Stavební fyzika – Tepelná technika v teorii a praxi

Milan Ostrý, Roman Brzoň

STAVEBNÍ FYZIKA– Tepelná technika v teorii a praxi

STAVEBNÍ FYZIKA

– TEPELNÁ TECHNIKA V TEORII A PRAXI

doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D., Ing. Roman Brzoň, Ph.D.

Vydala: Ing. Vladislav Pokorný – LITERA, Tábor 43c, 612 00 Brno

Sazba a grafická úprava: doc. Ing Milan Ostrý, Ph.D.

Kresba na obálce: doc. Ing Milan Ostrý, Ph.D.

Návrh grafické úpravy obálky: Ing. Josef Remeš

Počet stránek: 100

První vydání, Brno 2014

ISBN 978-80-214-4879-7

Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012

řešení projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt je

spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České

republiky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato síť bude

vzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně,

významná výzkumná a vývojová pracoviště, partnery z oblasti

podnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je umožnit rozšíření

vzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro přenos teoretických i

praktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a stavební praxí.

Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou:

o MOTRAN Research, s. r. o.,

o Českomoravský cement, a.s.

o Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.,

o OHL ŽS, a.s.,

o Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava,

o ESOX, spol. s r.o.,

o Svaz vodního hospodářství ČR.

Registrační číslo

projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012

Název projektu: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví

Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014

Řešitel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

OBSAH

1 Úvod........................................................................................................... 8

2 Základy procesu šíření tepla .................................................................... 10

2.1 Přenos tepla vedením ..................................................................... 10

2.2 Přenos tepla prouděním .................................................................. 12

2.3 Přenos tepla sáláním ....................................................................... 13

3 Vybrané tepelně technické vlastnosti stavebních materiálů .................... 14

3.1 Součinitel tepelné vodivosti ........................................................... 14

3.2 Objemová hmotnost ....................................................................... 16

3.3 Měrná tepelná kapacita .................................................................. 17

3.4 Součinitel teplotní vodivosti .......................................................... 18

3.5 Součinitel difuzní vodivosti ........................................................... 19

3.6 Faktor difuzního odporu ................................................................. 19

4 Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce ........................................ 20

4.1 Výpočet nejnižší vnitřní povrchové teploty ................................... 22

4.2 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty stavebních

konstrukcí ...................................................................................................... 25

4.3 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní otvorů ........ 28

5 Součinitel prostupu tepla ......................................................................... 30

5.1 Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukce ............................. 30

5.2 Výpočet součinitele prostupu tepla výplně otvoru......................... 35

5.3 Hodnocení součinitele prostupu tepla ............................................ 36

6 Lineární činitel prostupu tepla ................................................................. 43

6.1 Výpočet lineárního činitele prostupu tepla .................................... 43

6.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 44

7 Bodový činitel prostupu tepla .................................................................. 47

7.1 Výpočet bodového činitele prostupu tepla ..................................... 47

7.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla ................................ 47

8 Pokles dotykové teploty podlahy ............................................................. 49

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

8.2 Hodnocení poklesu dotykové teploty podlahy ............................... 51

9 Šíření vlhkosti stavební konstrukcí ......................................................... 54

9.1 Průběh částečného tlaku vodní páry v konstrukci.......................... 54

9.2 Stanovení výskytu a oblasti kondenzace vodní páry uvnitř

konstrukce graficko-početní metodou ........................................................... 56

9.3 Zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry uvnitř

konstrukce ..................................................................................................... 59

9.4 Hodnocení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce ................... 61

10 Tepelná stabilita místností ....................................................................... 67

10.1 Veličiny popisující stav tepelného mikroklimatu .......................... 67

10.2 Tepelná stabilita místnosti v zimním období ................................. 69

10.3 Tepelná stabilita místnosti v letním období ................................... 72

11 Průměrný součinitel prostupu tepla ......................................................... 77

11.1 Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla ............................ 78

11.2 Hodnocení průměrného součinitele prostupu tepla........................ 81

12 Energetický štítek obálky budovy ........................................................... 84

12.1 Klasifikační třídy prostupu tepla obálkou budovy ......................... 84

12.2 Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy .................... 85

13 Průvzdušnost obálky budovy ................................................................... 88

13.1 Průvzdušnost obálky budovy ......................................................... 89

13.2 Měření vzduchotěsnosti ................................................................. 90

14 Okrajové podmínky pro tepelně technické výpočty ................................ 93

14.1 Návrhové parametry venkovního prostředí ................................... 93

14.2 Návrhové parametry vnitřního prostředí ........................................ 95

15 Citovaná literatura ................................................................................... 99

8

1 ÚVOD

Tepelně technická kvalita obálky stavebního objektu a energetická náročnost

budov při jejich užívání se v minulém desetiletí dostaly do popředí zájmů

stavebníků zejména z důvodu značného nárůstu cen za energie nutných pro

provoz stavebních objektů. Na tento trend reagovala v posledních 15 letech

také legislativa nejen v rámci Evropské unie, ale také na úrovni České

republiky.

Ve Vyhlášce č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby ve znění

Vyhlášky č.20/2012 Sb. jsou uvedeny základní požadavky na stavby, mezi

které patří: mechanická odolnost a stabilita, požární bezpečnost, ochrana

zdraví osob a zvířat, zdravých životních podmínek a životního prostředí,

ochrana proti hluku, bezpečnost při užívání a úspora energie a tepelná ochrana.

Dále je třeba připomenout, že podle Směrnice evropského parlamentu a rady

2010/31/EU musí členské státy zajistit, aby do 31. prosince 2020 všechny nové

budovy byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie a po 31. prosinci

2018 nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejné moci byly budovami s

téměř nulovou spotřebou energie.

Průkaz energetické náročnosti budovy zpracovaný podle Vyhlášky

č.78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov je dnes nedílnou součástí

projektové dokumentace. Podle § 3 uvedené vyhlášky jsou ukazatele

energetické náročnosti budovy:

a) celková primární energie za rok;

b) neobnovitelná primární energie za rok;

c) celková dodaná energie za rok;

d) dílčí dodané energie pro technické systémy vytápění, chlazení, větrání,

úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení za rok;

e) průměrný součinitel prostupu tepla;

f) součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici;

g) účinnost technických systémů.

Pro hodnocení obalových konstrukcí i celé obálky budovy z tepelně

technického hlediska jsou tedy zásadní součinitele prostupu tepla jednotlivých

konstrukcí na systémové hranici a průměrný součinitel prostupu tepla. K tomu

se připojují další parametry uvedené ve Vyhlášce č.268/2009 Sb. ve znění

9

Vyhlášky č.20/2012 Sb. Tato vyhláška v § 16 „Úspora energie a tepelná

ochrana“ uvádí:

(1) Budovy musí být navrženy a provedeny tak, aby spotřeba energie na

jejich vytápění, větrání, umělé osvětlení, popřípadě klimatizaci byla co

nejnižší. Energetickou náročnost je třeba ovlivňovat tvarem budovy, jejím

dispozičním řešením, orientací a velikostí výplní otvorů, použitými materiály a

výrobky a systémy technického zařízení budov. Při návrhu stavby se musí

respektovat klimatické podmínky lokality.

(2) Budovy s požadovaným stavem vnitřního prostředí musí být navrženy a

provedeny tak, aby byly dlouhodobě po dobu jejich užívání zaručeny

požadavky na jejich tepelnou ochranu splňující:

a) tepelnou pohodu uživatelů,

b) požadované tepelně technické vlastnosti konstrukcí a budov,

c) tepelně vlhkostní podmínky technologií podle různých účelů budov,

d) nízkou energetickou náročnost budov.

(3) Požadavky na tepelně technické vlastnosti konstrukcí a budov jsou dány

normovými hodnotami.

V posledním desetiletí je možno zaznamenat významný rozvoj v oblasti

výpočetních nástrojů pro tepelně technické výpočty. Je smutnou skutečností,

že řada uživatelů těchto výpočetních prostředků nemá velké povědomí o

výpočetních a hodnotících postupech a přistupuje k provádění tepelně

technických výpočtů bez potřebného teoretického základu. Tato skutečnost má

dopad na kvalitu takových tepelně technických výpočtů, což se v praxi

projevuje opakujícími se závadami u stavebních děl při jejich provozování.

Vzhledem k výše uvedené situaci je zapotřebí, aby se do povědomí všech

účastníků výstavby dostaly základní informace, které souvisí s tepelně

technickou stránkou stavebního objektu a hodnocením jeho energetické

náročnosti. Předkládaný studijní materiál má za cíl v prvé řadě seznámit

čtenáře s nezbytným teoretickým základem nutným pro osvojení si tepelně

technických výpočtů. Dalším cílem je přinést souhrn požadavků ukotvených

v české legislativě, které se vztahují k tepelně technickému posuzování

stavebních konstrukcí a obálky stavebního objektu.

V Brně dne 10.2.2014 Milan Ostrý

10

2 ZÁKLADY PROCESU ŠÍŘENÍ TEPLA

Způsoby přenosu tepla rozlišujeme podle fyzikální podstaty dějů, jimiž jsou

realizovány. V podstatě existují tři druhy přenosu tepla (Halahyja,1998), a to:

o vedením v látkách neboli kondukcí;

o prouděním látek čili konvekcí;

o zářením, tj. radiací.

Přenos tepla vedením probíhá ve spojitém látkovém prostředí. Vedení tepla

probíhá v látkách pevných, kapalných i plynných. Molekuly či jiné stavební

částice si navzájem předávají kinetickou energii neuspořádaných tepelných

pohybů, která se přenáší z míst vyšší teploty do míst o nižší teplotě látky.

Proudění (konvekce) tepla nastane tehdy, když částice mění v prostoru svoji

polohu ve větším měřítku. Přitom s sebou unášejí svoji energii. Podmínkou je

existence látkového prostředí. Tento děj probíhá jen v kapalinách a plynech.

Přenos tepla zářením jako jediný nevyžaduje látkové prostředí. Teplo se

přenáší elektromagnetickým zářením a to i ve vakuu.

2.1 Přenos tepla vedením

K vedení tepla dochází při výměně energie mezi mikročásticemi, např.

molekulami (Řehánek, 2002). K vedení tepla dochází v pevných látkách a v

kapalinách i plynech v klidovém stavu. Přenos tepla vedením v pevných

látkách je zprostředkován buď volnými elektrony, nebo přenosem kmitů

krystalové mříže látky. Základním zákonem vedení tepla je Fourierův zákon,

který udává vztah mezi hustotou tepelného toku a teplotním gradientem

(Janna, 2009):

gradTx

Tqx .

(2.1)

kde q je hustota tepelného toku v W·m-2

λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1

·K-1

x souřadnice v m

T teplota v K

Součinitel tepelné vodivosti charakterizuje schopnost tepelně akumulačního

materiálu šířit teplo vedením. Platí tedy, že čím vyšší je jeho hodnota, tím větší

tepelný tok proudí daným materiálem. Součinitel tepelné vodivosti není u

stavebních materiálů za všech okolností konstantní. Závisí např. na skupenství,

objemové hmotnosti, pórovitosti, směru tepelného toku apod. Zpravidla, ne

11

však vždy, platí, že čím je menší objemová hmotnost materiálu, tím je menší

jeho tepelná vodivost. Pro přesné výpočty je nezbytné pro dané podmínky

zjistit hodnotu součinitele tepelné vodivosti experimentálně.

Jestliže umístíme nějaké těleso do prostředí s vyšší teplotou, začne se

ohřívat a nastává vyrovnání teplot. Čas vyrovnávání teploty v tělese je přímo

úměrný hodnotě součinitele tepelné vodivosti materiálu tělesa. Diferenciální

rovnice vedení tepla, která se také nazývá druhým Fourierovým zákonem

vedení tepla, popisuje právě časové a prostorové rozložení teploty

v akumulačním médiu a obklopujících materiálech.

Odvození diferenciální rovnice je založeno na tepelné bilanci objemového

elementárního prvku, kdy na jedné straně proudí do prvku tepelný tok (Qx =

qxdydz) a na protilehlé stěně tepelný tok vytéká (Qx+d x= qx+dxdydz). V případě,

kdy Qx > Qx+dx, dochází k ohřevu prvku, přičemž teplo je prvkem

akumulováno (Řehánek, 2002).

Pokud uplatníme Fourierův zákon definovaný rovnicí (2.1), pak obdržíme

diferenciální rovnici pro jednorozměrné vedení tepla, kde teplota je závislá na

čase a prostorových souřadnicích:

2

2

x

Ta

t

T

symbolicky: T = f(t, x) (2.2)

Pro dvourozměrné vedení tepla pak má rovnice tvar:

2

2

2

2

y

T

x

Ta

t

T symbolicky: T = f(t, x, y) (2.3)

Pro trojrozměrné vedení tepla platí:

2

2

2

2

2

2

z

T

y

T

x

Ta

t

T symbolicky: T = f(t, x, y, z) (2.4)

kde a je součinitel teplotní vodivosti v m2·s

-1

x, y, z souřadnice v m

T teplota v K

t čas v s

Součinitel teplotní vodivosti se v diferenciálních rovnicích vedení tepla

uplatňuje pro vyjádření úměrnosti mezi časovou a prostorovou změnou teploty.

Součinitel teplotní vodivosti je závislý na teplotě, vlhkosti a objemové

hmotnosti.

12

V případě stacionárního (časově ustáleného) vedení tepla není teplota funkcí

času, a pak u trojrozměrného (analogicky dvourozměrného a

jednorozměrného) vedení tepla platí:

T = f ( x, y, z) (2.5)

2.2 Přenos tepla prouděním

Tepelné proudění se vyskytuje pouze u tekutin, za které považuje kapaliny a

plyny. Čisté tepelné proudění se ale v reálném prostředí nevyskytuje, protože

na rozhraní mezi tekutinou a pevným tělesem je vždy doplněno vedením.

Jestliže proudí vzduch kolem stavební konstrukce, která má odlišnou

povrchovou teplotu, dochází mezi vzduchem a konstrukcí k přestupu tepla,

které popisuje Newtonův zákon:

)( sacc TThq (2.6)

kde qc je hustota tepelného toku prouděním ve W·m-2

hc součinitel přestupu tepla ve W·m-2

·K-1

Ta teplota vzduchu v K

Ts povrchová teplota akumulačního média v K

Součinitel přestupu tepla závisí na fyzikálních vlastnostech tekutiny, teploty

povrchu a tekutiny, tvaru obtékané konstrukce, směru a druhu proudění. Se

zvětšující hodnotou součinitele přestupu tepla roste tepelný tok proudící ze

vzduchu do konstrukce a obráceně. Nejmenší hodnotu má součinitel přestupu

tepla při volném proudění, při čemž platí rovnice:

nGrcNu Pr)..( (2.7)

kde c,n jsou experimentálně stanovené konstanty

Nu Nusseltovo číslo

Gr Grashofovo číslo

Pr Prandtovo číslo

dhNu c . (2.8)

kde hc je součinitel přestupu tepla v W·m-2

·K-1

d určující rozměr teplosměnné plochy konstrukce v m

λ součinitel tepelné vodivosti W·m-1

·K-1

13

Pro součinitel přestupu tepla při nuceném proudění platí odvozená

empirická rovnice:

ncNu Re. (2.9)

kde Re je Reynoldsovo číslo

c, n konstanty stanovené experimentálně

Uvedené experimentálně stanovené konstanty závisí na typu proudění. Ve

stavební tepelné technice se nejčastěji uvažuje s turbulentním prouděním a

používají hodnoty: c = 0,032 a n = 0,8 (Řehánek, 2002).

2.3 Přenos tepla sáláním

Tento způsob přenosu tepla nevyžaduje hmotné prostředí a uskutečňuje se

prostřednictvím elektromagnetického vlnění v důsledku tepelného stavu těles.

Přenos tepla sáláním se uplatňuje i ve vakuu. Sálavý tok dopadající na povrch

tělesa se rozdělí na část odraženou, pohlcenou a část, která tělesem projde.

Dokonale černé těleso veškerou sálavou energii, která na něj dopadá, pohltí.

Naopak dokonale bílé těleso veškerou dopadající sálavou energii odrazí.

Každé těleso o teplotě vyšší než 0 K vydává elektromagnetické záření. Z

Plancova zákona vyplývá, že s rostoucí teplotou se maximální hodnota

spektrální intenzity sálání dokonale černého tělesa posouvá ke kratším

vlnovým délkám, což je vyjádřeno Wienovým zákonem posuvu. Energie

vyzařovaná tělesy prudce vzrůstá s jejich teplotou. Stefan-Boltzmanův zákon

platí i pro sálání skutečných tzv. šedých těles:

4.. TE (2.10)

kde E je intenzita vyzařování (plošná sálavost) ve W·m-2

ε emisivita tělesa v rozmezí 0 až 1

σ Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8

W·m-2

·K-4

T termodynamická teplota v K

V praxi nejčastěji uplatníme vztah pro výsledný zářivý tok mezi horkým

povrchem stěny a ohraničujícími konstrukcemi velkého prostoru:

ATTQ )..(.4

1

4

2 (2.11)

kde Q je zářivý tok ve W

14

ε emisivita stěny v rozmezí 0 až 1

σ Stefan-Boltzmannova konstanta 5,67 . 10-8

W·m-2

·K-4

T1 teplota ohraničujících konstrukcí prostoru v K

T2 teplota stěny v K

A povrch stěny v m2

Také u sálání nastává přestup tepla, který je vyjádřen s pomocí součinitele

přestupu tepla při sálání.

3 VYBRANÉ TEPELNĚ TECHNICKÉ

VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ

3.1 Součinitel tepelné vodivosti

Součinitel tepelné vodivosti vyjadřuje schopnost homogenního izotropního

materiálu vést teplo. Hodnota součinitele tepelné vodivosti vyjadřuje tepelný

tok ve W, který proudí 1m2 stěny o tloušťce 1m při teplotním spádu

protilehlých ploch 1 K. Součinitel tepelné vodivosti je tedy definován

vztahem:

gradT

q

(3.1)

kde je součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1

·K-1

q vektor hustoty ustáleného tepelného toku sdíleného

vedením, proudícího stejnorodým izotropním

materiálem ve W·m-2

grad T gradient teploty v K·m-1

Hodnotu součinitele tepelné vodivosti ovlivňují zejména následující faktory:

o objemová hmotnost materiálu;

o vlhkost materiálu a prostředí;

o směr tepelného toku u anizotropních materiálů (zdivo Therm);

o chemické složení;

o teplota.

Na tomto místě je třeba zmínit, že při zvyšující se vlhkosti materiálu se

současně zvyšuje i hodnota součinitele tepelné vodivosti materiálu. Se

zvyšující se hodnotou součinitele tepelné vodivosti klesá tepelně izolační

schopnost materiálu a celé stavební konstrukce.

15

Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu stavebních materiálů či

výrobků pro vnitřní i vnější stavební konstrukce, které jsou ve styku s vnitřním

prostředím s částečným tlakem vodní páry pvi≤ 1491 Pa, bez ohledu na způsob

zabudování do stavební konstrukce a její druh se může stanovit přímo pro:

o stavební materiály a výrobky z normy ČSN 73 0540-3:2005

(sloupec 8 tabulky A.1) uvádějící přímo návrhovou hodnotu

součinitele tepelné vodivosti λu stanovenou pro normovou

hmotnostní vlhkost uu a podmínky definované pro vnější

konstrukce, ve kterých dochází ke kondenzaci vodní páry;

o stavební materiály a výrobky nášlapných vrstev podlah z normy

ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.2).

Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,i stavebních materiálů či

výrobků pro vnitřní konstrukce, ve kterých nedochází ke kondenzaci vodní

páry a které jsou ve styku s vnitřním prostředím s částečným tlakem vodní

páry pvi≤ 1491 Pa, se stanoví ze vztahu:

λu,i = λk (3.2)

kde λk je charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti

ve W·m-1

·K-1

, tj. hodnota součinitele tepelné

vodivosti odvozená pro charakteristickou hmotnostní

vlhkost u23/80, nebo určená přímo z normy ČSN 73

0540-3:2005 (sloupec 7 tabulky A.1)

Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,i stavebních materiálů či

výrobků pro vnitřní konstrukce, ve kterých dochází nebo nedochází ke

kondenzaci vodní páry, a které jsou ve styku s vnitřním prostředím

s částečným tlakem vodní páry pvi>1491 Pa se stanoví ze vztahu:

λu = λk·[1+z1·Zu·(z2+z3)] (3.3)


ve W·m-1

·K-1

Zu vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-

3:2005 (tabulka A.1)

z1 součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce,

kde dochází ke kondenzaci vodní páry dle ČSN 73

0540-3:2005 (tabulka A.7)

16

z2 součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-3:2005

(tabulka A.8)

z3 součinitel způsobu zabudování materiálu do stavební

konstrukce dle ČSN 73 0540-3:2005 (tabulka A.9)

Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu,e stavebních materiálů či

výrobků pro vnější konstrukce se stanoví ze vztahu 3.3 pro odpovídající

hodnoty součinitelů podmínek působení.

Návrhová hodnota součinitele tepelné vodivosti λu stavebních materiálů či

výrobků pro vnitřní i vnější konstrukce pro okamžitou hmotnostní vlhkost

materiálu uexp ve stavební konstrukci nebo odhadnutou hodnotu návrhové

vlhkosti stavebního materiálu uu v % se stanoví ze vztahu:

λu = λk·[1+z1·Zu·z23] (3.4)


ve W·m-1

·K-1

Zu vlhkostní součinitel materiálu dle ČSN 73 0540-

3:2005 (tabulka A.1)

z23 sdružený součinitel podmínek působení

z23 = uexp - u23/80 nebo z23 = uu- u23/80 (3.5)

kde uexp je okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti

materiálu odebraná ze stavební konstrukce v %

u23/80 charakteristická hmotnostní vlhkost v %

uu odhad návrhové hodnoty hmotnostní vlhkosti v %

3.2 Objemová hmotnost

Objemová hmotnost představuje střední hustotu nespojitě v prostoru

rozložené látky, např. pórovité, zpěněné nebo volně sypané. Objemová

hmotnost stavebních materiálů závisí na pórovitosti a u sypkých látek i na

jejich stlačitelnosti.

Pro suchý materiál platí:

d = V

md (3.6)

kde d je objemová hmotnost v suchém stavu v kg·m-3

17

md hmotnost materiálu v suchém stavu v kg

V objem materiálu včetně pórů a mezer v m3

Pro vlhký materiál platí:

v = V

mv (3.7)

kde v je objemová hmotnost vlhkého materiálu v kg·m-3

mv hmotnost vlhkého materiálu v kg

V objem materiálu včetně pórů a mezer v m3

Návrhová hodnota objemové hmotnosti stavebních materiálů či výrobků se

může stanovit s vyhovující přesností pro potřeby technické praxe ze vztahu:

ρu = ρd (3.8)

kde d je objemová hmotnost materiálu v suchém stavu

v kg·m-3

Při čemž obvykle platí, že:

ρd = ρD (3.9)

kde D je deklarovaná hodnota objemové hmotnosti v kg·m-3

3.3 Měrná tepelná kapacita

Měrná tepelná kapacita vyjadřuje množství tepla, které je potřeba k ohřátí

1 kg materiálu při stálém tlaku a definované vlhkosti o 1 K a je definovaná

vztahem:

dT

dQ

mc

1

(3.10)

kde c je měrná tepelná kapacita v J·kg-1

·K-1

Q přivedené teplo v J

m hmotnost látky v kg

T teplota v K

Měrná tepelná kapacita, dříve nazývaná měrné teplo, je důležitou

veličinou při výpočtu tepelných vlastností stavebních látek.

18

Tab.3.1 Charakteristiky vybraných materiálů při 20 °C

MATERIÁL

OBJEMOVÁ

HMOTNOST

[kg·m-3

]

MĚRNÁ TEPELNÁ

KAPACITA

[J·kg-1

·K-1

]

OBJEMOVÁ

TEPELNÁ KAPACITA

[106·J·m

-3·K

-1]

VODA 998 4182 4,17

OCEL UHLÍKOVÁ 7850 440 3,45

ŽELEZOBETON 2500 1020 2,55

ŽULA 2500 950 2,38

BETON 2100 1020 2,14

CIHLA PLNÁ 1800 900 1,62

DŘEVO MĚKKÉ 400 2510 1,00

SÁDROKARTON 750 1060 0,80

Návrhová hodnota měrné tepelné kapacity cu stavebních materiálů či

výrobků se může stanovit s vyhovující přesností pro potřeby technické praxe

ze vztahu:

cu= cn = cd (3.11)

kde cdje měrná tepelná kapacita v suchém stavu vJ·kg-1

·K-1

Hodnota měrné tepelné kapacity má zásadní vliv na schopnost konstrukce

akumulovat citelné teplo. Jako tepelně akumulační jsou zpravidla navrhovány

konstrukce např. z prostého betonu, železobetonu, nebo se jedná o zdivo

z vápenopískových či plných cihel.

V poslední době se objevují zejména v objektech s lehkým pláštěm vnitřní

tepelně akumulační stěny ze zdiva z nepálených cihel. Pro akumulaci citelného

tepla v rámci systémů technického zařízení budovy však převládá z důvodu

vysoké měrné tepelné kapacity a nízké ceny využívání vodních zásobníků.

3.4 Součinitel teplotní vodivosti

Součinitel teplotní vodivosti vyjadřuje schopnost materiálu o definované

vlhkosti vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném vedení tepla:

ca

.

(3.12)

kde a je součinitel teplotní vodivosti v m2·s

-1

19

ρ objemová hmotnost materiálu v kg·m-3

c měrná tepelná kapacita v J·kg-1

·K-1

3.5 Součinitel difuzní vodivosti

Součinitel difuzní vodivosti vyjadřuje schopnost stejnorodé vrstvy materiálu

propouštět vodní páru difuzí. Součinitel difuzní vodivosti je definován

vztahem při užití veličin vztažených k částečnému tlaku vodní páry:

)( v

ppgrad

g

(3.13)

kde δp je součinitel difuzní vodivosti v kg·m-1

·s-1

·Pa-1

g vektor hustoty ustáleného difundujícího toku vodní

páry v kg·m-2

·s-1

grad(pv) gradient částečného tlaku vodní páry v Pa·m-1

3.6 Faktor difuzního odporu

Faktor difuzního odporu vyjadřuje relativní schopnost vrstvy materiálu

propouštět vodní páru difuzí. Je poměrem difuzního odporu materiálu a

difúzního odporu vrstvy vzduchu o téže tloušťce při smluvních podmínkách a

je definován vztahem:

a (3.14)

kde δa je součinitel difuzní vodivosti vzduchu

v kg·m-1

·s-1

·Pa-1

= s

δ součinitel difuzní vodivosti materiálu

v kg·m-1

·s-1

·Pa-1

= s

V praxi se také používá parametr ekvivalentní difuzní tloušťka, která

představuje tloušťku nehybné vrstvy vzduchu mající stejný difuzní odpor jako

předmětná vrstva materiálu.

20

4 NEJNIŽŠÍ VNITŘNÍ POVRCHOVÁ TEPLOTA

KONSTRUKCE

Vnitřní povrchová teplota konstrukcí tvořících teplosměnnou obálku budovy

má zásadní vliv na riziko povrchové kondenzace vodních par a riziko růstu

plísní. Praxe ukazuje, že se jedná o závažný problém, který je projektanty a

zhotoviteli stavby často podceňován. Příčinou vad v souvislosti s nízkou

povrchovou teplotu bývají častěji nevhodná řešení stavebních detailů než

vlastní návrh tepelně izolačního souvrství v ploše stavebních konstrukcí.

Obr.4.1Termogram rohu místnosti s viditelnými tepelnými mosty (archiv autora)

Obr.4.2Detail rohu obytné místnosti v podkroví s viditelnou kondenzací na povrchu

a osazenými termočlánky pro měření povrchových teplot (archiv autora)

21

Termogram na obr.4.1 ukazuje na typický příklad složené konstrukce, kdy

ve vrstvě tepelné izolace je osazen ocelový pozinkovaný rošt pro vynášení

vnitřního sádrokartonového opláštění.

Obr.4.3Průběh vnitřní teploty vzduchu a venkovní teploty pro 10 denní sledované

období (archiv autora)

Obr.4.4Průběh relativní vlhkosti vnitřního vzduchu pro 10 denní sledované období

(archiv autora)

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

24.1. 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2

Datum, čas

Te

plo

ta (

°C)

θi

θe

25

30

35

40

45

50

55

60

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

12

:00

0:0

0

24.1. 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2

Datum, čas

Rela

tivn

í vlh

ko

st

(%)

φi

22

Termogram na obr.4.1 znázorňuje nekvalitní provedení tepelně izolační

vrstvy zejména v místě koutu. Diagnostika stavebních konstrukcí metodou

infračervené termografie je v daném případě vhodným způsobem, jak určit

pravděpodobnou příčinu povrchové kondenzace, která je patrná na snímku na

obr.4.2. V návaznosti na termografické snímkování se zpravidla provádí

monitoring užívání vnitřních prostor, tzn., že se sleduje teplota vnitřního

vzduchu, nebo teplota kulového teploměru, a relativní vlhkost vnitřního

vzduchu po dobu alespoň jednoho týdne. Z grafů na obr.4.3 a obr.4.4 je

zřejmé, že místnost je užívána v souladu s projektovými předpoklady a že

relativní vlhkost vnitřního vzduchu nepřesahuje hodnotu 60 resp. 55 %.

Příčinou povrchové kondenzace v koutech půdní nadezdívky je jednoznačně

špatná realizace obvodové konstrukce. Uvedený příklad jednoznačně ukazuje

na důležitost výpočtu a posouzení vnitřní povrchové teploty stavebních

konstrukcí. Nejnižší vnitřní povrchovou teplotu je tedy třeba zejména zjišťovat

v kritických detailech konstrukcí, kde dochází ke zvýšenému tepelnému toku.

4.1 Výpočet nejnižší vnitřní povrchové teploty

Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce se stanoví pro ustálené šíření

tepla při zimních návrhových teplotách vnitřního a venkovního vzduchu a pro

odpory při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně Rsi a Rse dle ČSN 730540-

3:2005:

o pro rámy a zasklení nebo neprůsvitnou výplň vnějších výplní

otvorů se bere Rsi = 0,13 m2·K·W

-1;

o pro ostatní vnitřní povrchy konstrukcí se uvažuje zvýšená hodnota

Rsi = 0,25 m2·K·W

-1.

Vnitřní povrchová teplota se vyjadřuje v poměrném tvaru jako hodnota

teplotního faktoru vnitřního povrchu. Teplotní faktor vnitřního povrchu

vyjadřuje vliv konstrukce a přestupů tepla v daném místě vnitřního povrchu na

vnitřní povrchovou teplotu nezávisle na teplotách přilehlých prostředí. Je

definován následujícím vztahem:

Rsi

eai

siai

eai

esiRsif

11 (4.1)

kde θsi je nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C

θe teplota venkovního vzduchu ve °C

θai teplota vnitřního vzduchu ve °C

ξRsi poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu

23

Pro konstrukce, ve kterých lze uvažovat jednorozměrné šíření tepla, se

nejnižší povrchová teplota rovná průměrné vnitřní povrchové teplotě podle

následujících vztahů:

)()(min, eaiRsimaieaiRsimesimsi f (4.2)

)(min, eaisiaisimsi RU (4.3)

kde θsi,min je nejnižší vnitřní povrchová teplota ve °C

θe teplota venkovního vzduchu ve °C


θsim průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C

ξRsi poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu

fRsi teplotní faktor vnitřního povrchu

U součinitel prostupu tepla stanovený pro odpory při

přestupu tepla na vnitřní a vnější straně pro

hodnocení povrchových teplot ve W·m-2

·K-1

Pro kout mezi dvěma konstrukcemi, ve kterých lze uvažovat jednorozměrné

šíření tepla, se nejnižší vnitřní povrchová teplota stanoví pro poměrný teplotní

rozdíl vnitřního povrchu v koutě, který se vypočte pro kout mezi vnějšími

konstrukcemi se stejnými součiniteli prostupu tepla z přibližného vztahu:

69,0)(05,1 siKsiKR RU (4.5)

kde ξRsiK je poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu v koutě

RsiK odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W

-1

U součinitel prostupu tepla vnější konstrukce

ve W·m-2

·K-1

Poměrný teplotní rozdíl vnitřního povrchu pro kout mezi vnější a vnitřní

konstrukcí se určí z přibližného vztahu:

21,0

79,0)(6,0

i

siKsiKRU

URU (4.6)

kde RsiK je odpor při přestupu tepla v koutě v m2·K·W

-1

U součinitel prostupu tepla vnější konstrukce

ve W·m-2

·K-1

Ui součinitel prostupu tepla vnitřní konstrukce

ve W·m-2

·K-1

24

Obr.4.5Zobrazení 2D teplotního pole při osazení ISO-nosníku v obvodové konstrukcipři

použití softwaru AREA 2010 (archiv autora)

Obr.4.6 Zobrazení 3D teplotního pole při osazení ISO-nosníku v obvodové konstrukci

při použití softwaru ANSYS Workbench 12.1 (archiv autora)

Pro konstrukci resp. její část, ve které nelze uvažovat jednorozměrné šíření

tepla, a pro styky konstrukcí a kouty konstrukcí se nejnižší vnitřní povrchová

teplota stanoví přesněji z průběhu vnitřních povrchových teplot získaných

25

výpočtovým řešením dvourozměrného teplotního pole pro charakteristický řez

lineárním tepelným mostem (vazbou), nebo trojrozměrného teplotního pole

v případech, kdy nelze uvažovat s 1D a 2D šířením tepla.

4.2 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty stavebních

konstrukcí

Stavební konstrukce a styky konstrukcí s konstrukcemi v prostorech

s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60 % musí v zimním

období za normových podmínek vykazovat v každém místě takovou vnitřní

povrchovou teplotu, aby odpovídající teplotní faktor vnitřního povrchu

splňoval podmínku:

NRsiRsi ff , (4.7)

crRsiNRsi ff ,, (4.8)

kde fRsi,N je požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru

vnitřního povrchu, bezrozměrná

fRsi,cr kritický teplotní faktor vnitřního povrchu,

bezrozměrný

Splnění požadavku je prevencí růstu plísní u stavebních konstrukcí.

Stavební konstrukce v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního

prostoru nad 60 % musí v zimním období splňovat buď výše uvedený

požadavek, nebo musí být při splnění požadavku na součinitel prostupu tepla

zajištěno vyloučení rizika růstu plísní jiným způsobem s doložením např. dle

ČSN 72 4310. Nelze-li požadavek splnit, je třeba v zimním období zajistit tak

nízkou relativní vlhkost vnitřního vzduchu podél celého vnitřního povrchu

stavební konstrukce, aby stavební konstrukce požadavek splnila.

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr , při kterém by vnitřní

vzduch s návrhovou relativní vlhkostí φi dosáhl u vnitřního povrchu kritické

vnitřní povrchové vlhkosti φsi,cr , se stanoví ze vztahu:

crsiriexai

aicrRsif

,,

,/ln/269,171,1

11,23,2371

(4.9)

26

kde ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu stanovená

pro budovu nebo její ucelenou část pro

požadované užívání podle ČSN 73 0540-3ve °C;

ex návrhová vnější teplota prostředí přilehlého k vnější

straně konstrukce v zimním období, která se stanoví

podle ČSN 73 0540-3 jako návrhová teplota

venkovního vzduchue pro vnější konstrukce, nebo

jako návrhová teplota vnitřního vzduchu přilehlého

prostředíai pro vnitřní konstrukce, nebo jako

návrhová teplota zeminy gr pro konstrukce přilehlé

k zemině

i , r relativní vlhkost vnitřního vzduchu pro stanovení

požadavku na nejnižší vnitřní povrchovou teplotu

konstrukce v %

Relativní vlhkost vnitřního vzduchu pro stanovení požadavku na nejnižší

vnitřní povrchovou teplotu konstrukce se určí:

o pro prostory, v nichž je trvale a prokazatelně upravována vlhkost

vzduchu vzduchotechnikou ze vztahu:

iiri, (4.10)

kde φi je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %

v zimním období trvale a prokazatelně zajišťovaná

pro požadované užívání budovy nebo její ucelené

části vzduchotechnikou v prostoru podél celé

hodnocené konstrukce, přičemž pro místnosti

s dlouhodobým pobytem osob v bytových,

administrativních, školských a obdobných budovách se

uvažuje φi větší nebo rovno 40 %, pokud zvláštní

předpisy nestanovují hodnoty vyšší

Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO

13788, uvažuje se Δφi = 5 %

o pro ostatní prostory ze vztahu:

ifiri, 5100 e (4.11)

27

pro stavební konstrukce však nejméně

iiri, 10 (4.12)

kde φi je návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu

v zimním období stanovená pro budovu nebo její

ucelenou část pro požadované užívání podle ČSN 73

0540-3v %, přičemž kromě prostorů s vlhkým,

mokrým nebo suchým prostředím se uvažuje

i = 50 %

Δφr změna relativní vlhkosti vnitřního vzduchu vlivem

teploty venkovního vzduchu, v K-1

; uvažuje se Δφf =

0,01 K-1

;

θe návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období

podle ČSN 73 0540-3 ve C

Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka podle ČSN EN ISO

13788, v %, která se uvažuje 5 %;

si,cr kritická vnitřní povrchová vlhkost v %

Kritická vnitřní povrchová vlhkost je relativní vlhkost vzduchu

bezprostředně při vnitřním povrchu konstrukce, která nesmí být pro danou

konstrukci překročena:

o pro výplně otvorů je kritická vnitřní povrchová vlhkost

si,cr = 100 % (riziko orosování);

o pro ostatní konstrukce je kritická vnitřní povrchová vlhkost

si,cr = 80 % (riziko růstu plísní).

Tab. 4.1 Požadované hodnoty kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr pro

stavební konstrukce pro relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50%

θai[°C]

Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C]

-13 -15 -17 -19 -21

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr[-]

20,0 0,748 0,744 0,757 0,770 0,781

20,3 0,750 0,745 0,759 0,771 0,782

20,6 0,751 0,747 0,760 0,772 0,783

20,9 0,753 0,748 0,762 0,773 0,784

21,0 0,753 0,749 0,762 0,774 0,785

28

Pro konstrukce v prostorách s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního

vzduchu i = 50 % lze pro stanovení kritického teplotního faktoru vnitřního

povrchu fRsi,cr použít tab.4.1.

4.3 Hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty výplní

otvorů

Výplně otvorů v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního

vzduchu φi ≤ 60 % mají v zimním období za normových podmínek vykazovat

v lineárním řezu takovou vnitřní povrchovou teplotu, aby odpovídající teplotní

faktor vnitřního povrchu splňoval podmínku:

NRsiRsi ff , (4.13)

crRsiNRsi ff ,, (4.14)

kde fRsi,N je doporučená hodnota nejnižšího teplotního faktoru

vnitřního povrchu, bezrozměrná

fRsi,cr kritický teplotní faktor vnitřního povrchu,

bezrozměrný

Výplně otvorů v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního prostoru

nad 60 % mají v zimním období splňovat buď výše uvedené doporučení, nebo

má být při splnění požadavku na součinitel prostupu tepla zajištěna jejich

bezchybná funkce při povrchové kondenzaci a vyloučeno nepříznivé působení

kondenzátu na navazující konstrukce.

Tab. 4.2Doporučené hodnoty kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,cr pro

výplně otvorů pro relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50%

θai[°C]

Návrhová teplota venkovního vzduchu θe[°C]

-13 -15 -17 -19 -21

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr

20,0 0,647 0,649 0,650 0,650 0,650

20,3 0,649 0,651 0,652 0,652 0,651

20,6 0,652 0,653 0,654 0,654 0,653

20,9 0,654 0,655 0,656 0,656 0,655

21,0 0,655 0,656 0,657 0,656 0,655

29

PŘÍKLAD 1

V tomto případě byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o

stěnovou konstrukci zateplenou vnějším kontaktním zateplovacím systémem, u

které bylo ve výpočtu uvažováno s jednorozměrným šířením tepla.

Výstup z programu Teplo 2011: Typ hodnocené konstrukce : Stěna Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m

2K

Skladba konstrukce (od interiéru) : Číslo Název D[m] L[W/mK] C[J/kgK] Ro[kg/m

3] Mi[-] Ma[kg/m

2]

1 Omítka vápenná 0,0200 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Zdivo CP 1 0,4400 0,8000 900,0 1700,0 8,5 0.0000 3 Omítka vápenoc 0,0250 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 4 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 5 BASF EPS 100 N 0,2000 0,0310 1250,0 18,0 45,0 0.0000 6 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 7 Cemix 428 - Mi 0,0020 0,7500 840,0 1700,0 18,0 0.0000 Okrajové podmínky výpočtu :

Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru Rsi : 0.13 m2K/W

dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rsi : 0.25 m2K/W

Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse : 0.04 m2K/W

dtto pro výpočet kondenzace a povrch. teplot Rse : 0.04 m2K/W

Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 21.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 % Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:

Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 19.60 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p: 0.961

Obr.4.7 Rozložení teplot v řešené konstrukci (archiv autora)

30

5 SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA

Součinitelem prostupu tepla je možné charakterizovat vliv celé konstrukce a

k ní přilehlých vzduchových vrstev na šíření tepla prostupem. Součinitel

prostupu tepla je odvozen z tepelného odporu konstrukce R.

5.1 Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukce

V prvé řadě je třeba definovat tepelný odpor konstrukce. Ten vyjadřuje

schopnost konstrukce nebo její části klást odpor při přenosu tepla. V případě,

kdy známe součinitel tepelné vodivosti materiálu a je konstantní, a pokud

povrchy kolmé na směr tepelného toku jsou vzájemně rovnoběžné, pak tepelný

odpor určíme podle následujícího vztahu:

dR (5.1)

kde d je tloušťka materiálu v m

λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m–1

·K–1

V případě konstrukce složené z více vrstev uspořádaných za sebou určíme

tepelný odpor dle vztahu:

i

idR

(5.2)

kde di je tloušťka příslušné vrstvy v m

λ součinitel tepelné vodivosti vrstvy ve W·m–1

·K–1

Úhrnný tepelný odpor bránící výměně tepla mezi prostředími oddělenými od

sebe stavební konstrukcí o tepelném odporu R s přilehlými mezními

vzduchovými vrstvami vyjadřuje odpor konstrukce při prostupu tepla:

RT = Rsi + R + Rse (5.3)

kde Rsi je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně v m2·K·W

–1

R tepelný odpor konstrukce v m2·K·W

–1

Rse odpor při přestupu tepla na vnější straně v m2·K·W

–1

31

Odpor při přestupu tepla představuje tepelný odpor mezní vzduchové vrstvy

přiléhající bezprostředně k vnitřní nebo k vnější straně konstrukce:

i

sih

R1

e

seh

R1

(5.4)

kde hi je součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce

ve W·m-2

·K-1

he součinitel přestupu tepla na vnější straně konstrukce

ve W·m-2

·K-1

Tab.5.1 Návrhové hodnoty odporů při přestupu tepla na vnější straně konstrukce a na

vnitřní straně konstrukce bez povrchové kondenzace dle ČSN 730540-3:2005

Klimatické období

Druh konstrukce a povrch

konstrukce

Tvar a orientace povrchu konstrukce

Odpor při přestupu tepla

Rsi, Rse, Rsik

[m2·K·W

-1]

pro výpočty šíření vlhkosti a rizika

růstů plísní

pro výpočty šíření tepla

Zimní

Vnější povrch stavební

konstrukce a výplně otvoru

0,04 0,04

Zimní, při nadmořské výšce nad

1000 m n.m.

0,03 0,03

Letní 0,07 0,07

Zimní i letní

Vnitřní povrch stavební

konstrukce

Svislý povrch 0,25 0,13

Vodorovný povrch

při tepelném toku

zdola nahoru

0,25 0,10

shora dolů

0,25 0,17

Svislý kout 0,25 0,19

Vodorovný kout 0,25 0,21

Vnitřní povrch výplně otvoru

Svislý povrch nebo povrch se sklonem

od 90°do 60° 0,13 0,13

Vodorovný povrch nebo povrch se

sklonem do 0°do 60°

Vodorovný povrch

při tepelném toku

zdola nahoru

0,13 0,10

shora dolů

– 0,17

Svislý kout 0,13 0,20

Vodorovný kout 0,13 0,20

32

Ve větrané vzduchové vrstvě se uvažuje odpor při přestupu tepla shodný

s odporem na vnitřní straně téže konstrukce. Pro vodorovné povrchy

konstrukcí mezi shodně vytápěnými prostory se pro spodní povrch uvažuje

hodnota stejná jako pro tepelný tok zdola nahoru, pro horní povrch hodnota

platná pro tepelný tok shora dolů. Pro šikmé povrchy odchýlené o více než 30°

od uvedených orientací se stanoví odpory při přestupu tepla lineární interpolací

se zaokrouhlením na setiny.

Součinitel prostupu tepla se stanoví:

1. z tepelného odporu konstrukce nebo jejího charakteristického výseku a

odporů při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce:

Tsesi RRRRU

11

(5.5)

kde U je součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2

·K–1

R tepelný odpor konstrukce v m2·K·W

–1

Rsi odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce

v m2·K·W

–1

Rse odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce

v m2·K·W

–1

2. z průměrné vnitřní povrchové teploty konstrukce nebo jejího

charakteristického výseku:

eaisi

simai

RU

(5.6)

kde U je součinitel prostupu tepla konstrukce ve W·m–2

·K–1

Rsi odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce

V m2·K·W

–1


θsim průměrná vnitřní povrchová teplota ve °C

θe návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období

podle ČSN 73 0540-3 ve C

Teplota θsim se stanoví z vnitřních povrchových teplot θsi získaných

výpočtovým řešením teplotního pole pro tento charakteristický výsek

33

konstrukce při použití odporů při přestupu tepla platných pro hodnocení

prostupu tepla.

Součinitel prostupu tepla lze také stanovit z dvourozměrného teplotního pole

pomocí vztahu:

b

LU

D2

(5.7)

kde Lj2D

je lineární tepelná propustnost ve W·m–1

·K–1

určená

pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro

charakteristický výsek konstrukce

b šířka charakteristického výseku geometrického

modelu konstrukce v m

Součinitel prostupu tepla z trojrozměrného teplotního pole se stanoví

pomocí vztahu:

A

LU

D3

(5.8)

kde Lj3D

je prostorová tepelná propustnost ve W·K–1

určená

pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro

charakteristický výsek konstrukce

A plocha charakteristického výseku geometrického

modelu konstrukce v m2

3. ze součinitele prostupu tepla ideálního výseku konstrukce stanoveného

pro skladbu mimo tepelné mosty postupem pro jednorozměrné šíření

tepla a z celkového zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem tepelných

mostů v konstrukci:

U = Uid + ∆Utbk (5.9)

kde Uid je součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce

ve W·m–2

·K–1

∆Utbk celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem

všech tepelných mostů v konstrukci ve W·m–2

·K–1

34

Celkové zvýšení součinitele prostupu tepla vlivem všech tepelných mostů

v konstrukci se vyjádří vztahem:

∆Utbk = ∑∆Utbk,j (5.10)

kde ∑∆Utbk,j je součet vlivů jednotlivých tepelných mostů

ve W·m–2

·K–1

4. kombinací výše uvedených metod s doplněním nezahrnutých tepelných

mostů.

Pro konstrukci, kterou lze charakterizovat nepravidelně opakujícími se

tepelnými mosty, se zvýšení vlivem každého tepelného mostu stanoví:

o pro lineární tepelné mosty v konstrukci:

A

lU

j

jjtbk , (5.11)

kde ψj je lineární činitel prostupu tepla j-tého lineárního

tepelného mostu ve W·m–1

·K–1

l délka j-tého lineárního tepelného mostu v celé

konstrukci v m

A plocha celé konstrukce v m2

o pro bodové tepelné mosty v konstrukci:

A

nU

j

jjtbk , (5.12)

kde χj je bodový činitel prostupu tepla j-tého bodového

tepelného mostu ve W·K–1

stanovený z j-tého výseku

konstrukce s pouze j-tým bodovým tepelným mostem

nj počet j-tých bodových tepelných mostů v celé

konstrukci


35

Pro konstrukce se shodným zastoupením tepelných mostů obvykle platí, že

∆Utbk obvykle dosahuje hodnot u:

o konstrukcí téměř bez tepelných mostů 0,02 W·m–2

·K–1

o konstrukcí s mírnými tepelnými mosty 0,05 W·m–2

·K–1

o konstrukcí s běžnými tepelnými mosty 0,10 W·m–2

·K–1

o konstrukcí s výraznými tepelnými mosty 0,15 W·m–2

·K–1

Celkový součinitel prostupu tepla, který zpřesní součinitel prostupu tepla

zahrnutím korekce přímého působení venkovních atmosférických vlivů na

tepelné izolace, se určí ze vztahu:

Uc = Uid + ∑∆U (5.13)

kde Uid je součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce

ve W·m–2

·K–1

∑∆U korekce působení venkovních atmosférických vlivů

na tepelné izolace ve W·m–2

·K–1

, které nebyly

zahrnuty v součiniteli prostupu tepla, např. korekce

na vliv proudění vzduchu v tepelných izolacích ∆Ug

nebo korekce na vliv vody pronikající do tepelné

izolace ∆Ur dle ČSN EN ISO 6946

5.2 Výpočet součinitele prostupu tepla výplně otvoru

Návrhová hodnota součinitele prostupu tepla okna se výpočtově stanoví ze

vztahu:

fg

ggffgg

uw,

...

AA

lUAUAU

(5.14)

kde Ag je plocha viditelné části zasklení v m2

Ug součinitel prostupu tepla zasklení ve W·m–2

·K–1

Af plocha okenního rámu a rámu křídla v m2

Uf součinitel prostupu tepla rámu ve W·m–2

·K–1

ℓg délka viditelného obvodu zasklení v m

g lineární činitel prostupu tepla styku rámu/zasklení/

distančního rámečku izolačního skla ve W·m–1

·K–1

36

5.3 Hodnocení součinitele prostupu tepla

Konstrukce vytápěných budov musí mít dle ČSN 730540-2:2011+Z1:2012

v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi ≤ 60%

součinitel prostupu tepla U takový, aby splňoval podmínku:

NUU (5.15)

kde UN je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla

ve W·m–2

·K–1

Požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla se stanoví:

o pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou v intervalu

18 °C až 22 °C včetně a pro všechny návrhové venkovní teploty

podle tab. 5.3. Za budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou

v intervalu 18 °C až 22 °C včetně se považují všechny budovy

obytné, občanské s převážně dlouhodobým pobytem lidí (např.

budovy školské, administrativní, ubytovací, veřejně správní,

stravovací, většina zdravotnických) a jiné budovy, pokud

převažující návrhová vnitřní teplota je v uvedeném intervalu

o pro ostatní budovy ze vztahu:

120, eUU NN (5.16)

kde UN,20 je součinitel prostupu tepla z tab. 5.3 ve W·m–2

·K–1

e1 součinitel typu budovy

Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:

4

161

im

e

(5.17)

kde θimje převažující návrhová vnitřní teplota ve °

U budov s rozdílně vytápěnými zónami se požadavky stanovují pro každou

vytápěnou zónu samostatně podle převažující návrhové vnitřní teploty

vytápěné zóny. Pro hodnocení součinitele prostupu tepla se sousední vytápěné

byty považují za prostory s rozdílem teplot do 5 °C. Sousední nevyužívané

byty a neužívané provozovny se považují za prostory nevytápěné.

37

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

Převažující

návrhová

vnitřní teplota

15 16 17 18 až

22 23 24 25 26 27

Součinitel typu

budovy 1,45 1,33 1,23 1,00 0,84 0,80 0,76 0,73 0,70

Platné znění normy uvádí tři úrovně součinitelů prostupu tepla:

o požadované hodnoty, které musí splnit všechny výplně otvorů

osazované do otvorů v budově;

o doporučené hodnoty, které lze použít pro orientační návrh obálky

nízko energetické budovy.

o doporučené hodnoty pro pasivní budovy, které se použijí pro nové

stavby a změny staveb s cílem dosáhnout kvality pasivní budovy.

Nízké hodnoty jsou vhodné pro menší budovy, větší hodnoty z intervalu lze

použít pro větší a kompaktnější budovy. Oproti předchozí verzi normy z roku

2007 byla tabulka rozšířena právě o doporučené hodnoty pro pasivní budovy.

Pro konstrukce vytápěných nebo klimatizovaných budov s relativní vlhkostí

vnitřního vzduchu i > 60 % se požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla

UN stanoví jako nižší z hodnot jak podle 5.16, tak z podmínky pro zvýšenou

vlhkost prostředí:

eaisi

aiN,

6,0

R

U (5.18)

kde ai je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C

e návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období

podle ČSN 73 0540-3ve °C, přičemž u konstrukcí

přilehlých k jinému prostředí než je venkovní vzduch se

použije např. návrhová teplota zeminy gr u konstrukcí

přilehlých k terénu, teplota vnitřního vzduchu ai na

odvrácené straně vnitřních konstrukcí

teplota rosného bodu ve °C

Nelze-li výše uvedenou podmínku splnit, pak se při dodržení požadované

hodnoty součinitele prostupu tepla UN zároveň požaduje zajištění bezchybné

funkce konstrukce při povrchové kondenzaci a vyloučení nepříznivého

38

působení kondenzátu na navazující konstrukce, popř. zajištěním odvodu

kondenzátu.

Podlaha přilehlá k zemině splní požadavek na součinitel prostupu tepla i

tehdy, je-li ve vzdálenosti do 2 m od obvodu budovy splněna podmínka 5.16 a

současně splněna podmínka:

)5( imNT UA (5.19)

kde ΦT je tepelná ztráta prostupem tepla podlahou ve W

UN požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla

ve W·m–2

·K–1

θim převažující návrhová vnitřní teplota ve °C

A plocha stanovená z vnějších rozměrů v m2

Tepelná ztráta prostupem tepla podlahou se stanoví při použití vztahu:

)( eimgT H (5.20)

kde Hg je ustálený měrný tepelný tok prostupem tepla podlahou

přilehlou k zemině dle ČSN EN ISO 13370 včetně

vlivu zeminy a okrajových tepelných izolací

stanovený pro vnější rozměry podlahy ve W·m–1

θe návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C

Tab. 5.3 Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN pro budovy

s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 °C až 22 °C dle ČSN 73 0540-2:2011

Popis konstrukce Součinitel prostupu tepla [W·m-2

K-1

]

Požadované hodnoty

UN,20

Doporučené hodnoty

Urec,20

Doporučené hodnoty pro

pasivní

budovy

Upas,20

Stěna vnější 0,30 1)

těžká: 0,25

0,18 až 0,12 lehká: 0,20

Střecha strmá se sklonem nad 45° 0,30 0,20 0,18 až 0,12

Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45°včetně 0,24 0,16 0,15 až 0,10

Strop s podlahou nad venkovním prostorem 0,24 0,16 0,15 až 0,10

39

Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace)

0,30 0,20 0,15 až 0,10

Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace) 0,30 1)

těžká: 0,25

0,18 až 0,12 lehká: 0,20

Podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině 0,45 0,30 0,22 až 0,15

Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru 0,60 0,40 0,30 až 0,20

Strop a stěna vnitřní z vytápěného k temperovanému prostoru

0,75 0,50 0,38 až 0,25

Strop a stěna vnější z temperovaného prostoru k venkovnímu prostředí

0,75 0,50 0,38 až 0,25

Podlaha a stěna částečně vytáp. prostoru přilehlá k zemině 0,85 0,60 0,45 až 0,30

Stěna mezi sousedními budovami 1,05 0,70 0,5

Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně 1,05 0,70

Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně 1,30 0,90

Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně 2,2 1,45

Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně 2,7 1,80

Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí, kromě dveří

1,5 1,2 0,8 až 0,6

Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí

1,4 1,1 0,9

Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu)

1,7 1,2 0,9

Výplň otvoru vedoucí z vytápěného do temperovaného prostoru

3,5 2,3 1,7

Výplň otvoru vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí

3,5 2,3 1,7

Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45° vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí

2,6 1,7 1,4

Kovový rám výplně otvoru - 1,8 1,0

Nekovový rám výplně otvoru - 1,3 0,9 až 0,7

Rám lehkého obvodového pláště - 1,8 1,2

Lehký obvodový plášť (LOP) hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru

fw = Aw / A v m2/m

2

kde A je celková plocha lehkého

obvodového pláště v m2

Aw plocha průsvitné výplně otvoru

včetně příslušných částí rámu

v m2

Rámy LOP by přitom měly mít Uf ≤ 2,0

fw≤0,5 0,3+1,4·fw

0,2+ fw 0,15+ 0,85·fw

fw>0,5 0,7+1,4·fw

40

PŘÍKLAD 2

Pro výpočet byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o stávající

konstrukci pod půdním prostorem. Při výpočtu bylo třeba přepočítat vlastnosti

vzduchové mezery, která obsahuje systematické tepelné mosty – dřevěné

stropní trámy. Při výpočtu bylo uvažováno s jednorozměrným šířením tepla.

Výstup z programu Teplo 2011:

Typ hodnocené konstrukce : Strop, střecha - tepelný tok zdola Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m

2K


3] Mi[-] Ma[kg/m

2]

1 Omítka vápenná 0,0250 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Dřevo měkké (t 0,0200 0,1800 2510,0 400,0 157,0 0.0000 3 Uzavřená vzduc 0,2100 1,0470* 1280,0 73,0 0,0 0.0000 4 Dřevo měkké (t 0,0250 0,1800 2510,0 400,0 157,0 0.0000 5 Jíl a jemný pí 0,0400 1,5000 2000,0 1500,0 50,0 0.0000 6 Půdovka 0,0400 0,8600 900,0 1800,0 9,0 0.0000

* ekvival. tep. vodivost s vlivem tepelných mostů, stanovena interním výpočtem Číslo Kompletní název vrstvy Interní výpočet tep. vodivosti

1 Omítka vápenná --- 2 Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům) --- 3 Uzavřená vzduch. dutina tl. 210 mm vliv běžných tep. mostů dle EN ISO 6946 4 Dřevo měkké (tok kolmo k vláknům) --- 5 Jíl a jemný písek --- 6 Půdovka --- Okrajové podmínky výpočtu :





Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 21.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %

VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011)

I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)

Požadavek: f,Rsi,N = f,Rsi,cr = 0,749 Vypočtená průměrná hodnota: f,Rsi,m = 0,700

Kritický teplotní faktor f,Rsi,cr byl stanoven pro maximální přípustnou vlhkost na vnitřním povrchu 80% (kritérium vyloučení vzniku plísní).

f,Rsi,m < f,Rsi,N ... POŽADAVEK NENÍ SPLNĚN.

Pozn.: Povrchové teploty a teplotní faktory v místě tepelných mostů ve skladbě je nutné stanovit řešením teplotního pole.

II. Požadavek na součinitel prostupu tepla (čl. 5.2 v ČSN 730540-2)

Požadavek: U,N = 0,24 W/m2K

Vypočtená hodnota: U = 1,46 W/m2K

U > U,N ... POŽADAVEK NENÍ SPLNĚN.

41

PŘÍKLAD 3

Na tomto místě uvádíme příklad výpočtu součinitele prostupu tepla

z trojrozměrného teplotního pole. Jedná se o detail skládaného lehkého

obvodového pláště. Rozměry a materiálová skladba posuzovaného detailu byly

převzaty z projektové dokumentace. Modelováno bylo trojrozměrné teplotní

pole detailu ukotvení vnějšího obvodového pláště pomocí kotvy MACFOX

z hliníkové slitiny. Kotva MACFOX byla uvažována v tl. 3 mm

ve zjednodušené geometrii bez ztužujících prvků. Větraná vzduchová mezera a

vnější obkladové prvky nebyly ve výpočtu uvažovány. Z tohoto důvodu bylo

uvažováno s parametry vnějšího prostředí na vnějším líci tepelné izolace a

nosného úhelníku.

Modelování trojrozměrného teplotního pole řešeného detailu bylo

prováděno v prostředí Cube3D 2007.

Obr.5.1Hmotové znázornění řešeného detailu (archiv autora)

Zadané okrajové podmínky a jejich rozmístění : číslo 1.uzel 2.uzel Teplota [C] Rs [m

2K/W] p [kPa] h,p [10^9 s/m]

1 1 48 21.00 0.25 1.37 10.00 2 433 480 -13.00 0.04 0.17 20.00 NEJNIŽŠÍ POVRCHOVÉ TEPLOTY A HUSTOTY TEPELNÉHO TOKU: Prostředí T [C] Rs [m2K/W] R.H. [%] Ts,min [C] Tep.tok Q [W] Propust. L [W/K] 1 21.0 0.25 55 13.13 10.927 0.321 2 -13.0 0.04 84 -12.80 -10.929 0.321 Vysvětlivky: T zadaná teplota v daném prostředí [C] Rs zadaný odpor při přestupu tepla v daném prostředí [m2K/W] R.H. zadaná relativní vlhkost v daném prostředí [%] Ts,min minimální povrchová teplota v daném prostředí [C] Tep.tok Q hustota tepelného toku z daného prostředí [W] (hodnota je vztažena na celý 3D tepelný most, přičemž ztráta je kladná a zisk je záporný)

42

Obr.5.2Rozložení teplotního pole v detailu (archiv autora)

Obr.5.3Rozložení teplotního pole v detailu (archiv autora)

Výpočet součinitele prostupu tepla z trojrozměrného teplotního pole:

L3D

= 0,321 W·K-1

výstup z programu Cube3D 2007

A = 1,08 x 1,08 = 1,17 m2 plocha modelovaného detailu

U = 0,321 / 1,17 = 0,27 W·m-2

·K-1

Vypočítaná hodnota součinitele prostupu tepla U = 0,27 W·m2·K

-1 je nižší

než požadovaná hodnota U = 0,30 W·m2·K

-1 a vyhovuje normovému

požadavku.

43

6 LINEÁRNÍ ČINITEL PROSTUPU TEPLA

Lineární činitel prostupu tepla je přídavným tepelným tokem

charakterizujícím vliv lineárního tepelného mostu na lineární tepelnou

propustnost.

Protože se ve stavebních objektech objevuje velké množství tepelných

vazeb, jsou zpravidla tepelné vazby vyjadřovány přirážkou ΔU. Tato přirážka

de facto vyjadřuje, o kolik navýšíme celkové tepelné ztráty vzniklé prostupem.

Z popisu je zřejmé, že toto řešení znamená pro projektanty značné

zjednodušení, protože není nutné jednotlivé tepelné vazby přesně vyčíslovat.

U objektů, kde jsou tepelné ztráty prostupem velké (a nejedná se tedy

o nízkoenergetické stavby), je toto řešení velmi častým zjednodušením a

nevnáší do výpočtu velké odchylky.

U objektů nízkoenergetických, potažmo pasivních, však již velmi záleží na

přesném stanovení vlivu každého potenciálního tepelného mostu, resp. tepelné

vazby. Zde se bez lineárního činitele prostupu tepla neobejdeme. Vyhodnocení

lineárního činitele je popsáno v ČSN 73 0540-2:2011+ Z1:2012.

6.1 Výpočet lineárního činitele prostupu tepla

Hodnota lineárního činitele prostupu tepla se stanoví dle ČSN EN ISO

14683 ze vztahu:

jid

D

jj bUL 2 (6.1)

kde Lj2D

je lineární tepelná propustnost ve W·m–1

·K–1

určená

pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole

pro j-tý výsek konstrukce s pouze j-tým lineárním

tepelným mostem

Uid součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce

ve W·m–2

·K–1

pro skladbu konstrukce mimo tepelný

most

bj šířka j-tého výseku geometrického modelu

konstrukce v m s pouze j-tým lineárním tepelným

mostem

Normou stanovené požadavky na hodnoty lineárního a bodového činitele

prostupu tepla zachycuje tabulka tab. 6.1. Toto jsou maximální hodnoty,

kterých můžeme při návrhu daného detailu dosáhnout. V některých případech

44

se hodnocení těchto kritických míst zanedbává. Nicméně tento přístup může

vést k pozdějším poruchám konstrukcí a zvýšenému úniku tepla z objektů.

6.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla

Lineární i bodový činitel prostupu tepla ψ tepelných vazeb mezi

konstrukcemi musí splňovat podmínku:

ψ ≤ ψN

kde ψN je požadovaná hodnota lineárního činitele prostupu

tepla ve W·m-1

·K-1

dle Tab.6.1

Tab. 6.1 Požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla

tepelných vazeb mezi konstrukcemi

Typ lineární tepelné vazby

Lineární činitel prostupu tepla[W·m–1

·K–1

]


Doporučené

hodnoty


pasivní budovy

Vnější stěna navazující na další konstrukci s výjimkou výplně otvoru, např. základ, strop nad nevytápěným prostorem, jinou vnější stěnou, střechu, lodžii či balkon, markýzu či arkýř, vnitřní stěnu a strop (při vnitřní izolaci), aj.

0,20 0,10 0,05

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

0,10 0,03 0,01

Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík, poklop výlezu

0,30 0,10 0,02

Pokud je návrhem i provedením zaručeno, že působení tepelných vazeb

mezi konstrukcemi je menší než 5 % nejnižšího součinitele prostupu tepla

navazujících konstrukcí, nemusí se splnění požadované normové hodnoty

lineárního činitele prostupu tepla hodnotit.

Obecně lze říci, že situace, kdy souhrnné působení tepelných vazeb je menší

než 5 %, obvykle nastává, když je obálka objektu opatřena souvislou tepelně

izolační vrstvou, která není lokálně oslabována a není narušována

procházejícími prvky s vyšší tepelnou vodivostí. V této souvislosti se hovoří

o tzv. hlavní tepelně izolační vrstvě, což je vrstva s nejvyšším tepelným

odporem ve stavební konstrukci.

45

PŘÍKLAD 4

Jedná se o detail styku stěnové a stropní konstrukce. Aby bylo možné

vyjádřit vliv liniového tepelného mostu je nutné od celkové tepelné

propustnosti odečíst zbylou konstrukci, jejíž parametry a tedy i součinitel

prostupu tepla známe. V případě, že jsme pro výpočet teplosměnné plochy

objektu použili nezmenšenou plochu konstrukce na její hranici, pro výpočet

lineárního činitele prostupu tepla použijeme odečet celé délky konstrukce b.

V případě, že jsme problematická místa v ploše neuvažovali, je nutné vyjádřit

celkový vliv detailu tím, že od tepelné propustnosti odečteme pouze segmenty

bx a bz, viz obr. 6.1.

Obr.6.1Schéma řešeného detailu (archiv autora)

L2D

= 0,816 W·m-1

·K-1

celková tepelná propustnost (výstup

z programu AREA 2011)

U=0,281 W·m-2

·K-1

součinitel prostupu tepla hodnocené konstrukce

Pro vyjádření zhoršení vlivem napojení konstrukce použijeme b=2,25m.

Po dosazení do vztahu (6.1) dostaneme:

Ψ=0,816-0,281.2,25 = 0,184 W·m-1

·K-1

V tomto případě je lineární činitel kladný. To znamená, že vliv tohoto

detailu nám energetickou náročnost objektu zvyšuje a je vhodné provést jeho

úpravu. V případě, že by hodnocení detailu a jeho lineárního činitele vyšlo

46

záporné, znamená to, že je konstrukce v tomto místě navržena lépe než

obvodový plášť v ideálním výseku konstrukce.

Obr.6.2Rozložení teplot v řešeném detailu (archiv autora)

Obr.6.3Směr tepelných toků v řešeném detailu (archiv autora)

47

7 BODOVÝ ČINITEL PROSTUPU TEPLA

Bodový činitel prostupu tepla je přídavným tepelným tokem

charakterizujícím vliv bodového tepelného mostu na plošnou tepelnou

propustnost.

7.1 Výpočet bodového činitele prostupu tepla

Bodový činitel prostupu tepla se stanoví dle ČSN EN ISO 14683 ze vztahu:

jid

D

jj AUL 3 (5.14)

kde Lj3D

je prostorová tepelná propustnost ve W·K–1

určená

pomocí výpočtu trojrozměrného teplotního pole

pro j-tý výsek konstrukce s pouze j-tým bodovým

tepelným mostem

Uid součinitel prostupu tepla ideálního výseku konstrukce

ve W·m–2

·K–1

pro skladbu konstrukce mimo tepelný

most

Aj plocha j-tého výseku geometrického modelu

konstrukce v m2 s pouze j-tým bodovým mostem

7.2 Hodnocení lineárního činitele prostupu tepla

Lineární i bodový činitel prostupu tepla ψ tepelných vazeb mezi

konstrukcemi musí splňovat podmínku:

χ ≤ χN

kde χN je požadovaná hodnota bodového činitele prostupu

tepla ve W·K-1

dle Tab.6.2

Tab. 6.2 Požadované a doporučené hodnoty bodového činitele prostupu tepla tepelných

vazeb mezi konstrukcemi

Typ bodové tepelné vazby

Bodový činitel prostupu tepla [W·K–1

]


Doporučené

hodnoty


pasivní budovy

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

0,4 0,1 0,02

48

Poznámky

49

8 POKLES DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHY

Poklesem dotykové teploty se hodnotí množství odnímaného tepla při

dotyku mírně chráněného lidského těla s podlahou. Stanovení poklesu

dotykové teploty je nezbytné pro návrh a ověření nášlapných vrstev podlah

z hlediska působení jejich tepelné jímavosti. Pokles dotykové teploty se

stanoví jako výsledek neustáleného šíření tepla při zimních návrhových

okrajových podmínkách dle ČSN 73 0540-3:2005. Pro podlahové vytápění se

uvažuje návrhová venkovní teplota 13 °C, pokud není začátek a konec

vytápění při nižší venkovní teplotě.

8.1 Výpočet poklesu dotykové teploty podlahy

Pro výpočet poklesu dotykové teploty je nezbytný výpočet tepelné jímavosti

podlahy. Pokles dotykové teploty podlahy se vypočítá ze vztahu:

B

Bsim

1117

.3310

(8.1)

kde Δθ10 je pokles dotykové teploty ve °C

B tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5

·m2·K

-1

θsim průměrná vnitřní povrchová teplota podlahy ve °C

Tepelná jímavost podlahy charakterizuje ochlazovací účinek podlahy na

lidský organismus. Tepelnou jímavost podlahy určíme ze vztahu:

B = B1 (8.2)

kde B je tepelná jímavost podlahy ve W·s0,5

·m2·K

-1

B1 tepelná jímavost horního povrchu nejvýše položené

vrstvy podlahy ve W·s0,5

Tepelná jímavost horního povrchu nejvýše položené vrstvy podlahy se

spočítá podle vztahu:

B1 = Bmat,1. (1 + K1) (8.3)

kde Bmat,1 je tepelná jímavost materiálu nejvýše položené vrstvy

podlahy ve W·s0,5

·m2·K

-1

50

K1 součinitel určující zvýšení (snížení) tepelné jímavosti

horního povrchu nejvýše položené vrstvy oproti

tepelné jímavosti materiálu této vrstvy zohledňující

tepelné jímavosti níže položených vrstev

Tepelná jímavost materiálu nejvýše položené vrstvy podlahy se určí ze

vztahu:

1111, .. cBmat (8.4)

kde cje měrná tepelná kapacita v J·kg-1

·K-1

ρ objemová hmotnost v kg·m-3

λ součinitel tepelné vodivosti ve W·m-1

·K-1

Nejnižší vrstvou, od které se začíná výpočet tepelné jímavosti podlahy,

je nosná vrstva stropu, popř. u podlah na terénu vrstva nad hydroizolací.

Nejvyšší vrstvou je nášlapná vrstva podlahové konstrukce.

Tepelná jímavost horního povrchu j-té vrstvy podlahy se spočítá podle

vztahu:

Bj = Bmat,j. (1 + Kj) (8.5)

kde Bmat,j je tepelná jímavost materiálu j-té vrstvy podlahy

ve W·s0,5

·m2·K

-1

Kj součinitel určující zvýšení (snížení) tepelné jímavosti

horního povrchu vrstvy oproti tepelné jímavosti

materiálu této vrstvy zohledňující tepelné jímavosti

níže položených vrstev

Tepelná jímavost materiálu j-té vrstvy podlahy se určí ze vztahu:

jjjjmat cB .., (8.6)

kde cj je měrná tepelná kapacita vrstvyv J·kg-1

·K-1

ρj objemová hmotnost vrstvy v kg·m-3

λj součinitel tepelné vodivosti vrstvy ve W·m-1

·K-1

51

Pro nejnižší vrstvu se uvažuje Kj = 0, tzn., že:

Bj = Bmat,j (8.7)

Hodnota součinitele Kj se pro j-tou vrstvu podlahy stanoví buď odečtením

z nomogramu v ČSN 730540-4:2005 nebo následujícím výpočtem:

j

n

j

jyn

hK

.exp2

2 (8.8)

Kde dílčí součinitelé se spočítají:

3,2,1;

.600

..;;

1

1 2

,

1n

cdy

B

Bx

x

xh

j

jjj

j

jmat

j

j

j

j

j

(8.9)

Výpočet se ukončí při splnění následující podmínky:

001000,0

.exp 2

j

n

j

yn

hABS (8.10)

8.2 Hodnocení poklesu dotykové teploty podlahy

Pro zatřídění do odpovídající kategorie musí být splněna podmínka poklesu

dotykové teploty podlahy Δθ10,N ve °C:

Δθ10 ≤ Δθ10,N (8.11)

kde Δθ10,N je požadovaná hodnota poklesu dotykové teploty

podlahy, ve °C, která se stanoví z tab. 8.1

Tab. 8.1 Kategorie podlah z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy 10,N

Kategorie podlahy Pokles dotykové teploty podlahy 10,N [°C]

I. Velmi teplé do 3,8 včetně

II. Teplé do 5,5 včetně

III. Méně teplé do 6,9 včetně

IV. Studené od 6,9

52

Podlahy se zatřiďují z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy Δθ10,N do

kategorií podle tab. 8.1 Tento požadavek se nemusí ověřovat u podlah s trvalou

nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny a u podlah s povrchovou

teplotou trvale vyšší než 26 °C. Tyto podlahy jsou automaticky zařazeny do

kategorie I.

Tab.8.2 Kategorie podlah – požadované a doporučené hodnoty

Druh budovy Účel místnosti

Kategorie podlahy

Požadovaná Doporučená

Obytná budova

dětský pokoj, ložnice I.

obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji,

kuchyň

II. I.

koupelna, WC III. II.

předsíň před vstupem do bytu IV. III.

Občanská

budova

učebna, kabinet II.

tělocvična II.

dětská místnost jeslí a školky I.

operační sál, předsálí, ordinace, přípravna,

vyšetřovna, služební místnost II.

chodba a předsíň nemocnice III. II.

pokoj dospělých nemocných II. I.

pokoj nemocných dětí I.

pokoj intenzivní péče II. I.

kancelář II.

hotelový pokoj II.

pokoj v ubytovně III. II.

sál kina, divadla II.

místa pro hosty v restauraci III. II.

prodejna potravin III.

Výrobní budova

trvalé pracovní místo při sedavé práci II.

trvalé pracovní místo bez podlážky nebo teplé obuvi III. II.

sklad se stálou obsluhou IV. III.

Pro místnosti, jejichž účel není ve výše uvedené tabulce uveden, se použijí

kategorie pro podobný účel místnosti.

53

PŘÍKLAD 5

Pro výpočet byl využit výpočetní nástroj Teplo 2011. Jedná se o vlýskovou

podlahu položenou na anhydridové mazanině. Stropní konstrukce je umístěna

mezi vytápěnými prostory. Podlaha je navržena v obývacím pokoji, kde je

požadována kategorie podlahy II (pokles dotykové teploty do 5,5 °C).

Výstup z programu Teplo 2011: Typ hodnocené konstrukce : Podlaha - výpočet poklesu dotykové teploty Korekce součinitele prostupu dU : 0.020 W/m

2K


3] Mi[-] Ma[kg/m

2]

1 Vlysy 0,0250 0,1800 2510,0 600,0 157,0 0.0000 2 Anhydritová sm 0,0400 1,2000 840,0 2100,0 20,0 0.0000 3 PE folie 0,0001 0,3500 1470,0 900,0 1440,0 0.0000 4 Isover N 0,0400 0,0370 800,0 100,0 1,0 0.0000 5 Železobeton 3 0,2000 1,7400 1020,0 2500,0 32,0 0.0000 6 Omítka vápenoc 0,0150 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 Návrhová venkovní teplota Te : 20.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 20.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 50.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %

TISK VÝSLEDKŮ VYŠETŘOVÁNÍ : Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946:

Tepelný odpor konstrukce R : 1.33 m2K/W

Součinitel prostupu tepla konstrukce U : 0.600 W/m2K

Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:

Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 20.00 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p : 1.000 Pokles dotykové teploty podlahy dle ČSN 730540:

Tepelná jímavost podlahové konstrukce B : 520.73 Ws/m2K

Pokles dotykové teploty podlahy DeltaT : 4.13 C

VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011) I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)

Teplota na venkovní straně konstrukce je vyšší nebo rovna teplotě vnitřního vzduchu. Požadavek na teplotní faktor není pro tyto podmínky definován a jeho splnění se proto neověřuje. V případě potřeby lze provést ručně srovnání vypočtené povrchové teploty s kritickou povrchovou teplotou podle ČSN 730540-2 (2005).




U < U,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.

Vypočtený součinitel prostupu tepla musí zahrnovat vliv systematických tepelných mostů (např. krokví v zateplené šikmé střeše).

III. Požadavek na pokles dotykové teploty (čl. 5.5 v ČSN 730540-2)

Požadavek: teplá podlaha - dT10,N = 5,5 C Vypočtená hodnota: dT10 = 4,13 C dT10 <dT10,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.

54

9 ŠÍŘENÍ VLHKOSTI STAVEBNÍ KONSTRUKCÍ

Stavební konstrukce jsou často situovány mezi dvěma prostředími

s rozdílnými hodnotami teploty a relativní vlhkosti vzduchu. Vzduch,

obklopující stavební konstrukci není zcela suchý, ale vždy obsahuje určité

množství vodní páry. Z hlediska stavební tepelné techniky proto považujeme

vzduch za směs suchého vzduchu a vodní páry.

Stanovení částečného tlaku vodní páry uvnitř konstrukce je potřebné při

zjišťování kondenzace vodní páry v konstrukci. U konstrukcí s větranou

vzduchovou mezerou se zjišťují podmínky kondenzace vodní páry v dolním

plášti na počátku a v horním plášti na konci větrané vzduchové mezery.

9.1 Průběh částečného tlaku vodní páry v konstrukci

V prvé řadě je třeba vypočítat difúzní odpor jednotlivých vrstev konstrukce

a odpor konstrukce při prostupu vodní páry. Pro konstrukce, ve kterých lze

uvažovat jednorozměrné šíření vlhkosti, se difúzní odpor jednovrstvé

konstrukce stanoví:

Zpj = dj / δj (9.1)

kde Zpj je difuzní odpor j-té vrstvy konstrukce v m·s-1

δj součinitel difúzní vodivosti materiálu v s

dj tloušťka příslušné vrstvy materiálu v m

Difúzní odpor vícevrstvé konstrukce při uvažování jednorozměrného šíření

difuze vodní páry se spočítá:

Zp =∑ Zpj (9.2)

kde Zpj je difuzní odpor j-té vrstvy konstrukce v m·s-1

Odpor konstrukce při prostupu vodní páry představuje celkový difúzní

odpor bránící difúzi vodní páry mezi prostředími o difúzním odporu Zp a

odporu při přestupu vodní páry mezními vrstvami vzduchu přiléhající

bezprostředně k vnější, resp. vnitřní straně konstrukce

ZpT = Zpi + Zp + Zpe (9.3)

kde ZpT je odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1

55

Zp difuzní odpor konstrukce v m·s-1

Zpi odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně

konstrukce v m·s-1

Zpe odpor při přestupu vodní páry na vnější straně

konstrukce v m·s-1

Hodnoty Zpi a Zpe jsou oproti difuznímu odporu konstrukce velmi malé,

proto se v dalších výpočtech obvykle zanedbávají.

Dále budeme pro určení oblasti kondenzace potřebovat stanovit částečné

tlaky vodních par ve hmotných vrstvách konstrukce:

)( ei

pT

pxpi

ix ppZ

ZZpp

(9.4)

kde pi je částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnitřní straně

konstrukce v Pa

pe částečný tlak vodní páry ve vzduchu na vnější straně

konstrukce v Pa

ZpT odpor konstrukce při prostupu vodní páry v m·s-1

Zpx difuzní odpor části konstrukce od jejího vnitřního

povrchu k místu x v m·s-1

Částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu se spočítá ze vztahu:

100

,isati

i

pp

(9.5)

kde pi je částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa

psat,i částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který

odpovídá teplotě vnitřního vzduchu θai

φi relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %

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

100

,esate

e

pp

(9.6)

56

kde pe je částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa

psat,e částečný tlak nasycených vodních par v Pa, který

odpovídá teplotě venkovního vzduchu θe

φe relativní vlhkost venkovního vzduchu v %

Nyní můžeme graficky znázornit průběh částečného tlaku vodní páry

v konstrukci podle následujícího postupu:

o na vodorovnou osu x vyneseme jednotlivé vrstvy konstrukce

v měřítku difúzních odporů

o na svislou osu y vyneseme částečné tlaky vodní páry pi a pe

o hodnoty pi a pe spojíme přímkou

Obr.9.1 Grafické znázornění tlaku částečného tlaku vodní páry v konstrukci

9.2 Stanovení výskytu a oblasti kondenzace vodní páry uvnitř

konstrukce graficko-početní metodou

Výsledkem stanovení výskytu a oblasti kondenzace mohou být případy

graficky znázorněné na obr. 9.2:

o v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry (případ A) za

podmínky, že pro každé místo v konstrukci platí:

psat,x >px (9.7)

57

o v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v kondenzační

rovině (případ B) za podmínky, že pro určité místo v konstrukci

(většinou rozhraní vrstev) platí:

psat,x =px (9.8)

o v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry v kondenzační

oblasti (případ C) za podmínky, že pro určitou část konstrukce

platí:

psat,x <px (9.9)

kde psat,x je částečný tlak nasycené vodní páry v Pa

v místě x

px částečný tlak vodní páry v Pa v místě x

Obr.9.2 Grafické znázornění částečných tlaků vodní páry v konstrukci

Pro stanovení oblasti použijeme na základě výše uvedených dílčích

následující postup:

1. Stanovíme tepelný odpor konstrukce v m2·K·W

–1 jako součet

tepelných odporů vrstev konstrukce:

dR (9.10)

2. Vypočítáme odpor konstrukce při prostupu tepla RT v m2·K·W

–1 :

RT = Rsi + R + Rse (9.11)

3. Spočítáme součinitel prostupu tepla celé konstrukce U ve W·m-2

·K-1

:

58

TR

U1

(9.12)

4. Určíme průběh teplot ve °C v konstrukci ve vzdálenosti x od vnitřního

povrchu podle vztahu:

x = ai – U (Rsi + Rx) . (ai – e) (9.13)

kde θxje teplota v místě x ve °C

θai návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C

θe teplota venkovního vzduchu v zimním období ve °C

Rx tepelný odpor části konstrukce od jejího vnitřního

povrchu k místu x v m2·K·W

–1

5. Vypočteme odpor konstrukce v m·s-1

při prostupu vodní páry jako

součet difuzních odporů jednotlivých vrstev konstrukce, při čemž

odpory při přestupu vodní páry na vnitřní a vnější konstrukce lze

zanedbat

ZpT = Zpi + Zp + Zpe (9.14)

6. Podle vypočítaných teplot nejlépe na rozhraní vrstev a v ¼ vrstev

konstrukce stanovíme průběh částečného tlaku vodní páry px a

nasycené vodní páry psat,x :

o hodnoty částečných tlaků nasycené vodní páry psat zjistíme

v ČSN 73 0240-3:2005 vtabulceK.2

o dále vypočteme částečný tlak vodní páry ve vnitřním a venkovním

vzduchu:

%100

%100

,

,

eesat

e

iisat

i

pp

pp

(9.15)

7. Provedeme grafické řešení určení oblasti kondenzace:

o na osu x vyneseme hodnoty příslušných difuzních odporů;

o na osu y vyneseme příslušné hodnoty pi a pe a spojíme úsečkou;

o na osu y vyneseme příslušné hodnoty psat na rozhraní vrstev a ve

¼ vrstev konstrukce a jednotlivé body spojíme;

59

o vedeme tečny z bodů pi a pe ke křivce průběhů částečných tlaků

nasycené vodní páry;

o body dotyku A a B vymezují oblast kondenzace, přičemž pokud A

= B, jedná se o kondenzační rovinu

Obr.9.3 Grafické znázornění stanovení oblasti kondenzace v konstrukci

9.3 Zkondenzované a vypařitelné množství vodní páry uvnitř

konstrukce

Roční bilance zkondenzované a vypařitelné vodní páry se stanoví buď

výpočtem po měsících dle ČSN EN ISO 13788 nebo jako rozdíl ročního

množství zkondenzované vodní páry Mc,a a ročního množství vypařitelné vodní

páry Mev,a podle postupu uvedeného v ČSN 73 0540:4:2005.

Dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní páry se stanoví přibližně

ze vztahu:

Maj = (gAj – gBj) . tej (9.16)

60

kde Maj je dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní

páry v kg·m2

gAj hustota difuzního toku vodní páry, která proudí

konstrukcí od vnitřního povrchu k hranici A oblasti

kondenzace v kg·m2·s

gBj hustota difuzního toku vodní páry, která proudí

konstrukcí od hranice B oblasti kondenzace

k vnějšímu povrchu v kg·m2·s

tej celková doba trvání teploty venkovního vzduchu θe,j

pro j-tou vrstvu podle teplotní oblasti v zimním

období

Přesněji lze množství zkondenzované (vypařitelné) vodní páry stanovit pro

nezastíněné ploché střechy ze vztahu:

Maj = Maz,j+Maj,j (9.17)

kde Maz,j je dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní

páry pro zataženou oblohu pro dobu trvání zatažené

oblohy při teplotě venkovního vzduchu při zatažené

obloze v kg·m2 (podrobně viz ČSN 73 0540-4:2005)

Maj,j dílčí množství zkondenzované (vypařitelné) vodní

páry pro jasnou oblohu pro dobu trvání jasné oblohy

při teplotě venkovního vzduchu při jasné obloze v

kg·m2 (podrobně viz ČSN 73 0540-4:2005)

Kladná hodnota Ma představuje situaci, kdy dochází ke kondenzaci vodní

páry, a záporná hodnota Ma představuje situaci, kdy dochází k vypařování

vodní páry. Hustota difuzního toku vodní páry, která proudí konstrukcí od

vnitřního povrchu k hranici A oblasti kondenzace gA se spočítá:

pA

Asati

AZ

ppg

, (9.18)

kde pi je částečný tlak vodní páry ve vnitřním vzduchu v Pa

psat,A částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici

oblasti kondenzace A

ZpA difuzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce

k hranici A oblasti kondenzace v m·s-1

61

Hustota difuzního toku vodní páry, která proudí konstrukcí od hranice B

oblasti kondenzace k vnějšímu povrchu, se určí ze vztahu:

pB

eBsat

BZ

ppg

,

(9.19)

kde peje částečný tlak vodní páry ve venkovním vzduchu v Pa

psat,B částečný tlak nasycené vodní páry v Pa na hranici

oblasti kondenzace B

ZpB difuzní odpor od hranice B oblasti kondenzace

k vnějšímu povrchu konstrukce v m·s-1

9.4 Hodnocení kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce

Pro stavební konstrukci, u které by zkondenzovaná vodní pára uvnitř

konstrukce Mc v kg·m-2

·a-1

mohla ohrozit její požadovanou funkci, nesmí dojít

ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce a platí:

Mc= 0 (9.20)

Pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry uvnitř neohrozí její

požadovanou funkci, se požaduje omezení ročního množství zkondenzované

vodní páry uvnitř konstrukce Mc v kg·m-2

·a-1

tak, aby splňovalo podmínku:

Mc ≤ Mc, N (9.21)

kde Mc je roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř

konstrukce v kg·m-2

·a-1

Mc,N přípustné množství zkondenzované vodní páry uvnitř


·a-1

dle ČSN 73 05402:2011

Pro jednoplášťovou střechu, konstrukci se zabudovanými dřevěnými prvky,

konstrukci s vnějším tepelně izolačním systémem nebo vnějším obkladem,

popř. jinou obvodovou konstrukci s difúzně málo propustnými vnějšími

povrchovými vrstvami, je nižší z hodnot:

o Mc,N = 0,10 kg·m-2

·a-1

o 3 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci

vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg·m-3

62


vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost ρ ≤ 100 kg.m-3

pro ostatní stavební konstrukce je limit nižší z hodnot:

o Mc,N = 0,50 kg.m-2

.a-1


vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg.m-3

o 10 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke

kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost ρ ≤ 100

kg.m-3

Ve stavební konstrukci s připuštěnou omezenou kondenzací vodní páry

uvnitř konstrukce nesmí v roční bilanci kondenzace a vypařování vodní páry

zbýt žádné zkondenzované množství vodní páry, které by trvale zvyšovalo

vlhkost konstrukce.

Roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce musí být nižší

než roční množství vypařitelné vodní páry uvnitř konstrukce:

Mc ≤ Mev (9.22)

kde Mc je roční množství zkondenzované vodní páry uvnitř


·a-1

Mev roční množství vypařitelné vodní páry uvnitř


·a-1

U konstrukcí s větranou vzduchovou mezerou se samostatně hodnotí

souvrství od vnitřního povrchu k větrané vzduchové mezeře a souvrství od

větrané vzduchové mezery k venkovnímu vzduchu.

Kromě požadavků výše uvedených se u konstrukcí s větranou vzduchovou

mezerou požaduje ověřit průběh relativní vlhkosti vzduchu proudícího v této

mezeře, která musí po celé délce této mezery splňovat podmínku:

φcv<90 % (9.23)

63

PŘÍKLAD 6

Jedná se výpočet a posouzení teplotního faktoru vnitřního povrchu,

součinitele prostupu tepla a bilance zkondenzované a vypařitelné vodní páry u

obvodové stěny ze zdiva z plných cihel zateplené kontaktním zateplovacím

systémem. Pro výpočet byl využit software Teplo 2011

Výstup z programu Teplo 2011:

Typ hodnocené konstrukce : Stěna Korekce součinitele prostupu dU : 0.010 W/m

2K


3] Mi[-] Ma[kg/m

2]

1 Omítka vápenná 0,0200 0,8700 840,0 1600,0 6,0 0.0000 2 Zdivo CP 1 0,2900 0,8000 900,0 1700,0 8,5 0.0000 3 Omítka vápenoc 0,0250 0,9900 790,0 2000,0 19,0 0.0000 4 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 5 BASF EPS 100 N 0,2600 0,0310 1250,0 18,0 45,0 0.0000 6 Cemix 135 - Le 0,0040 0,5700 1200,0 1550,0 20,0 0.0000 7 Cemix Silikáto 0,0030 0,6500 840,0 1600,0 24,0 0.0000 Číslo Kompletní název vrstvy Interní výpočet tep. vodivosti

1 Omítka vápenná --- 2 Zdivo CP 1 --- 3 Omítka vápenocementová --- 4 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota --- 5 BASF EPS 100 NEO --- 6 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkovací hmota --- 7 Cemix Silikátová zatíraná omítka bílá/barevná --- Okrajové podmínky výpočtu :





Návrhová venkovní teplota Te : -15.0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai : 20.0 C Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe : 84.0 % Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi : 55.0 %

Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla dle ČSN EN ISO 6946:

Tepelný odpor konstrukce R : 8.08 m2K/W

Součinitel prostupu tepla konstrukce U : 0.121 W/m2K

Součinitel prostupu zabudované kce U,kc : 0.14 / 0.17 / 0.22 / 0.32 W/m

2K

Uvedené orientační hodnoty platí pro různou kvalitu řešení tep. mostů vyjádřenou přibližnou přirážkou dle poznámek k čl. B.9.2 v ČSN 730540-4.

Difuzní odpor konstrukce ZpT : 8.0E+0010 m/s Teplotní útlum konstrukce Ny* : 1231.2 Fázový posun teplotního kmitu Psi* : 14.8 h

64

Teplota vnitřního povrchu a teplotní faktor dle ČSN 730540 a ČSN EN ISO 13788:

Vnitřní povrchová teplota v návrhových podmínkách Tsi,p : 18.95 C Teplotní faktor v návrhových podmínkách f,Rsi,p : 0.970

Difuze vodní páry v návrhových podmínkách a bilance vlhkosti dle ČSN 730540: (bez vlivu zabudované vlhkosti a sluneční radiace)

Průběh teplot a tlaků v návrhových okrajových podmínkách: rozhraní: i 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 e

tepl.[C]: 19.0 19.0 17.6 17.5 17.4 -14.8 -14.8 -14.8 p [Pa]: 1285 1276 1088 1051 1045 150 144 138 p,sat [Pa]: 2202 2189 2006 1994 1990 168 167 167 Při venkovní návrhové teplotě dochází v konstrukci ke kondenzaci vodní páry. Kond.zóna Hranice kondenzační zóny Kondenzující množství číslo levá [m] pravá vodní páry [kg/m

2s]

1 0.5353 0.5572 3.006E-0009 Celoroční bilance vlhkosti:

Množství zkondenzované vodní páry Mc,a: 0.002 kg/m2,rok

Množství vypařitelné vodní páry Mev,a: 1.145 kg/m2,rok

Ke kondenzaci dochází při venkovní teplotě nižší než -10.0 C. Bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti dle ČSN EN ISO 13788: Roční cyklus č. 1 V konstrukci nedochází během modelového roku ke kondenzaci. Poznámka: Hodnocení difuze vodní páry bylo provedeno pro předpoklad 1D šíření vodní páry převažující skladbou konstrukce. Pro konstrukce s výraznými systematickými tepelnými mosty je výsledek výpočtu jen orientační. Přesnější výsledky lze získat s pomocí 2D analýzy.

VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ PODLE KRITÉRIÍ ČSN 730540-2 (2011) Název konstrukce: S2 - Stěna obvodová - zateplená

Rekapitulace vstupních dat

Návrhová vnitřní teplota Ti: 20,0 C Převažující návrhová vnitřní teplota TiM: 20,0 C Návrhová venkovní teplota Tae: -15,0 C Teplota na vnější straně Te: -15,0 C Návrhová teplota vnitřního vzduchu Tai: 20,0 C Relativní vlhkost v interiéru RHi: 50,0 % (+5,0%)

Skladba konstrukce

Číslo Název vrstvy d [m] Lambda [W/mK] Mi [-]

1 Omítka vápenná 0,020 0,870 6,0 2 Zdivo CP 1 0,290 0,800 8,5 3 Omítka vápenocementová 0,025 0,990 19,0 4 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova 0,004 0,570 20,0 5 BASF EPS 100 NEO 0,260 0,031 45,0 6 Cemix 135 - Lepidlo a stěrkova 0,004 0,570 20,0 7 Cemix Silikátová zatíraná omít 0,003 0,650 24,0

I. Požadavek na teplotní faktor (čl. 5.1 v ČSN 730540-2)

Požadavek: f,Rsi,N = f,Rsi,cr = 0,744 Vypočtená průměrná hodnota: f,Rsi,m = 0,970

Kritický teplotní faktor f,Rsi,cr byl stanoven pro maximální přípustnou vlhkost na vnitřním povrchu 80% (kritérium vyloučení vzniku plísní).

Průměrná hodnota fRsi,m (resp. maximální hodnota při hodnocení skladby mimo tepelné mosty a vazby) není nikdy minimální hodnotou ve všech místech konstrukce. Nelze s ní proto prokazovat plnění požadavku na minimální povrchové teploty zabudované konstrukce včetně tepelných mostů a vazeb. Její převýšení nad požadavkem naznačuje pouze možnosti plnění požadavku v místě tepelného mostu či tepelné vazby.

65




U < U,N ... POŽADAVEK JE SPLNĚN.

Vypočtený součinitel prostupu tepla musí zahrnovat vliv systematických tepelných mostů (např. krokví v zateplené šikmé střeše).

III. Požadavky na šíření vlhkosti konstrukcí (čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2)

Požadavky: 1. Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce. 2. Roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu. 3. Roční množství kondenzátu Mc,a musí být nižší než 0,1 kg/m

2.rok,

nebo 3-6% plošné hmotnosti materiálu (nižší z hodnot).

Limit pro max. množství kondenzátu odvozený z min. plošné hmotnosti materiálu v kondenzační zóně činí: 0,281 kg/m2,rok (materiál: BASF EPS 100 NEO). Dále bude použit limit pro max. množství kondenzátu: 0,100 kg/m

2,rok

Vypočtené hodnoty: V kci dochází při venkovní návrhové teplotě ke kondenzaci.

Roční množství zkondenzované vodní páry Mc,a = 0,0017 kg/m2,rok

Roční množství odpařitelné vodní páry Mev,a = 1,1451 kg/m2,rok

Vyhodnocení 1. požadavku musí provést projektant. Mc,a <Mev,a ... 2. POŽADAVEK JE SPLNĚN. Mc,a <Mc,N ... 3. POŽADAVEK JE SPLNĚN.

Obr.9.4 Grafické znázornění oblasti kondenzace v řešené konstrukci

66

Poznámky

67

10 TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTÍ

Tepelná stabilita místnosti popisuje schopnost vnitřního prostoru udržet

požadovaný teplotní stav po určitou stanovenou dobu. Tepelná stabilita se

hodnotí podle ČSN 73 0540-2:2011 včetně změny Z1:2012. V zimním období

je tepelná stabilita ověřována výpočtem poklesu výsledné teploty místnosti a

v letním období pak nejvyšší denní teplotou vzduchu v místnosti v letním

období. Požadavek na nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti

v letním období byl při revizi normy ČSN 73 0540-2 v roce 2011 vypuštěn.

Jednalo se o národní požadavek, který byl nejdříve v roce 2002 doplněn a

v roce 2011 zcela nahrazen požadavkem na nejvyšší denní teplotu vzduchu v

místnosti v letním období.

10.1 Veličiny popisující stav tepelného mikroklimatu

Tato kapitola je věnována popisu některých veličin, na základě kterých je

prováděno hodnocení interního tepelného mikroklimatu a které se vyskytují

v řadě závazných legislativních dokumentů.

Výsledná teplota θv je parametr tepelného stavu vnitřního prostředí

zahrnující vliv současného působení teploty vnitřního vzduchu θai, vnitřní

povrchové teploty jednotlivých stavebních konstrukcí a výplní otvorů θsi,j,

vymezujících vnitřní prostor, a rychlosti proudění vnitřního vzduchu vai.

Obvykle se uvažuje, že výsledná teplota θv je rovna globální teplotě čili teplotě

kulového (výsledného) teploměru. Výslednou teplotu lze stanovit ze vztahu:

).(5,0 ,msimaiv (10.1)

kde θvje výsledná teplota ve °C


θsim,m vážený průměr povrchových teplot ve °C

Vážený průměr povrchových teplot se spočítá podle vztahu:

j

jjsim

msimA

A

).( ,

,

(10.2)

kde θsim, j je průměrná povrchová teplota j-té konstrukce ve ˚C

Aj plocha j-té konstrukce dané místnosti v m2

68

Výsledná teplota kulového teploměru se při rychlosti proudění vnitřního

vzduchu vai = 0,2 m·s-1

rovná operativní teplotě. Výsledná teplota se měří

suchým kulovým teploměrem v souladu s ČSN EN ISO 7726:2006.

Operativní teplota θo je teplota izometrické plochy vymezující pomyslný

prostor, ve kterém se přenos tepla sáláním a prouděním z lidského těla rovná

přenosu tepla sáláním a prouděním ve skutečném nerovnoměrném prostředí.

Operativní teplota je základním hodnotícím kritériem. Pro přesnější výpočet

lze použít následující vztah:

rc

rraico

.. (10.3)

kde αc je součinitel přestupu tepla prouděním ve W.m-2

.K-1

αr součinitel přestupu tepla sáláním ve W.m-2

.K-1


θr střední sálavá teplota ve °C

Střední sálavá teplota θr je rovnoměrná teplota pomyslného vymezeného

prostoru, ve kterém se přenos tepla sáláním z lidského těla rovná sdílení tepla

sáláním ve skutečném nerovnoměrném prostředí. Střední sálavá teplota je

základní nezávislou veličinou vnitřního prostředí sloužící k analýze stavu

vnitřního prostředí z hlediska sdílení tepla sáláním a vztahuje se k lidskému

tělu.

Obr.10.1 Měření teploty kulovým teploměrem a tepelně vlhkostním čidlem(archiv

autora)

69

V případě, kdy není k dispozici radiometr pro měření střední sálavé

(radiační) teploty, je možné použít vztah (Mathauserová, 2010):

273.10.9,2273

4/16,084 agagr (10.4)

kde θg je teplota kulového teploměru o průměru 0,10 m ve °C


υa rychlost proudění vzduchu v m.s-1

nebo vztah:

273.10.5,2273

4/16,084 agagr (10.5)

kde θg je teplota kulového teploměru o průměru 0,15 m ve °C


υa rychlost proudění vzduchu v m.s-1

10.2 Tepelná stabilita místnosti v zimním období

Posouzení tepelné stability v zimním období se provádí pro kritickou

místnost, která má nejvyšší průměrný součinitel prostupu tepla obalových

konstrukcí Uem, stanovený podle ČSN 73 0540-4. Jedná se zpravidla o rohovou

místnost v nejvyšším podlaží. Při výpočtu uvažujeme se situací, kdy dochází

k odstavení otopného sytému, např. z důvodu poruchy nebo v nočních

hodinách. Poklesem výsledné teploty místnosti v zimním období ∆θv(t)ve °C

se hodnotí chladnutí kritické místnosti budovy a tím i její tepelná setrvačnost

v zimním období pro dobu chladnutí t. Doba chladnutí t je obvykle 8 hodin,

nevyžadují-li provozní potřeby hodnocení pro jinou dobu chladnutí.

Doporučuje se ověřit také ty místnosti, jejichž průměrný součinitel prostupu

tepla Um se neliší od hodnoty pro kritickou místnost o více než 0,05 W·m-2

·K-1

.

Při revizi normy ČSN 73 0540-2 v roce 2011 byl v rámci procesu schvalování

v Technické normalizační komisi TNK 43 tento požadavek v jedné

z pracovních verzí změněn na doporučení. Odůvodněním pro tuto

nerealizovanou změnu byla především neopodstatněná existence tohoto

požadavku z důvodu pokroku ve vytápěcích soustavách a tepelně izolačních

vlastnostech obálky budovy v porovnání s dobou, kdy byl tento požadavek

definován a určena metodika jeho výpočtu (70. léta 20. století). Také metodika

výpočtu byla stanovena na základě tehdejších výpočetních prostředků.

70

Vychází se z předpokladu, že během noci nebo na konci týdne, nebo při

poruše otopného systému se přeruší přívod potřebné energie pro krytí

tepelných ztrát místnosti.

Pokles výsledné teploty místnosti v zimním období ∆θv(t)ve °C je rozdíl

teplot, který je dle ČSN 73 0540-4 definován následujícím vztahem:

)()( tt viv (10.6)

kde θi je návrhová teplota vnitřního vzduchu ve °C

θv(t) výsledná teplota vnitřního prostoru po době t od

počátku chladnutí ve °C, tzn. po době t od přerušení

dodávky energie na vytápění

Je zřejmé, že neznámou veličinou je výsledná teplota v ověřovací době

chladnutí ∆θv(t), která se stanoví z rovnice:

)(

)(650)()(

si

eaiLVaiv

hA

tVtt

(10.7)

kde θai(t) je teplota vnitřního vzduchu v době chladnutí ve °C

stanovená podle výpočetních postupů uvedených

v ČSN 730540-4:2005

VLV objemový tok vzduchu proudícího do místnosti

v m3·s

-1

θe návrhová venkovní teplota v zimním období ve °C

Σ.A.hsi součet násobků ploch vnitřních povrchů všech

konstrukcí tvořících místnost a součinitelů přestupu

tepla na vnitřní straně těchto konstrukcí ve W·K-1

Objemový tok vzduchu proudícího do místnosti se určí ze vztahu:

3600

sLV

VnV

(10.8)

a při spárové průvzdušnosti ze vztahu

LiMBV LVLV

(10.9)

kde n je výměna vzduchu v h-1

Vs objem sledované místnosti v m3

71

B charakteristické číslo budovy v Pa0,67

M charakteristické číslo místnosti

iLV součinitel spárové průvzdušnosti v m3·s

-1·m

-1·Pa

-0,67

L délka spár otevíratelných částí oken a venkovních

dveří v m

Podle ČSN 73 0540:2011 a Z1:2012 se požaduje, aby kritická místnost na

konci doby chladnutí t vykazovala pokles výsledné teploty v místnosti

v zimním období ∆θv(t) podle vztahu:

)()( , tt Nvv (10.10)

kde ∆θv(t) je pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období

ve °C

∆θv,N(t) požadovaná hodnota poklesu výsledné teploty

v zimním období ve °C, která se stanoví z tabulky

v ČSN 730540-2:2011

Tab.10.1Požadované hodnoty poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období dle

ČSN 73 0540-2:2011

DRUH MÍSTNOSTI (PROSTORU)

POKLES VÝSLEDNÉ TEPLOTY

V MÍSTNOSTI V ZIMNÍM OBDOBÍ

∆θv,N(t)[°C]

S pobytem lidí po přerušení vytápění

při vytápění radiátory, sálavými panely

a teplovzdušně;

při vytápění kamny a podlahovém vytápění

3

4

Bez pobytu lidí po přerušení vytápění

při přerušení vytápění topnou přestávkou

budova masivní

budova lehká

při předepsané nejnižší výsledné teplotě v,min

při skladování potravin

při nebezpečí zamrznutí vody

6

8

i – v,min

i – 8

i – 1

Nádrže s vodou (teplota vody) i – 1

Pokud je pokles výsledné teploty větší než připouští ČSN 73 0540:2, lze z

důvodů zlepšení tepelně technického stavu obecně uvažovat s následujícími

úpravami:

72

o zmenšit plochu výplní otvorů za předpokladu, že budou dodrženy

požadavky na denní osvětlení a proslunění obytných místností;

o snížit výměnu vzduchu, ale zachovat nezbytnou výměnu vzduchu

z hygienického hlediska;

o zvýšit akumulační schopnosti obalových konstrukcí místností

např. provedením masivních zděných nebo betonových

konstrukcí;

o zvětšit tepelnou jímavost a tepelně akumulační kapacitu vnitřní

vrstvy konstrukce např. použitím speciálních obkladových desek

nebo omítek, které obsahují nějaký typ materiálu se změnou

skupenství;

o snížit průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy.

10.3 Tepelná stabilita místnosti v letním období

Hodnocení tepelné stability místnosti v letním období se provádí pro

kritickou místnost, která má největší plochu přímo osluněných výplní otvorů

orientovaných na Z, JZ, J, JV, V a to v poměru k podlahové ploše přilehlého

prostoru. Pro posuzování objektu v zimním a letním období mohou být kritické

místnosti odlišné. Požadavek zajišťuje, že podstatnou část eliminace rizika

přehřívání představuje stavební řešení budovy. Současně je ale zajištěno, že při

výpadku nebo omezeném provozu klimatizace bude budova částečně

použitelná. Hodnocení se provádí bez započtení vnitřních zisků v místnosti.

V hodnocení je možné uvažovat proměnlivou intenzitu větrání, například

zvýšenou intenzitu větrání v nočních hodinách. Podle ČSN 73 0540-2:2011 a

Z1:2012 se doporučuje navrhovat chlazení budov pouze v takových případech,

kdy prokazatelně stavebním řešením nelze docílit splnění požadavku.

Nejvyšší teplota vnitřního vzduchu v místnosti v letním období θai,max je dle

ČSN 73 0540-1:2005 teplota, vyjadřující stabilitu tepelného stavu vnitřního

prostředí při zatížení budovy globálním slunečním zářením.

Nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období se stanoví ze

vztahu:

))(max( *

max, taiai (10.11)

kde θai,* je teplota vzduchu ve °C v místnosti v letním období

t čas v h

Denní časový průběh teploty vzduchu θai,*v místnosti v letním období se

stanoví jedním z následujících postupů:

73

o zjednodušeným postupem dle přílohy A v ČSN EN ISO 13792 při

splnění předpokladů uvedených v kapitole 4.1 této normy;

o přesnějším postupem podle přílohy A v ČSN EN ISO 13791 při

splnění předpokladů uvedených v této normě;

o jiným postupem, pokud tento splňuje požadavky na přesnost

výpočtu definované v ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO 13791.

Mezi výpočtové postupy neuvedené v ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO

13791 patří například výpočtové algoritmy některých výpočtových softwarů

pro hodnocení komplexního dynamického tepelného chování budov.

Výsledkem výpočtu dle ČSN EN ISO 13792 a ČSN EN ISO 13791 je také

denní časový průběh střední radiační teploty a výsledné operativní teploty

v místnosti v letním období.

Podle 73 0540-2:2011 a Z1:2012 musí kritická místnost vykazovat nejvyšší

denní teplotu vzduchu v místnosti v letním období θai,max podle vztahu:

Naiai max,,max, (10.12)

kde θai,max je nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti ve °C

θai,max,N požadovaná hodnota nejvyšší denní teploty vzduchu

v letním období, která se stanoví z tabulky v ČSN 73

0540-2:2011

Tab.10.2Požadované hodnoty nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období

dle ČSN 73 0540-2:2011

DRUH BUDOVY

NEJVYŠŠÍ DENNÍ TEPLOTA

VZDUCHU V MÍSTNOSTI

V LETNÍM OBDOBÍ θai,max,N°C

Nevýrobní 27,0

Ostatní s vnitřním zdrojem tepla

do 25 W.m-3

včetně

nad 25 W.m-3

29,5

31,5

U obytných budov je možné připustit překročení požadované hodnoty nejvíce o 2 °C na

souvislou dobu nejvíce 2 hodin během normového dne, pokud s tím investor (stavebník,

uživatel) souhlasí.

Pro výpočty se uvažují okrajové podmínky uvedené v ČSN 73 0540-3:2005.

Výše popsané hodnocení platí pro budovy bez klimatizačního zařízení.

Místnosti, u nichž se předpokládá vybavení strojním chlazením, musí v

případě výpadku tohoto zařízení splnit podmínku θai,max,N ≤ 32 °C. Pro výpočet

74

se v tomto případě nebere v úvahu chladicí výkon klimatizace a tepelné zisky

od technologie a instalovaných zařízení. Zvýšení tepelné stability místnosti

v letním období je možno zvýšit provedením řady stavebních úprav:

o zvýšení tepelně akumulační schopnosti obalových konstrukcí, a to

především vhodnou volbou stavebních materiálů s vysokou

měrnou tepelnou kapacitou (pálená cihla, železobeton, dřevo);

o zejména na jihozápadní a západní straně budovy navrhnout

velikost oken s ohledem na hygienické požadavky (pokud nejde

o pasivní nebo aktivní využití energie slunečního záření);

o výplně otvorů zejména na jižní a západní straně objektu navrhovat

v kombinaci s protisluneční ochranou, při čemž nejúčinnější jsou

clony na vnější straně oken;

o návrh stínících prvků na základě výpočtů pro danou lokalitu a

orientaci ke světovým stranám, jedná se např. o římsy, balkony,

markýzy, lamelové stínící prvky s pohyblivými prvky;

o aplikace reflexních folií na sklech výplní otvorů;

o využití přirozených stínících prvků, např. vzrostlých stromů a

keřů, při čemž nejvhodnější jsou opadavé listnaté stromy;

o návrh obvodových stěn s odvětrávanou vzduchovou;

o montáž stavebních prvků nebo stavebních systémů

s integrovanými materiály se změnou skupenství, které využívají

pro akumulaci tepla vratných skupenských změn;

o větrání místností vzduchem s nižší teplotou, např. s využitím

zemních výměníků;

o instalace klimatizačního zařízení.

Obr.10.2 Vhodné opatření – venkovní žaluzie v kombinaci s přirozenými stínícími prvky

– opadavé stromy (archiv autora)

75

Obr.10.3Masivní betonová

konstrukce s kamenným

obkladem budovy jako

akumulátorem citelného tepla

– Izrael (archiv autora)

Obr.10.4 Venkovní stínící

prvky – MZLU Brno (archiv

autora)

Obr.10.5 Tepelně akumulační

omítka se systémem

kapilárních rohoží –

laboratoř FAST VUT v Brně

(archiv autora)

76

Poznámky

77

11 PRŮMĚRNÝ SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA

Průměrný součinitel prostupu tepla budovy slouží pro hodnocení stavebně

energetických vlastností budovy. Průměrný součinitel prostupu tepla budovy

v sobě zahrnuje celkový prostup tepla na systémové hranici budovy nebo její

vytápěné zóny. Průměrný součinitel prostupu tepla budovy se stanovuje pro

budovu nebo její vtápěnou zónu.

Definici teplosměnné obálky budovy uvádí ČSN EN 15217 jako celkovou

plochu všech stavebních prvků obklopujících vytápěné prostory, přes které se

šíří tepelná energie do vnějšího prostředí nebo do nevytápěných prostorů.

Ke stanovení ploch konstrukcí se užívají vnější rozměry. U dvouplášťových

větraných konstrukcí se za vnější hranu konstrukce považuje vnější povrch

vnitřního pláště. Systémová hranice je vedena pod podlahou na terénu resp. na

spodní hraně souvrství stropu suterénu.

Vnější rozměry se pak měří až ke spodní rovině souvrství podlahy. Za

takovou rovinu se považuje vnější strana nejnižší vrstvy započitatelné do

tepelného odporu podlahové konstrukce. Zpravidla je to tedy rovina nad

hydroizolací, v případě obvodových tepelných izolací je to rovina na spodní

straně takové izolační vrstvy.

Obr.11.1 Příklady umístění systémové hranice budovy (archiv autora)

78

11.1 Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla

Průměrný součinitel obálky budovy Uem se spočítá podle následujícího

vztahu:

Uem = A

H T (11.1)

kde HT je měrná ztráta prostupem tepla stanovená podle ČSN

EN ISO 13789 ve W·K-1

A teplosměnná plocha všech konstrukcí ohraničujících

objem budovy nebo její zóny v m2

vypočítaná na

systémové hranici budovy

Měrná ztráta prostupem tepla HT se pak stanoví zjednodušeným postupem

dle ČSN EN 12831 a v souladu s ČSN EN 13789, nebo podle zvláštního

předpisu ze vztahu:

tbmjjjT UAbUAH (11.2)

nebo způsobem

jjjjjjjjT bblbUAH (11.3)

kde Aj je plocha j-té ochlazované konstrukce v m2

Uj součinitel prostupu tepla j-té konstrukce

ve W·m-2

·K-1

bj činitel teplotní redukce j-té konstrukce

ΔUtbm průměrný vliv tepelných vazeb mezi ochlazovanými

konstrukcemi na systémové hranici budovy

ve W·m-2

·K-1

ψj lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné

vazby mezi konstrukcemi stanovený ve W·m-1

·K-1

lj délka j-té lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi

v m

χj bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné

vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1

79

Průměrný vliv všech tepelných vazeb mezi ochlazovanými konstrukcemi na

systémové hranici budovy se stanoví jako součet průměrného vlivu všech

lineárních a bodových tepelných vazeb:

o pro lineární tepelné vazby mezi konstrukcemi:

A

blU

jjj

jtbk

)(,

(11.4)

kde ψj je lineární činitel prostupu tepla j-té lineární tepelné

vazby ve W·m–1

·K–1

lj délka j-té lineární tepelné vazby v m

bj činitel teplotní redukce


o pro bodové tepelné vazby mezi konstrukcemi:

A

bU

jj

jtbk

)(,

(11.5)

kde χj je bodový činitel prostupu tepla j-té bodové tepelné

vazby mezi konstrukcemi v rámci budovy ve W·K-1

bj činitel teplotní redukce


Činitel teplotní redukce j-té konstrukce se stanoví pro následující situace:

o pro konstrukce na systémové hranici budovy s rozdílem teplot

vnitřního a venkovního prostředí shodným se základním rozdílem

teplot vnitřního a venkovního prostředí:

bj = 1,0 (11.6)

přičemž základní rozdíl teplot vnitřního θim a venkovního vzduchu

θe se spočítá:

eimei (11.7)

80

o pro konstrukce na systémové hranici přilehlé k vnějšímu vzduchu

pro prostory s návrhovou vnitřní teplotou θi,j odlišnou od

převažující návrhové vnitřní teploty θim

ie

eji

jb

,

(11.8)

o pro konstrukce na systémové hranici budovy přilehlé

k nevytápěnému prostoru nebo zemině se činitel teplotní redukce

stanoví přibližně z tabulky v ČSN 73 0540-3:2005 nebo ze vztahu

ie

uji

jb

,

(11.9)

přičemž θu je návrhová vnitřní teplota nevytápěného prostoru nebo

zeminy, která se stanoví buď z tabulky v ČSN 73 0540-3:2005

nebo podrobným výpočtem

o nebo přesněji se pro konstrukce na systémové hranici budovy

přilehlé k nevytápěnému prostoru použije vztah:

ueiu

ue

ie

uji

jHH

Hb

,

(11.10)

kde θi,j je návrhová vnitřní teplota ve °C

θu návrhová vnitřní teplota nevytápěného prostoru

ve °C

θie základní rozdíl teplot vnitřního θim a

venkovního vzduchu θe ve °C

Hue základní měrná ztráta prostupem tepla

z nevytápěného prostotu do venkovního

prostředí s činitelem teplotní redukce dle 11.8

ve W·K-1

Hiu základní měrná ztráta prostupem tepla

z vnitřního prostředí do nevytápěného prostoru

s činitelem teplotní redukce dle 11.9 ve W·K-1

o nebo přesněji pro konstrukce na systémové hranici budovy

přilehlé k zemině se činitel teplotní redukce určí ze vztahu:

81

)(

,

jj

sj

ie

eji

jUA

Lb

(11.11)

kde Lsj je tepelná propustnost konstrukcemi přilehlými

k zemině ve W·K-1

dle ČSN EN ISO 13370

Aj plocha konstrukcí přilehlých k zemině v m2

Uj součinitel prostupu tepla konstrukcí přilehlých

k zemině stanovených bez vlivu přilehlé zeminy

ve W·m-2

·K-1

Činitel teplotní redukce bj= 1,0 se uvažuje i pro konstrukce na systémové

hranici budovy s rozdílem teplot vnitřního a venkovního prostředí odlišným

maximálně o 4 °C od základního rozdílu θie . Dříve používaná přirážka 15 %

pro výplně otvorů se od roku 2011 nepoužívá.

11.2 Hodnocení průměrného součinitele prostupu tepla

Průměrný součinitel prostupu tepla Uem ve W·m-2

·K-1

budovy nebo vytápěné

zóny musí splňovat podmínku:

Uem Uem,N (11.12)

kde Uem,N je požadovaná hodnota průměrného součinitele

prostupu tepla ve W·m-2

·K-1

Požadovaná hodnota Uem,N se stanoví jedním z následujících způsobů:

o pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou im

v intervalu 18 °C až 22 °C včetně a pro všechny návrhové

venkovní teploty podle tab.11.1. Převažující návrhová vnitřní

teplota im odpovídá návrhové vnitřní teplotě i většiny prostorů

v budově nebo zóně v budově. Za budovy s převažující návrhovou

vnitřní teplotou v intervalu 18 °C až 22 °C včetně se považují

všechny budovy obytné, občanské s převážně dlouhodobým

pobytem lidí (např. budovy školské, administrativní, ubytovací,

veřejně správní, stravovací, většina zdravotnických) a jiné

budovy, pokud převažující návrhová vnitřní teplota je v uvedeném

intervalu;

82

o pro budovy s odlišnou převažující návrhovou vnitřní teplotou ze

vztahu:

Uem.N = Uem N,20 · e1 (11.13)

kde UN,20 je průměrný součinitel prostupu tepla z tab.11.1

ve W·m-2

·K-1

e1 součinitel typu budovy

Součinitel typu budovy se určí ze vztahu:

4

161

im

e

(11.14)

kde θim je převažující návrhová vnitřní teplota ve °C

Požadovaná hodnota Uem,N se stanoví výpočtem pro každý posuzovaný

případ metodou referenční budovy, nejvýše však je rovna příslušné hodnotě

podle tab. 11.1.

Referenční budova je virtuální budova stejných rozměrů a stejného

prostorového uspořádání jako budova hodnocená, shodného účelu a shodného

umístění, na jejíchž všech plochách obálky budovy jsou použity konstrukce se

součiniteli prostupu tepla právě odpovídajícími příslušné normové hodnotě.

Pokud součet ploch výplní otvorů tvoří více než 50 % teplosměnné části

obvodových stěn budovy, započte se na pouze 50 % plochy teplosměnné části

obvodových stěn budovy odpovídající požadovaná hodnota součinitele

prostupu tepla výplní otvorů a ve zbytku se uvažuje normová hodnota

součinitele prostupu tepla neprůsvitného obvodového pláště.

Hodnota Uem,N,20 referenční budovy se stanoví jako vážený průměr normových

hodnot součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných ploch podle vztahu:

Uem,N,20 = (UN,i·A i·bj)/ Ai + 0,02 (11.15)

kde UN,j je odpovídající normová požadovaná hodnota

součinitele prostupu tepla j-té teplosměnné

konstrukce ve W·m-2

·K-1

Aj plocha j-té teplosměnné konstrukce stanovená

z vnějších rozměrů v m2

bj teplotní redukční činitel odpovídající j-té konstrukci.

83

Tab.11.1 Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla pro budovy

s převažující návrhovou im v intervalu 18 °C až 22 °C dle ČSN 73 0540-2:2011

Druh budovy Požadované hodnoty průměrného součinitele

prostupu tepla období Uem N,20[W.m-2

K-1

]

Nové obytné budovy Výsledek výpočtu, nejvýše však 0,50

Ostatní budovy

Výsledek výpočtu, nejvýše však hodnota:

Pro objemový faktor tvaru:

A/V ≤ 0,2Uem,N,20= 1,05

A/V >1,0Uem,N,20= 0,45

Pro ostatní hodnoty A/V

Uem,N,20= 0,30 + 0,15/(A/V)

Pro budovy s lehkým obvodovým pláštěm se při stanovení Uem,N,20 použije

pro neprůsvitné výplně požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla pro

vnější stěny a pro průsvitné výplně požadovaná hodnota součinitele prostupu

tepla pro výplně otvorů ve vnější stěně.

Doporučená hodnota Uem,rec se stanoví dle vzorce:

Uem,rec = 0,75. Uem,N (11.16)

kde Uem,N je požadovaná hodnota průměrného součinitele

prostupu tepla ve W·m-2

·K-1

84

12 ENERGETICKÝ ŠTÍTEK OBÁLKY BUDOVY

Protokol k energetickému štítku obálky budovy a energetický štítek obálky

budovy jsou přehledné technické dokumenty, kterými je možné doložit splnění

požadavku na prostup tepla obálkou budovy. Energetický štítek obálky budovy

obsahuje klasifikaci prostupu tepla obálkou budovy a její grafické vyjádření.

Základní soubor údajů protokolu k energetickému štítku obálky budovy je:

o identifikace budovy (druh, adresa, katastrální a územní číslo);

o identifikace vlastníka nebo společenství vlastníků, popř.

stavebníka (název, popř. jméno, adresa);

o popis budovy (objem vytápěné zóny V, celková plocha

A ochlazovaných konstrukcí obalujících vytápěnou zónu,

objemový faktor tvaru budovy A / V);

o klimatické podmínky budovy (převažující vnitřní teplota

v otopném období im, venkovní návrhová teplota v zimním

období e);

o charakteristika energeticky významných parametrů

teplosměnných konstrukcí (plochy Ai, součinitele prostupu tepla

Ui, lineární a bodové činitele a tepelných vazeb mezi

konstrukcemi, činitele teplotní redukce bi, měrné ztráty prostupem

tepla HTi konstrukcemi a tepelnými vazbami);

o údaje o prostupu tepla obálkou budovy (měrná ztráta prostupem

tepla HT, průměrný součinitel prostupu tepla Uem, jeho

požadovaná normová hodnota Uem,N,rq;

o údaje o zpracování (jméno a adresa zpracovatele, datum, podpis).

12.1 Klasifikační třídy prostupu tepla obálkou budovy

Třídy prostupu tepla obálkou budovy se klasifikují podle požadované

normové hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla Uem,rq.

Tab. 12.1 Klasifikace prostupu tepla obálkou budovy

Klasifikační třídy

Kód barvy (CMYK)

Průměrný součinitel prostupu tepla budovy Uem [W·m

-2·K

-1]

Slovní vyjádření

klasifikační třídy

Klasifikační ukazatel CI

A X0X0 Uem≤ 0,5·Uem,rq Velmi úsporná

0,5

0,75

1,0

1,5

2,0

2,5

B 70X0 0,5·Uem,rq< Uem≤ 0,75·Uem,rq Úsporná

C 30X0 0,75·Uem,rq< Uem≤ Uem,rq Vyhovující

D 00X0 Uem,rq< Uem≤ 1,5·Uem,rq Nevyhovující

E 03X0 1,5·Uem,rq< Uem≤ 2,0·Uem,rq Nehospodárná

F 07X0 2,0·Uem,rq< Uem≤ 2,5·Uem,rq Velmi nehospodárná

G 0XX0 Uem> 2,5·Uem,rq Mimořádně nehospodárná

85

12.2 Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy

Tab. 12.2 Měrná tepelná ztráta a průměrný součinitel prostupu tepla

Referenční budova (stanovení požadavku)

Hodnocená budova

Konstrukce

Plo

ch

a A

[m

2]

Součin

itel pro

stu

pu te

pla

U

(požadova

ná h

odn

ota

)

[W/(

m2K

)]

Redukční čin

itel b

[-]

Měrn

á z

tráta

pro

stu

pe

m

tepla

HT

Plo

ch

a

A[m

2]

Součin

itel pro

stu

pu te

pla

U

[W/(

m2K

)]

Redukční čin

itel b

[-]

Měrn

á z

tráta

pro

stu

pe

m

tepla

HT

Celkem započitatelná plocha výplní otvorů

Celkem obvodové stěny po odečtení výplně otvorů

Střecha

Podlaha na terénu

Celkem

Tepelné vazby plocha *0,02 výsledek podrobného výpočtu

Celková měrná ztráta prostupem tepla

Průměrný součinitel prostupu tepla

Uem

.re

f =

(UN

,i·A

i·b

j)/

Ai +

0,0

2,

nejv

ýše v

ša

k 0

,5

výpočet

požadova

ná h

od

nota

:

doporu

čená

hod

nota

:

výpočet

Vyhovuje

požadova

né

(doporu

če

né)

hodn

otě

Klasifikační třída obálky budovy podle Přílohy C

ČSN 73 0540-2:2011 výpočet slovní klasifikace

86

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

autora)

87

Poznámky

88

13 PRŮVZDUŠNOST OBÁLKY BUDOVY

V obvodových konstrukcích se nepřipouští netěsnosti a neutěsněné spáry,

kromě funkčních spár výplní otvorů a lehkých obvodových plášťů. Všechna

napojení konstrukcí mezi sebou musí být provedena trvale vzduchotěsně podle

dosažitelného stavu techniky. Požadavek se vztahuje zejména na spáry v

osazení výplní otvorů.

U funkčních spár ve výplních otvorů u lehkého obvodového pláště je

požadována hodnota třídy průvzdušnosti LP1 u budov s větráním přirozeným

nebo kombinovaným, LP2 u budov s větráním výlučně nuceným.

Tepelně izolační vrstva konstrukce musí být účinně chráněna proti působení

náporu větru.

Nedostatečná vzduchotěsnost obálky budovy s sebou přináší řadu

negativních důsledků:

o snížení účinnosti větracího systému;

o snížení účinnosti procesu zpětného získávání tepla z odváděného

vzduchu;

o zvýšenou tepelnou ztrátu budovy;

o zvýšené riziko kondenzace uvnitř konstrukce způsobené

intenzivním transportem vlhkosti skrz netěsnosti;

o urychlení degradačních procesů v okolí netěsností a snížení

životnosti celé konstrukce;

o snížení kvality vnitřního prostředí vlivem proudícího chladného

vzduchu;

o snížení kvality vnitřního prostředí v důsledku ochlazení vnitřního

povrchu v místě netěsností;

o zhoršení akustických vlastností konstrukce.

Na obr. 13.1 je názorná ukázka dopadu, když vnější tepelně izolační vrstva

z vláknité tepelné izolace není chráněna proti pronikání vzduchu. Obvodová

stěna je v daném případě složena z vnitřní sádrokartonové předstěny, za kterou

je vyzděna stěna z tvárnic typu Therm na pero a drážku. Na vnějším líci je

ukotvena vláknitá izolace, která je proti povětrnosti chráněna terakotovým

obkladem. Mezi obkladem a izolací je větraná vzduchová mezera.

Z důvodu absence větrové překážky je na termogramu i při běžných

provozních tlakových poměrech patrno pronikání venkovního vzduchu přes

styčné spáry ve zdivu (zelené až modré skvrny) a následné ochlazování

povrchu sádrokartonového obkladu. Na tomto jednoduchém příkladu je možné

demonstrovat důležitost zajištění vzduchotěsnosti nejen v konstrukčních

spárách, ale i v ploše obvodové konstrukce.

89

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

13.1 Průvzdušnost obálky budovy

Celková průvzdušnost obálky budovy nebo její ucelené části se ověřuje

pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n50 v h-1

při tlakovém rozdílu 50

Pa, stanovené experimentálně dle ČSN EN 13829. Doporučuje se splnění

podmínky:

Nnn ,5050 (13.1)

kde n50 je hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa zjištěná

měřením

n50,N limitní hodnota intenzity výměny vzduchu při 50 Pa

stanovená příslušným předpisem

Tab.13.1Doporučené hodnoty celkové intenzity větrání n50,N

Větrání v budově n50,N[h

–1]

Úroveň I Úroveň II

Přirozené nebo kombinované 4,5 3,0

Nucené 1,5 1,2

Nucené se zpětným získáváním tepla 1,0 0,8

Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění (pasivní budovy)

0,6 0,4

90

Také se doporučuje, aby průvzdušnost místností, kde je instalováno nucené

větrání nebo klimatizace, byla velmi malá. Hodnotí se pomocí výpočtem

stanovené intenzity přirozené výměny vzduchu bez započtení funkce větracího

systému nebo klimatizace. Dle ČSN 73 0540-2:2011 se doporučuje, aby

stanovená intenzita přirozené výměny vzduchu n v h-1

splňovala požadavek:

n ≤ 0,05 h-1

(13.2)

V době, kdy není místnost užívána, se doporučuje, aby nejnižší intenzita

větrání místnosti splňovala podmínku:

nmin ≥ nmin,N (13.3)

kde nmin,N je doporučená nejnižší intenzita větrání místnosti v h-1

v době, kdy není užívána, přičemž s výjimkou

zvláštních předpisů platí, že nmin,N = 0,1h-1

V době, kdy je místnost užívána musí intenzita větrání splňovat požadavek:

n ≥ nN (13.4)

kde nN je požadovaná intenzita větrání místnosti v době užívání

stanovená z potřebných minimálních průtoků

čerstvého vzduchu dle příslušných předpisů

Požadované hodnoty nN se stanovují bilančním výpočtem, do kterého se

zahrnou všechny požadavky na průtok nebo dávku čerstvého vzduchu.

Platí rovněž podmínka, že v otopném období musí intenzita větrání splňovat

požadavek:

n ≤ 1,5 nN (13.5)

13.2 Měření vzduchotěsnosti

Pro měření se používá metoda tlakového spádu podle ČSN EN 13829. ČSN

EN 13829 rozlišuje dvě metody měření, které se vzájemně liší přípravou

budovy před měřením:

91

o metoda A – měření budovy v provozním stavu

Větrací otvory v obálce budovy se uzavřou (například okna a větrací

mřížky), ostatní záměrné otvory (například komíny, odvětrání kanalizačního

potrubí apod.) se ponechají ve stavu typickém pro období, kdy je v provozu

systém vytápění nebo chlazení. Budova je testována jako celek v době

používání pouze s vyloučením technologie větrání uzavřeným buď vlastním

popř. náhradním uzavíracím zařízením. Výsledky měření metodou A mají

charakterizovat vzduchotěsnost budovy v provozním stavu. Měření by tedy

mělo probíhat až po úplném dokončení budovy. Výsledky se použijí zejména

jako vstupy do energetických výpočtů. Cílem tohoto testu je udělení

„Certifikátu o měření průvzdušnosti budovy“ s vyjádřením souladu s ČSN 73

0640–2:2011.

o metoda B – měření vzduchotěsnosti obálky budovy

Touto metodou je testována těsnost obálky budovy v průběhu výstavby a to

v době, kdy je dokončena stavba po instalaci parozábrany nebo jiné

vzduchotěsnící vrstvy, jsou zapravena okna a venkovní dveře. Cílem tohoto

testu je odhalit defekty v těsnosti a zjistit úspěšnost vzduchotěsnících opatření.

Všechny otvory, které jsou v obálce budovy záměrně navrženy za účelem

přívodu, odvodu nebo výměny vzduchu (tzv. záměrné otvory podle ČSN EN

13829) musí být po dobu měření dočasně uzavřeny nebo utěsněny.

Uzavíratelné otvory nebo otvory s možností regulace průtoku vzduchu se

uzavřou, ostatní záměrné otvory se utěsní. Mezi záměrné otvory patří

především okna, dveře, větrací klapky a štěrbiny, nasávací a výfukové otvory

mechanických větracích systémů apod., ale také digestoře, komíny, vstupní

dvířka spalovacího prostoru kamen apod.

Všechny vnitřní dveře se ponechají otevřené, aby bylo možné uvnitř celé

budovy (nebo měřené části) dosáhnout rovnoměrného rozložení tlaku vzduchu.

V případě měření velkých nebo složitých budov nabývá splnění této podmínky

na významu a mělo by být v průběhu měření kontrolováno (podrobnosti

uvedeny v ČSN EN 13829).

Měření před dokončením budovy, zejména před dokončením finálních

povrchových vrstev, může sloužit ke kontrole kvality provedení systému

vzduchotěsnících opatření. Případné nedostatky, defekty a netěsnosti mohou

být v této fázi zpravidla snadno nalezeny a opraveny. Ve snaze o dosažení

velmi nízké průvzdušnosti (velmi dobré vzduchotěsnosti) je vhodné volit tento

postup.

92

Obr.13.2Měření vzduchotěsnosti zařízením BlowerDoor (archiv autora)

Testy vzduchotěsnosti se provádí zařízením BlowerDoor odpovídajícím

ČSN EN 13829 a dle následujícího postupu:

o uzavření a utěsnění záměrných otvorů;

o instalace těsnícího rámu do vstupních dveří s řízeným

ventilátorem;

o instalace tlakoměrných vedení okolí budovy, ventilátoru, vnitřku

budovy popř. dalších bodů;

o za vyvolaného rozdílu tlaku cca –50 Pa a +50 Pa identifikace,

kvantifikace a popř. návrh odstranění zjevných netěsností;

o vlastní BloweDoor test provedený zpravidla měřením toku

vzduchu při rozdílu tlaku ± 60 až 20 Pa;

o identifikace a vizualizace defektů v době testu neodstranitelných.

93

14 OKRAJOVÉ PODMÍNKY PRO TEPELNĚ

TECHNICKÉ VÝPOČTY

14.1 Návrhové parametry venkovního prostředí

Návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období e se stanoví

v závislosti na teplotní oblasti a nadmořské výšce místa budovy ze vztahu:

e = e,100 + e (14.1)

kde e,100 je základní návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C

v příslušné teplotní oblasti zeměpisně vymezené

podle obr. 14.1 (viz také ČSN 73 0540-3:2005)

určená pro nadmořskou výšku 100 m.n.m

e výškový teplotní gradient v K pro danou teplotní

oblast podle tab.14.1,

Výškový teplotní gradient se pro místo budovy s nadmořskou výškou h určí

ze vztahu:

100 0, e

he

(14.2)

kde e,0 je základní teplotní gradient pro danou teplotní oblast

podle tab. 14.1

Rozdíl nadmořské výšky místa budovy h a základní nadmořské výšky 100

m.n.m. se určí dle vztahu:

h = h - 100 (14.3)

Platí, že návrhová teplota venkovního vzduchu se zaokrouhlí na celé °C

směrem k nižší, tj. chladnější, hodnotě. Norma ČSN 73 0540-3:2005 uvádí pro

vybraná města v České republice přímo návrhové teploty venkovního vzduchu.

V ČSN 73 0540-3:2005 jsou dále uvedeny následující návrhové veličiny

charakterizující venkovní prostředí:

o návrhová průměrná teplota venkovního vzduchu v celoročním

průběhu pro danou nadmořskou výšku h místa budovy (příloha

94

H.3), která slouží pro výpočet roční bilance kondenzace a

vypařování po měsících dle ČSN EN ISO 13788;

o četnost teploty venkovního vzduchu θe, relativní vlhkosti

venkovního vzduchu φe, při jasné a zatažené obloze a hodnoty

roční střední intenzity globálního slunečního záření Jm (příloha

H.4), které slouží pro výpočet celoročního množství

zkondenzované a vypařené vodní páry;

o návrhová teplota zeminy θgr přilehlé ke svislým nebo vodorovným

stavebním konstrukcím v zimním období (příloha H.5);

o návrhová rychlost a směr větru (příloha H.1);

o návrhová teplota venkovního vzduchu v letním období (pro letní

teplotní oblast A θem = 20,5 °C, pro letní teplotní oblast B θem =

18,2 °C);

o návrhová střední intenzita globálního slunečního záření v letním

období a související veličiny (příloha H.6);

o návrhová hodnota výsledné teplotní amplitudy vnějšího prostředí

v letním období a doby jejího maxima v závislosti na orientaci

stavební konstrukce a spektrální směrové pohltivosti záření pro

teplotní oblasti A a B (příloha H.7);

o návrhová teplota venkovního vzduchu v letním období a intenzita

globálního slunečního záření v denním průběhu (příloha H.8).

Obr.14.1 Teplotní oblasti v zimním období, směr a rychlost převládajících větrů

(Příloha H.1 v ČSN 730540-3:2005)

95

Tab. 14.1 Teplotní oblasti České republiky v zimním období, jejich průměrná

nadmořská výška, základní návrhová teplota venkovního vzduchu a teplotní gradient

Teplotní oblast

Průměrná nadmořská výška v

teplotní oblasti

hm[m n.m]

Základní návrhová teplota venkovního vzduchu

pro 100 m.n.m.

e,100[°C]

Základní teplotní gradient

nad 100 m.n.m

e,0[K]

1 240 - 12 - 0,5

2 320 - 14 - 0,3

3 540 - 16 - 0,2

4 820 - 18 - 0,2

14.2 Návrhové parametry vnitřního prostředí

Návrhová vnitřní teplota vnitřních prostorů staveb s požadovaným stavem

vnitřního prostředí v zimním období θi se stanoví podle jejich druhu dle

přílohy I.1 v ČSN 73 0540-3:2005, pokud technický předpis, provozní či

technologické podmínky, požadavky projektanta či stavebníka nestanoví jinak.

V tomto případě platí:

θi = θv ≈ θo (14.4)

kde o je operativní teplota ve °C

v výsledná teplota ve °C

i návrhová vnitřní teplota ve °C

Výsledná teplota se stanoví měřením dle ČSN EN ISO 7726 výsledným

kulovým teploměrem umístěným ve výšce 1,5 m od podlahy přibližně ve

středu místnosti. Optimální návrhová vnitřní teplota vnitřních prostorů staveb

v zimním období se může stanovit s ohledem na parametry tepelné pohody pro

jednotlivé druhy budov, kategorie vnitřního prostředí, vykonávané činnosti a

určité oblečení dle přílohy A ČSN EN 12831.

Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai,u v zimním období se stanoví

s dostatečnou přesností pro potřeby technické praxe a s ohledem na zajištění

tepelné pohody prostředí s požadovaným stavem dle vztahu:

θai,u = θi+0,15.Um.(θi -θe) (14.5)

kde ai,u je návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období

i návrhová vnitřní teplota ve °C

96

e návrhová teplota venkovního vzduchu ve °C

Um průměrný součinitel prostupu tepla konstrukcí

vymezující daný vnitřní prostor ve W·m-2

·K-1

Tab. 14.2Návrhová vnitřní teplota v zimním období a návrhová relativní vlhkost

vnitřního vzduchu pro vybrané druhy místností

Druh místnosti s požadovaným stavem vnitřního prostředí

Návrhová vnitřní teplota

v zimním období

i[°C]

Relativní vlhkost

vnitřního vzduchu

φi [%]

Obytné budovy trvale užívané

- obývací pokoje, ložnice, jídelny, jídelny s kuchyňským koutem, pracovny, dětské pokoje

20 50

- kuchyně 20 50

- koupelny 24 střední hodnota

z celého dne

- WC 20 50

- předsíně, chodby 15 50

- vytápěná schodiště 10 50

Administrativní budovy

- kanceláře, čekárny, zasedací síně, jídelny 20 50

- chodby, hlavní schodiště, WC 15 50

- vytápěná vedlejší schodiště 10 50

- haly, místnosti s přepážkami 18 50

Školní budovy

- učebny, kreslírny, kabinety, laboratoře, jídelny 20 55

- učební dílny 18 55

- tělocvičny 15 70

- šatny u tělocvičen 20 50

- lázně a převlékárny 24 střední hodnota

z celého dne

- ordinace a ošetřovny 24 50

- chodby, schodiště, WC, šatny pro svrchní oděv 15 50

Mateřské školy

- učebny, herny, lehárny 22 50

- šatny pro děti 20 50

- umývárny pro děti, WC 24 střední hodnota

z celého dne

97

Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai,u v zimním období prostorů staveb

s významným rozdílem mezi průměrnou teplotou okolních ploch a teplotou

vnitřního vzduchu se stanoví dle vztahu:

θai,u = θi + Δθai (14.6)

kde ai,u je návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období

Δai přirážka na vyrovnání rozdílu mezi teplotou vnitřního

vzduchu a průměrnou teplotou okolních ploch ve °C,

orientačně stanovená dle tab. 14.3.

Tab. 14.3. Přirážka na vyrovnávající rozdíl mezi teplotou vnitřního vzduchu a

průměrnou teplotou okolních ploch

Budovy bytové a občanské s původními konstrukcemi

Období realizace/

druh budovy

Přirážka Δai [K]

Vytápění radiátory ústředního topení

Vytápění sálavým plošným

nízkoteplotním zdrojem

Vytápění konvektory

do roku 1975 včetně 2,0 1,0 3,0

1975 – 1995 včetně 1,0 0,5 1,5

Po roce 1995 0,6 0,3 0,9

nízkoenergetické budovy

0

Budovy průmyslové

s velmi lehkou a lehkou prací

1,0 0,5 1,5

se středně těžkou a těžkou prací

2,0 1,0 3,0

Návrhová teplota vnitřního vzduchu vytápěných prostorů staveb ve výšce

5,0 m nad podlahou se stanoví ze vztahu:

θaih,u = θai+h.Δθai,h (14.7)

kde ai je návrhová vnitřní teplota ve °C ve výšce 1,5 m nad

podlahou

Δai,h teplotní gradient 0,3 K·m-1

h u svislých konstrukcí výška středu uvažované svislé

98

konstrukce nad podlahou, u střešních konstrukcí a

světlíků světlá výška vnitřního prostoru v m

Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu vnitřních prostorů staveb se

stanoví ze vztahu:

φi,u = φi + Δφi (14.8)

kde φi je relativní vlhkost vnitřního vzduchu v %

Δφi bezpečnostní vlhkostní přirážka v % dle tab.14.4

Tab. 14.4. Bezpečnostní vlhkostní přirážka

Užití vlhkostní přirážky Bezpečnostní přirážka

Δφi[%]

Výpočet kondenzace vodní páry v konstrukci, výpočet celoroční bilance zkondenzované a vypařené vlhkosti

5,0

Posuzování rizika růstu plísní 0,0

Relativní vlhkost vzduchu ve vnitřních prostorách občanských a bytových

staveb s požadovaným stavem vnitřního prostředí, kromě prostorů se

zvláštními provozními požadavky, prostorů s vlhkým, mokrým prostředím,

popř. suchým prostředím, kromě případů, kdy technický předpis, provozní a

technologické podmínky, požadavky na hodnocení rizikových stavů nebo

požadavky projektanta nebo stavebníka nestanoví jinak, se uvažuje φi = 50 %.

99

15 CITOVANÁ LITERATURA

Halahyja,M., Chmůrny,I., Sternová,Z. Stavebná tepelná technika – tepelná

ochrana budov. 1. vyd. Bratislava: Jaga group, 1998. 224s. ISBN 80-88905-

04-4

Janna, W. S. Engineering heat transfer. Boca Raton: CRC Press, Taylor and

Francis group, 2009. 683 p. ISBN 978-1-4200-7202-0

Mathauserová, Z. Hygienické předpisy ve výstavbě. Praha: Informační

centrum ČKAIT, s.r.o., 2010. 80 s. ISBN 978-80-87438-07-7

Řehánek, J. Tepelná akumulace budov. Praha: Informační centrum ČKAIT,

s.r.o., 2002. 280 s. ISBN 80-86364-59-3

Vaverka, J.; Chybík, J.; Mrlík, F. Stavební fyzika 2, stavební tepelná

technika. Brno: Vysoké učení technické v Brně, nakladatelství VUTIUM,

2000. 420 s. ISBN 80-214-1649-1

Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU o energetické

náročnosti budov.

Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů.

Vyhláška č.148/2007 Sb. o energetické náročnosti budov.

Vyhláška č. 343/2009 Sb., kterou se mění vyhláška č.410/2005 Sb., o

hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro

výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých ve znění.

Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby, ve znění

vyhlášky č. 20/2012 Sb.

Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví

při práci.

Nařízení vlády č. 93/2012 Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 361/2007 Sb.,

kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, ve znění nařízení vlády

č. 68/2010 Sb.

ČSN 73 0540-1:2005 Tepelná ochrana budov - Část 1:Terminologie. Český

normalizační institut, 2005. 68 s.

ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Úřad pro

technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. 56 s.

ČSN 73 0540-2/Z1:2012 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Úřad

pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012. 8 s.

ČSN 73 0540-3:2005 Tepelná ochrana budov - Část 3: Návrhové hodnoty

veličin. Český normalizační institut, 2005. 96 s.

ČSN 73 0540-4:2005 Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody.

Český normalizační institut, 2005. 60 s.

100

ČSN EN ISO 13790:2009 (73 0317) Tepelné chovaní budov - Výpočet potřeby

energie na vytápění. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní

zkušebnictví, 2009. 140 s.

ČSN EN ISO 13791:2012 (73 0318) Tepelné chování budov - Výpočet

vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení - Základní

kritéria pro validační postupy. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a

státní zkušebnictví, 2012. 114 s.

ČSN EN ISO 13792:2012 (73 0320) Tepelné chování budov - Výpočet

vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení -

Zjednodušené metody. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní

zkušebnictví, 2012. 52 s.

ČSN 73 0542:1995 Způsob stanovení energetické bilance zasklených ploch

obvodového pláště budov. Český normalizační institut, 1995. 16 s.

ČSN 73 5305:2005 Administrativní budovy a prostory. Český normalizační

institut, 2005. 16 s.

Autoři: doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D., Ing. Roman Brzoň, Ph.D.Březen 2014ISBN 978-80-214-4879-7

Documents

Stavební fyzika – Tepelná technika v teorii a praxi