do klasifikační třídy se použije: 233 kW.h.m-2.a-1
měrná dodaná energie EPA: 156 kW.h.m-2.a-1
EPA < EPA,R ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Klasifikační třída: B (velmi úsporná)
Požadavek na neobnovitelnou primární energii (§6)
referenční měrná neobnovitelná primární energie EpN,A,R: 271 kW.h.m-2.a-1
pro zatřídění do klasifikační třídy se použije: 271 kW.h.m-2.a-1
EpN,A < EpN,A,R ⇒ POŽADAVEK JE SPLNĚN.
Informativní přehled klasifikačních tříd pro dílčí dodané energie:
Vytápění: B (velmi úsporná)
Příprava teplé vody: C (úsporná)
Osvětlení: C (úsporná)
Grafické znázornění PENB
Obr. P 7.21 Grafické znázornění PENB 1
Obr. P 7.22 Grafické znázornění PENB 2
Obr. P 7.23 Měrné tepelné toky
Obr. P 7.24 Dodaná energie
Obr. P 7.25 Celková dodaná energie
Obr. P 7.26 Dílčí části celkové ročně dodané energie
Obr. P 7.27 Rozčlenění měrné dodané energie
[1] Směrnice Evropského parlamentu a rady 2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov.
[2] Zákon č. 318/2012 Sb., ze dne 19. července 2012, kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.
[3] Vyhláška č. 78/2013 Sb., ze dne 22. března 2013 o energetické náročnosti budov.
[4] ČSN EN ISO 6946:2009 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda. Praha: ČNI.
[5] ČSN EN ISO 13789:2009 Tepelné chování budov - Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním - Výpočtový metoda. Praha: ÚNMZ.
[6] ČSN 73 0540-1:2005 Tepelná ochrana budov - Část 1: Terminologie. Praha: ČNI.
[7] ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha: ÚNMZ.
[8] ČSN 73 0540-2 Z1:2012 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Změna Z1. Praha: ÚNMZ.
[9] ČSN 73 0540-3:2005 Tepelná ochrana budov - Část 3: Návrhové hodnoty veličin. Praha: ČNI.
[10] ČSN 73 0540-4:2005 Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody. Praha: ČNI.
[12] ČSN EN ISO 13370:2009 Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody. Praha: ÚNMZ.
[13] ČSN EN ISO 13788:2013 Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků - Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení vnitřní kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce - Výpočtové metody. Praha: ÚNMZ.
[14] ČSN EN ISO 13786:2008 Tepelné chování stavebních dílců - Dynamické tepelné charakteristiky - Výpočtové metody. Praha: ČNI.
[15] ČSN EN ISO 10211-1:1997 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Tepelné toky a povrchová teplota - Část 1: Základní výpočtové metody. Praha: ČNI.
[16] ČSN EN ISO 13791:2012 Tepelné chování budov - Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení - Základní kriteria pro validační postupy. Praha: ÚNMZ.
[17] ČSN EN ISO 13792:2012 Tepelné chování budov - Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení - Zjednodušené metody. Praha: ÚNMZ.
[18] ČSN EN ISO 13790:2009 Energetická náročnost budov - Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení. Praha: ÚNMZ.
[19] ČSN EN 832: Zrušena v roce 2009, nahrazena ČSN EN ISO 13790:2009. Energetická náročnost budov - Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení. Praha: ÚNMZ.